ISSN 1004-4965

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中尺度对流系统的动热力特征及其演变对风垂直切变的响应

孙晓蕾 闵锦忠 王仕奇 沈菲菲 杜宁珠

孙晓蕾, 闵锦忠, 王仕奇, 沈菲菲, 杜宁珠. 中尺度对流系统的动热力特征及其演变对风垂直切变的响应[J]. 热带气象学报, 2020, 36(3): 401-415. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.038
引用本文: 孙晓蕾, 闵锦忠, 王仕奇, 沈菲菲, 杜宁珠. 中尺度对流系统的动热力特征及其演变对风垂直切变的响应[J]. 热带气象学报, 2020, 36(3): 401-415. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.038
Xiao-lei SUN, Jin-zhong MIN, Shi-qi WANG, Fei-fei SHEN, Ning-zhu DU. DYNAMIC AND THERMODYNAMIC CHARACTERISTICS OF MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM AND THE IMPACT OF ITS EVOLUTION ON VERTICAL WIND SHEAR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(3): 401-415. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.038
Citation: Xiao-lei SUN, Jin-zhong MIN, Shi-qi WANG, Fei-fei SHEN, Ning-zhu DU. DYNAMIC AND THERMODYNAMIC CHARACTERISTICS OF MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM AND THE IMPACT OF ITS EVOLUTION ON VERTICAL WIND SHEAR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(3): 401-415. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.038

中尺度对流系统的动热力特征及其演变对风垂直切变的响应

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.038
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划项目 2017YFC1502103

国家自然科学基金重点项目 41430427

江苏省高校自然科学重大基础研究项目 11KJA170001

国家自然科学基金项目 41805070

详细信息
    通讯作者:

    闵锦忠,男,江苏省人,教授,博士,主要从事中小尺度数值模拟与资料同化、风暴尺度集合预报等方面的研究。E-mail:minjz@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P445

DYNAMIC AND THERMODYNAMIC CHARACTERISTICS OF MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM AND THE IMPACT OF ITS EVOLUTION ON VERTICAL WIND SHEAR

  • 摘要: 为探究环境风切变在对流系统发生发展与维持过程中的重要性,利用2009年6月5日20时(北京时)上海宝山站的探空资料生成理想试验初始场,设计了包含改变整层、中层和低层风切变在内的多组试验,对比分析各试验系统的动热力结构特征及其演变发现:(1)整层环境风切变的改变对中尺度对流系统的影响最显著,其次是中层风切变。增大整层风切变时,对流系统强度及组织性最强,生命史增长。减小整层风切变时,系统强度最弱且组织结构易发散。(2)风切变增加,水平涡度增大,其受垂直运动影响转化为垂直涡度,涡旋对与垂直运动间相互作用形成的正反馈过程是系统强度增强并可以长时间维持线状结构的重要原因。(3)风切变减小,对流系统移动速度远小于阵风锋,阵风锋移至系统前方,阻断系统前沿上升气流必需的暖输送。阵风锋后冷而稳定的环境令系统逐渐消散。

     

  • 图  1  上海宝山站2009年6月5日20时的探空图

    蓝色虚线为露点温度,黑色实线为环境温度,单位:℃。

    图  2  LUS5、LUS-5和CTRL(a),MUS5、MUS-5和CTRL(b),US5、US-5和CTRL(c)试验的纬向风廓线分布

    图  3  控制试验2 h(a)、3 h(b)、5 h(c)、7 h(d)、9 h(e)的最大反射率(阴影,dBZ)和近地面风场(箭头,m/s)

    直线AB为剖面位置。

    图  4  控制试验3 h(a)、5 h(b)和7 h(c)沿图 3直线AB所做剖面上的最大反射率(阴影,dBZ)、垂直速度(等值线,实线为正,虚线为负,m/s)、风场(箭头,m/s)

    图  5  积分3 h时增加(a、c、e)及减小(b、d、f)低层(a、b)、中层(c、d)和整层(e、f)风切变试验的最大反射率(阴影,dBZ),地面风场(箭头,m/s)

    黑框为图 7对流区位置。

    图  6  积分7 h时增加(a、c、e)及减小(b、d、f)低层(a、b)、中层(c、d)和整层(e、f)风切变试验的最大反射率(阴影,dBZ)和地面风场(箭头,m/s)

    图  7  积分3 h时US5试验(a1~c1)和US-5试验(a2~c2)对流区(图 5黑框位置内)在1.5 km(a)、2.5 km(b)和4 km(c)上的垂直速度(阴影,m/s)和水平风场(箭头,m/s)

    图  8  US5和US-5试验在3 h(a、c)和5 h(b、d)最大上升速度(a、b,单位:m/s)和最大下沉速度(c、d,单位:m/s)随高度的变化

    图  9  积分3 h增加(a、c、e)及减小(b、d、f)低层(a、b)、中层(c、d)和整层(e、f)风切变试验在1.5 km高度的垂直涡度分布(阴影,单位:10-4s-1

    图  10  积分3 h时US5试验(a1~e1)和US-5试验(a2~e2)在1.5 km上的涡度局地变化项(a)、涡度倾侧项(b)、相对涡度平流项(c)、涡度垂直输送项(d)和散度项(e,单位:10-5s-2

    图  11  US5(a1~c1)和US-5(a2~c2)试验积分3 h在1.5 km高度垂直涡度(阴影,10-4 s-1),垂直速度(等值线,m/s)和水平风场(箭头,m/s)分布

    红圈标示出气旋与反气旋中心位置,两条黑色实线A1A2、B1B2分别表示图b、c中垂直剖面位置。b1、c1和b2、c2分别对应US5和US-5试验为沿a中直线位置所做剖面上的垂直涡度(阴影),流线涡度(等值线,实线为正,虚线为负,10-4 s-1)和风场(箭头)。

    图  12  US5(a、b)和US-5(c、d)试验在3 h(a、c)和5 h(b、c)的近地面扰动位温(阴影,K)和组合反射率(等值线,25 dBZ)直线为图 13剖面位置

    图  13  US5(a、b)和US-5(c、d)试验在3 h(a、c)和5 h(b、d)沿图 12直线位置所做剖面上的位温分布(阴影,K)

    直线为1.5 km高度。

    表  1  试验方案名称及中、低层切变值

    试验名称 CTRL US-5 US5 LUS-5 LUS5 MUS-5 MUS5
    As/(m/s) 0 -5 5 -5 5 -5 5
    改变风速的层 原始 整层 整层 0~3 km 0~3 km 3.5~6.5 km 3.5~6.5 km
    0~3 km切变/(m/s) 17.0 14.5 19.8 14.5 19.8 17.0 17.0
    3.5~6.5 km切变/(m/s) 5.5 4.9 6.1 5.5 5.5 4.9 6.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-21
  • 修回日期:  2020-04-08
  • 刊出日期:  2020-06-01

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