华南飑线升尺度增长过程中的多尺度能量相互作用分析

张弛; 沈新勇; 张玲; 王林; 郭春燕; 李小凡

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2021.010

华南飑线升尺度增长过程中的多尺度能量相互作用分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.010

张弛¹,
沈新勇^{1, 2, ,},
张玲¹,
王林¹,
郭春燕³,
李小凡⁴

1.
南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏南京 210044
2.
南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东珠海 519082
3.
内蒙古自治区气象服务中心，内蒙古呼和浩特 010051
4.
浙江大学地球科学学院，浙江杭州 310027

基金项目: 国家自然科学基金(41975054)；国家重点研发计划(2019YFC1510400)；中国科学院战略性先导科技专项(XDA20100304)；国家自然科学基金(41790471、41930967、41775040)共同资助

详细信息

通讯作者:
沈新勇，男，江苏省人，教授，从事中尺度气象学研究。E-mail: shenxy@nuist.edu.cn

中图分类号: P445
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出版历程
- 收稿日期: 2020-04-20
- 修回日期: 2020-11-18
- 刊出日期: 2021-02-01

ANALYSIS OF MULTI-SCALE ENERGY INTERACTION ON THE UPSCALE GROWTH OF A SQUALL LINE IN SOUTH CHINA

1.
Key Laboratory of Meteorological Disaster, Ministry of Education/ Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change/ Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
2.
Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519082, China
3.
Inner Mongolia Meteorological Service Center, Hohhot 010051, China
4.
School of Earth Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

摘要

摘要: 采用WRF模式对华南飑线的升尺度增长过程进行模拟，利用Barnes滤波将模式数据分解为三个尺度，分别代入相应的能量方程中进行计算，从能量角度研究飑线升尺度增长过程中动能和位能的变化，以及三个尺度系统能量的相互转化。研究表明：动能的变化与飑线过程中各尺度系统的演变有较好的对应，β中小尺度对流的发展对应β中小尺度系统动能的变化，而在飑线升尺度增长过程中，α中尺度系统动能快速增长。在飑线发展过程中环境场通过位能向动能的转化使得β中小尺度对流快速发展加强，而β中尺度飑线的快速发展与合并加强导致了飑线的升尺度增长。在飑线的升尺度增长过程中，β中小尺度动能大量转化为α中尺度动能使得α中尺度飑线迅速增强，而环境场对飑线升尺度增长过程的直接影响较小。
- 飑线 /
- 升尺度增长 /
- 多尺度 /
- 能量 /
- 相互作用
Abstract: In the present study, the upscale growth of a squall line in south China is simulated by using the Weather Research and Forecasting Model and the change and the mutual conversion of energy during the upscale growth is analyzed. Barnes filter is used to decompose the model data into three scales, which are substituted into corresponding energy equation for calculation. The research shows that in this process, the change of kinetic energy corresponds to the evolution of the system at all scales during the squall line process; the development of β mesoscale convective systems corresponds to the change of kinetic energy of β mesoscale systems, and during the upscale growth of the squall line, the kinetic energy of α mesoscale system increases rapidly. During the development of the squall line, environmental field facilitates the development of β mesoscale convection as potential energy has been converted to kinetic energy, and the rapid development and merge of the β mesoscale squall line results in the upscale growth of the squall line. In the upscale growth of the squall line, β mesoscale kinetic energy is converted into α mesoscale kinetic energy, which leads to the rapid development of α mesoscale squall line, and the environmental field has little direct influence on the upscale growth of this squall line.
- squall line /
- upscale growth /
- multi-scale /
- energy /
- interaction

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图 1 2016年4月12日18:00(a)、19:00(b)、20:00(c)、21:00(d)、22:00(e)、23:00(f)实况雷达组合反射率(单位：dBZ)

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图 2 2016年4月12日18:00(a)、19:00(b)、20:00(c)、21:00(d)、22:00(e)、23:00(f)模拟的雷达组合反射率(单位：dBZ)

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图 3 区域平均的动能和位能随时间高度变化

a. 天气尺度动能；b.α中尺度动能；c.β中小尺度动能；d. 天气尺度位能；e.α中尺度位能；f.β中小尺度位能。横坐标为时间(12日12时—13日12时)，纵坐标为高度(单位：km)，等值线表示能量的变率(单位：10^-3 J/(kg· s))，实线为正，虚线为负。在100~120°E，20~30°N范围计算三个尺度动能和位能变率的区域平均值。

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图 4 12日12时高空急流(阴影，单位：m/s)和低空急流(等值线，单位：m/s)(a)，12日18时雷达组合反射率(阴影，单位：dBZ)和低空急流(等值线，单位：m/s)(b)

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图 5 区域平均的三个尺度间动能和位能转化随时间高度变化

横坐标为时间(12日12时—13日12时)，纵坐标为高度(单位：km)，等值线表示能量的变率(单位：10^-3 J/(kg·s))，实线为正，虚线为负，正值表示位能向动能的转化。

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图 6 同图 5，但为三个尺度之间动能的转化

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