强西南急流背景下南岭山脉一次暖区大暴雨数值模拟分析

付炜; 唐明晖; 叶成志; 周慧; 傅承浩

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2022.019

强西南急流背景下南岭山脉一次暖区大暴雨数值模拟分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.019

付炜^{1, 2, 3},
唐明晖^{2, 3,},
叶成志^{2, 3},
周慧^{2, 3},
傅承浩^{2, 3}

1.
永州市气象局，湖南永州 425000
2.
湖南省气象台，湖南长沙 410007
3.
气象防灾减灾湖南省重点实验室，湖南长沙 410007

基金项目:

湖南省气象局重点课题 XQKJ21A001

湖南省气象局研究型业务预报预测专项 XQKJ22C005

湖南省科技厅重点研发项目 2019SK2161

中国气象局创新发展专项 CXFZ2021J020

详细信息

通讯作者:

唐明晖，女，湖南省人，研究员级高级工程师，主要从事短时临近预报预警的研究。E-mail: 3617176@qq.com

中图分类号: P435
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出版历程
- 收稿日期: 2020-12-02
- 修回日期: 2022-02-18
- 网络出版日期: 2022-06-11
- 刊出日期: 2022-04-20

NUMERICAL SIMULATION OF WARM-SECTOR HEAVY RAINFALL PROCESS OVER NANLING MOUNTAINS UNDER STRONG LOW-LEVEL SOUTHWEST JET

FU Wei^{1, 2, 3},
TANG Minghui^{2, 3
,},
YE Chengzhi^{2, 3},
ZHOU Hui^{2, 3},
FU Chenghao^{2, 3}

1.
Yongzhou Meteorological Observatory, Yongzhou 425000, China
2.
Hunan Meteorological Observatory, Changsha 410007, China
3.
Key laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Hunan Province, Changsha 410007, China

摘要

摘要: 利用常规观测资料、卫星FY-2G逐时TBB资料，采用WRF中尺度数值模式，对2016年5月5日湘桂粤边界南岭山脉的一次强西南急流背景下预报失败的暖区大暴雨过程(简称16·5过程，下同)进行数值模拟和诊断分析，研究了南岭山脉特殊地形对此次暖区降水过程的动力结构、水汽输送和云降水微物理机制的影响。结果表明，中低层西南气流由于受到南岭多处山脉地形的阻挡、侧摩擦和峡谷等效应的影响反复出现强烈辐合区，导致连续出现超强的水汽辐合中心，造成了湘桂粤边界暖区大暴雨的发生；在南岭特殊地形导致的动力、水汽条件下和有利于云内微物理过程发展的环境下，局地对流云系强烈发展与大尺度西南气流引导的深厚高层冰相云系结合后，云内的过冷云水在强盛的上升气流作用下抬升，丰富的过冷云水有利于贝吉隆过程和结凇进程，促进云内固态粒子增长，这是导致此次暖区大暴雨发生的重要云微物理内因。
- 暖区暴雨 /
- 数值模拟 /
- 南岭地形 /
- 云降水微物理
Abstract: Based on conventional observational data and the hourly black body temperature (TBB) data from FY-2G satellite, a warm-sector heavy rainfall process under strong low-level southwest jet, which failed to be predicted in practice, is numerically simulated and diagnosed using the WRF mesoscale numerical model. The process occurred over Nanling Mountains (the border of Hunan, Guangxi and Guangdong) on May 5, 2016 (referred to as 16·5 process). The effects of special topography of Nanling Mountains on the dynamic structure, water vapor transport and cloud and precipitation microphysical mechanism of 16·5 process are studied. The results show that due to the blocking of mountain terrains, lateral friction and canyon effects in the Nanling Mountains, strong convergence areas repeatedly appear in the middle and lower levels of the southwest airflow, causing continuous occurrences of super-strong watervapor convergence centers and leading to heavy rainfalls in the warm sector at the border of Hunan, Guangxi and Guangdong. Under the dynamic and water-vapor conditions caused by the special topography of Nanling Mountains and the environment conducive to the development of cloud microphysical processes, the strong development of local convective cloud system is combined with the deep high-level ice cloud system guided by large-scale southwest jet. Thus, the super-cold water in the cloud rises under the action of strong updraft. Abundant super-cold water is conducive to the process of Bergeron, the rime formation process, and the growing of solid particles in the cloud, which is an important internal cause of the occurrence of the 16·5 process.
- warm-sector heavy rainfall /
- numerical simulation /
- topography of Nanling Mountains /
- cloud precipitation microphysics

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图 1 2016年5月4日20时—5日08时湘桂粤边界累计降水量(彩色填色：降水，单位：mm)、地形等高线（灰色等值线，单位：km）以及强对流天气实况(红点、风向杆分别代表≥150 mm降水以及雷暴大风站点)

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图 2 2016年5月4日22时—5日08时湘桂粤边界逐小时短时强降水站数及最大小时雨强

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图 3 “16·5”过程主要天气影响系统配置

绿色锯线代表850 hPa湿区，黑线断线代表地面辐合线，黄色锯线代表500 hPa干区，棕色箭头代表700 hPa急流轴；红色箭头代表850 hPa急流轴。

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图 4 模拟区域与地形

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图 5 2016年5月4日20时—5日08时降水模拟结果

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图 6 2016年5月5日02时(a、b)，03时(c、d)，04时(e、f)逐小时降水模拟结果及云顶亮温(a、c、e)与实况降水及FY-2G卫星TBB对比(b、d、f)

灰色阴影：云顶亮温，单位：℃；黑色实线：降水量，单位：mm。

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图 7 2016年5月5日00时（a）、02时(b)、03时(c)、04时(d)925 hPa水汽通量散度(彩色填色，单位：10^-7 g/(hPa·cm²·s)、流场（流线）、地形（灰色填色，单位：km）分布

红点：道县；蓝点：桂林；A、B分别为对流系统A、B的位置。

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图 8 2016年5月5日02时(a)、03时(b)850 hPa水汽通量散度(彩色填色，单位：10^-7g/(hPa·cm²·s))、流场（流线）、地形（灰色填色，单位：km）分布

红点：道县；蓝点：桂林；A、B分别为对流系统A、B的位置；红色箭头为气流走向示意。

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图 9 2016年5月5日02时（a）、03时(b)500 hPa流场（箭矢）、地形（暗红色虚线，单位：km）分布、小时降水分布(红点：道县；蓝点：桂林)

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图 10 沿图 9 AB(a：5日00时, b：5日03时)和CD(c：5日02时, d：5日03时) 红色实线的水汽、动力相关参数垂直剖面

水汽通量散度：彩色填色，单位：10^-7 g/（hPa·cm²·s）；垂直合成流场：流线，为方便分析垂直速度W×10；地形：黑色阴影；黑色实线：涡度，单位：10^-4·s^-1；蓝色实线：垂直速度，单位：m/s；红色实线：比湿g/kg；紫红色实线：散度，单位：10^-4·s^-1。图a、b三角形：桂林对应经度位置，图c、d三角形：道县对应经度位置。

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图 11 沿图 9中AB线(a：5日00时, b：5日02时, c：5日03时)和CD(d：5日01时, e：5日02时, f：5日03时)的云微物理参量演变垂直剖面

黄-红填色：云水混合比；黑色实线：雨水混合比；绿色实线：雪混合比；蓝色实线：冰晶混合比；紫红色实线：霰混合比，单位：g/kg；红色实线：等温度线，单位：℃；流线：垂直合成流场, 为方便分析垂直速度W×10。

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表 1 模拟风场不同层次与高空实测风场相关系数及置信检验结果

时间	高度层/hPa	u分量	v分量	u分量Z检验	v分量Z检验	检验站数/个
4日20时	925	0.598	0.897	3.906	8.242	35
4日20时	850	0.847	0.856	7.468	7.658	39
4日20时	700	0.939	0.747	11.182	6.267	45
4日20时	500	0.950	0.916	12.274	10.502	48
4日20时	200	0.933	0.908	11.397	10.298	49
5日08时	925	0.618	0.743	4.020	5.323	34
5日08时	850	0.870	0.823	8.100	7.098	40
5日08时	700	0.928	0.829	10.798	7.768	46
5日08时	500	0.905	0.812	10.169	7.675	49
5日08时	200	0.770	0.768	6.916	6.880	49

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