一次模态变异中尺度对流系统的模拟与分析

汪兰; 张述文; 柴旺; 任星露

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2022.061

一次模态变异中尺度对流系统的模拟与分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.061

汪兰¹,
张述文^1, ,,
柴旺¹,
任星露^{1, 2}

1.
兰州大学大气科学学院，甘肃兰州 730000
2.
雅安市气象局，四川雅安 625000

基金项目:

国家自然科学基金项目 42275088

国家自然科学基金项目 41575098

国家重点研发计划 2017YFC1502101

详细信息

通讯作者:
张述文，男，河南省人，教授，博士，从事陆面过程、资料同化等研究。E-mail：zhangsw@lzu.edu.cn

中图分类号: P458.2
计量
- 文章访问数: 116
- HTML全文浏览量: 44
- PDF下载量: 9
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2021-04-15
- 修回日期: 2022-08-19
- 网络出版日期: 2023-01-17
- 刊出日期: 2022-10-20

SIMULATION AND ANALYSIS OF A MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM WITH CONVECTIVE MODE TRANSITION

WANG Lan¹,
ZHANG Shuwen^{1
, ,},
CHAI Wang¹,
REN Xinglu^{1, 2}

1.
College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
2.
Ya'an Meteorological Bureau, Ya'an, Sichuan 625000, China

摘要

摘要: 利用NCEP FNL分析资料及南京多普勒雷达观测，借助WRF模式，对2017年8月19日发生在长江中下游地区的一次中尺度对流系统(MCS)进行模拟和诊断分析。此次MCS组织模态PS(Parallel Stratiform)型和TS(Trailing Stratiform)型共存，开始为带状结构，最后演变为强弓状飑线。气旋切变和低空急流是此次过程的重要影响系统，而午后强烈发展的地面锋触发了此次强对流。在垂直风切变和冷池共同作用下，西侧初始对流发展为PS型模态，东侧发展为TS型模态。由于PS型模态的中低层垂直风切变发生转向，导致其消散。TS型模态附近冷池和垂直风切变相配合，且在后向入流(Rear Inflow Jets，RIJ)作用下发展成为强弓状飑线；RIJ受中低层涡旋对影响而发展增强，其中气旋式涡旋主要由涡度方程中拉伸项决定，而反气旋式涡旋则主要由倾侧项决定。
- 中尺度对流系统 /
- PS型 /
- TS型 /
- 弓状飑线 /
- 后向入流
Abstract: Using NCEP FNL analysis data, Nanjing Doppler radar echo data, and the WRF model, the present study simulated and analyzed a mesoscale convective system (MCS) that occurred on August 19, 2017 in the middle and lower reaches of the Yangtze River. Among the MCS' organizational modes, the convective lines with parallel stratiform (PS) and with trailing stratiform (TS) modes coexisted. It began with a ribbon structure, and finally evolved into a strong bow-shaped squall line. Cyclone shear and low-level jet were two important systems influencing the occurrence and development of the strong convective weather, and the strong developing ground front in the afternoon was a key triggering mechanism. Under the combined influence of vertical wind shear and cold pool, the initial convection on the west side developed into PS mode, and that on the east side developed into TS mode. As the vertical wind shear in the middle and low layers of the PS mode turned, the PS mode dissipated. The cold pool near the TS mode cooperated with the vertical wind shear, and the TS mode continued to develop into a strong bow-shaped squall line under the influence of strong rear inflow jets. The rear inflow jet strengthened under the influence of the mid-level and low-level vortices. The cyclonic vortex was mainly determined by the stretching term in the vorticity equation, while the anticyclonic vortex was mainly determined by the titling term.
- mesoscale convective system /
- PS mode /
- TS mode /
- bow-shaped squall line /
- rear inflow jets

HTML全文

图 1 模拟区域及嵌套(a)；2017年8月19日00:00 500 hPa位势高度场(实线，单位：dagpm)和温度场(虚线，单位：℃) (b)及850 hPa风场(矢量，单位：m/s)和相对湿度(阴影，单位：%)(c)

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 2017年8月19日05:17—12:17南京雷达观测的组合反射率演变

单位：dBZ，a中黑色椭圆为研究对流触发原因时对应的单体位置。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 模拟的不同时次雷达组合反射率

单位：dBZ，其中线段a、b为图 5垂直剖面位置。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 模拟的950 hPa扰动位温(阴影，单位：K)、0~3 km垂直风切变(矢量箭头，单位：m/s)

实线为组合反射率大于35 dBZ的区域。a. 06:30；b. 07:30；c. 09:00；d. 10:00。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 模拟的假相当位温(阴影，单位：K)、雷达反射率(黑色实线，单位：dBZ)、扰动位温(黑色虚线，单位：K)、风场(矢量箭头，单位：m/s)的垂直剖面图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 模拟的PS型MCS在0.75 km(a)、3 km(b)、7 km(c)高度上雷达反射率(填色，单位：dBZ)、相对风暴风矢量(单位：m/s)

第一行为06:30；第二行为07:30；第三行为09:00。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 模拟的09:00平行于PS型对流线的雷达反射率(黑色实线，单位：dBZ)、扰动位温(阴影，单位：K)和相对风暴风矢量(单位：m/s)的垂直剖面

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 模拟的沿TS型MCS移动方向的雷达反射率(黑色实线，单位：dBZ)、扰动位温(阴影，单位：K)和相对风暴风矢量(单位：m/s)的垂直剖面

实线箭头为RIJ。a. 09:00；b. 10:00。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 模拟的弓形回波演变过程中1.5 km高度层垂直涡度(填色，单位：10^-5 s^-1)、相对风暴风矢量(单位：m/s)，拉伸项(a₁、b₁、c₁；黑色等值线，单位：10^-7 s^-2)，倾侧项(a₂、b₂、c₂；黑色等值线，单位：10^-7 s^-2)

等值线间隔为10，虚线表示负值。a. 06:30；b. 09:00；c. 10:00。

下载: 全尺寸图片幻灯片

参考文献(20)

[1]	MADDOX R A. Mesoscale convective complexes[J]. Bull Amer Meteor Soc, 1980, 61(11): 1 374-1 387.
[2]	PARKER M D, JOHNSON R H. Structures and dynamics of quasi-2D mesoscale convective systems[J]. J Atmos Sci, 2004, 61(5): 545-567.
[3]	PARKER M D. Simulated convective lines with parallel stratiform precipitation. part Ⅰ: an archetype for convection in along-line shear[J]. J Atmos Sci, 2007, 64(2): 267-288.
[4]	PARKER M D. Simulated convective lines with parallel stratiform precipitation. part Ⅱ: governing dynamics and associated sensitivities[J]. J Atmos Sci, 2007, 64(2): 289-313.
[5]	MENG Z Y, ZHANG F Q, MARKOWSKI P, et al. A modeling study on the development of a bowing structure and associated rear inflow within a squall line over south China[J]. J Atmos Sci, 2012, 69(4): 1 182-1 207.
[6]	曹倩, 张述文, 曹帮军, 等. 超强不稳定和弱切变环境下一次飑线过程的雷达资料同化与分析[J]. 热带气象学报, 2016, 32(5): 645-655.
[7]	任星露, 张述文, 汪兰, 等. 不同云微物理方案对弱天气尺度强迫下一次强对流的模拟[J]. 高原气象, 2020, 39(4): 750-761.
[8]	HOUZE, ROBERT A. Structure and dynamics of a tropical squall-line system[J]. Mon Wea Rev, 1977, 105(12): 1 540-1 567.
[9]	MCANELLY R L, COTTON W R. The precipitation life cycle of mesoscale convective complexes over the central United States[J]. Mon Wea Rev, 1988, 117(4): 105-112.
[10]	PARKER M D, JOHNSON R H. Organizational modes of midlatitude mesoscale convective systems[J]. Mon Wea Rev, 2000, 128(10): 3 413-3 436.
[11]	ROTUNNO R, KLEMP J B, WEISMAN M L. A theory for strong, long-lived squall lines[J]. J Atmos Sci, 2004, 45(3): 463-485.
[12]	WEISMAN M L. Structure and evolution of numerically simulated squall lines[J]. J Atmos Sci, 1988, 45(14): 1 990-2 013.
[13]	WEISMAN M L, ROTUUNO R. "A theory for strong, long-lived squall lines"revisited[J]. J Atmos Sci, 2004, 61(4): 361-382.
[14]	陈明轩, 王迎春. 低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟[J]. 气象学报, 2012, 70(3): 371-386.
[15]	朱莉, 王治国, 李华宏, 等. 西行台风背景下云南一次短时强降水过程的成因分析[J]. 热带气象学报, 2020, 36(6): 744-758.
[16]	胡宁, 汪会. 华南一次强对流天气过程中环境条件对MCS形态特征的影响[J]. 热带气象学报, 2019, 35(5): 681-693.
[17]	ATKINS N T, LAURENT M S. Bow echo mesovortices. part Ⅰ: processes that influence their damaging potential[J]. Mon Wea Rev, 2009, 137(5): 1 497-1 513.
[18]	ATKINS N T, LAURENT M S. Bow echo mesovortices. part Ⅱ: their genesis[J]. Mon Wea Rev, 2009, 137(5): 1 514-1 532.
[19]	席乐, 闵锦忠, 王仕奇. 一次华南强飑线过程的数值模拟及后方入流作用诊断[J]. 气象科学, 2018, 38(6): 36-45.
[20]	GRIM J A, RAUBER R M, MCFARQUHAR G M, et al. Development and forcing of the rear inflow jet in a rapidly developing and decaying squall line during BAMEX[J]. Mon Wea Rev, 2015, 137(4): 1 206-1 229.