CAPE等环境参数在华北一次罕见秋季大暴雨中的应用研究

论文摘要

2003年10月9-12日在京、津、冀、鲁一带出现了一场历史罕见的大暴雨及强降温天气过程,过程降水量冀鲁交界处部分站超过200mm,华北东部地区24小时降温幅度普遍达到10-12℃。11日渤海西部风力达10级、阵风11-12级,渤海西部沿海出现风暴潮,使当地渔业养殖业遭受了巨大的经济损失。 本文首先运用天气学和动力诊断方法,对华北大暴雨过程发生的环流背景、高低空影响系统进行分析,发现偏心型极涡、乌拉尔山高压脊、副热带高压三个大尺度系统的特定配置是本次大暴雨过程发生的大尺度环流背景;高空为稳定的两脊一槽,华北处于槽前西低东高的环流形势下;中低层的中尺度低压环流、风切变、西南倒槽、地面北高南低的形势,强暖湿气流与北方强冷空气在华北南部持续交汇,为强降水天气提供了丰富的水汽和有利的环流背景。 而后采用双向嵌套的非静力MM5模式对这次大暴雨过程进行了模拟,利用模拟结果首先分析了10-11日的θ。场、垂直速度、辐散场,结果表明降水前期、初期华北南部地区能量积累充分,在整个暴雨时段,垂直速度的强烈上升区就处在暴雨区上空,并形成一个强大的上升气流柱,且暴雨区上空存在高层辐散、低层辐合,使上升运动得以维持,大大促进了水汽、热量、动量等的垂直输送。然后又计算了对流有效位能（CAPE）、风暴相对螺旋度（SRH）、能量-螺旋度指数（EHI）,重点分析了它们在这次大暴雨中的作用,结果表明三者对这次大暴雨的发生发展有较好的指示作用。CAPE分析表明在大暴雨发生前能量得到充分积累,暴雨过程中,凝结潜热释放,不稳定能量逐渐减弱,11日15时释放降到最低值;SRH分析表明大暴雨中心位于低层螺旋度大值中心南部等值线密集区。低层螺旋度大值中心轴线与切变线和地面倒槽辐合线走向一致,高层螺旋度与高空急流有关。高低层这种螺旋度的配置,为大暴雨的发生和维持提供了有利的动力背景。本次大暴雨过程主要发生在高螺旋度结合低对流有效位能的环境中（SRH>200m2/s2,CAPE<1500 J/Kg）,大暴雨天气发生前EHI达到极大值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外有关强对流风暴环境参数的研究进展
• 1.2.1 对流有效位能（CAPE）的研究进展
• 1.2.2 风暴相对螺旋度（SRH）的研究进展
• 1.2.3 能量-螺旋度指数（EHI）的研究进展
• 1.3 研究内容
• 第二章 天气形势分析
• 2.1 天气概况
• 2.2 环流形势
• 2.2.1 大尺度环流形势
• 2.2.2 高空形势场分析
• 2.2.3 地面形势场分析
• 第三章 急流与热力稳定度分析
• 3.1 700hPa急流分析
• 3.2 850hPa急流分析
• 3.3 热力稳定度分析
• 第四章 MM5模式介绍与方法及模拟结果与实况的对比分析
• 4.1 MM5模式介绍
• 4.1.1 基本方程组
• 4.1.2 时间差分和侧边界条件
• 4.1.3 模式物理过程
• 4.2 模式方案与资料介绍
• 4.3 模拟结果与实况的对比分析
• 4.3.1 降雨量的对比
• 4.3.2 高度场、温度场的对比
• 4.3.3 风矢场与流场的对比
• 第五章 模拟结果分析
• 5.1 能量场的分析
• 5.2 垂直运动分析
• 5.3 散度场分析
• 第六章 对流有效位能CAPE分析
• 6.1 对流有效位能CAPE的定义
• 6.2 CAPE计算中需要注意的问题
• p'>6.3 密度温度T_p
• 6.4 湿绝热过程中的保守量
• 6.5 模式资料对流有效位能CAPE计算方法
• 6.6 大暴雨中对流有效位能CAPE随时间的演变
• 第七章 风暴相对螺旋度SRH
• 7.1 风暴相对螺旋度SRH的定义
• 7.2 风暴相对螺旋度SRH的计算方法
• 7.3 局地螺旋度的时空演变分布分析
• 7.3.1 水平分布
• 7.3.2 垂直分布
• 7.3.3 局地螺旋度对暴雨的作用分析
• 7.4 总螺旋度SRH的时空演变分布分析
• 第八章 能量-螺旋度指数（EHI）
• 第九章 结论及讨论
• 参考文献
• 致谢
• 附图