台风“海棠”造成河南大暴雨过程的机理研究及数值模拟

论文摘要

本文首先采用常规气象观测资料、郑州714CD雷达资料和1°×1°NCEP再分析格点资料，对2005年7月20～23日台风“海棠”影响河南所造成的暴雨过程进行初步诊断分析。发现副热带高压西南侧与台风低压外围之间的东南风急流、台风低压倒槽以及冷空气的共同作用是这场暴雨的直接影响系统；地面中尺度辐合线附近强降水回波的持续影响造成大暴雨；较强的东南暖湿气流为暴雨的发生提供了充沛的水汽和不稳定能量，低层辐合、高层辐散的“抽吸作用”是降水加强的动力条件。等熵位涡分析揭示了此次台风暴雨产生的机制：台风呈现为高位涡结构，其东北部的东南急流南侧能够产生强降雨，而台风到达较高纬度后，若有高位涡冷空气入侵，则降水强度明显加大；同时，高空西风急流的南移有利于高位涡的向南输送，对于暴雨的增幅具有促进作用。对湿Q矢量的诊断研究表明，900hPa湿Q矢量散度≤-20×10-15hPa-1·s-3的辐合区对未来暴雨落区有较好的指示意义，低层强辐合中层强辐散区未来的降水强度将明显减弱，长时间维持对流稳定层结将推迟强降水的开始时间。利用MM5V3.6中尺度非静力模式对2005年7月22日的大暴雨天气进行24小时数值模拟，结果表明：模式能够很好地模拟中尺度系统的整个发展过程，对降水的模拟与实况接近；强降水发生前大暴雨区上空深厚湿层和不稳定层结已经形成；在高低层同时出现的正负涡度柱、散度柱耦合结构及其互耦配置和剧烈的上升运动，导致不稳定能量快速释放，产生大暴雨。

论文目录

• 摘要（中文）
• Abstract（英文摘要）
• 前言
• 1 台风暴雨研究的意义
• 2 台风暴雨的研究进展
• 3 本文的研究目的、方法和主要结论
• 3.1 研究目的和方法
• 3.2 主要结论
• 第一章 过程概况
• 1.1 "海棠"（Haitang）概况
• 1.2 雨强时空分布特征
• 1.3 灾情概述
• 第二章 影响系统和物理量场分析
• 2.1 主要影响系统
• 2.1.1 副热带高压的活动特征
• 2.1.2 东南风急流造成第一阶段的暴雨
• 2.1.3 台风低压倒槽和冷空气共同作用造成第二阶段的暴雨
• 2.1.4 台风低压倒槽东退形成第三阶段的暴雨
• 2.2 水汽来源分析
• 2.3 散度场的诊断
• 2.4 不稳定能量分析
• 2.5 雷达回波分析
• 2.5.1 影响初期
• 2.5.2 影响中期
• 2.5.3 影响后期
• 2.6 小结
• 第三章 位涡诊断分析
• 3.1 位涡的基本概念
• 3.2 位涡在暴雨研究中的应用
• 3.3 等熵位涡分析
• 3.3.1 第一阶段暴雨
• 3.3.2 第二阶段大暴雨
• 3.3.3 第三阶段大暴雨
• 3.4 剖面图分析
• 3.4.1 位涡与位温剖面图分析
• 3.4.2 位涡与急流的关系
• 3.5 小结
• 第四章 湿Q矢量诊断分析
• 4.1 湿Q矢量基本理论
• 4.2 湿Q矢量和湿Q矢量散度在暴雨研究中的应用
• 4.3 湿Q矢量和湿Q矢量散度与暴雨落区和强度的关系
• 4.4 小结
• 第五章 数值模拟与诊断分析
• 5.1 MM5模式简介
• 5.2 MM5主要物理方案简介
• 5.3 资料与模拟设计方案
• 5.4 模拟降水量与实况对比分析
• 5.5 水汽条件诊断分析
• 5.5.1 大暴雨区上空湿层厚度演变分析
• 5.5.2 水汽通量与水汽通量散度分析
• 5.6 稳定度诊断分析
• 5.7 动力场诊断分析
• 5.7.1 垂直运动分析
• 5.7.2 涡散场耦合分析
• 5.8 小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附图