一次暴雨过程中非线性亚临界对称不稳定机制的诊断分析和数值模拟

论文摘要

对2005年7月5日20时—7月12日08时降水过程进行诊断分析，并利用WRF模式对其中7月6日08时—7月7日20时的暴雨过程进行数值模拟，结果表明：(1)2005年7月5日20时—7月12日08时降水过程降水强度与对流云团活动强度(综合TBB最低温度及其面积)相一致；其中较强降水过程与高低空急流关系密切。(2)2005年7月5日20时—7月12日08时降水过程可分为两大段，非线性亚临界对称不稳定可能是该时段强降水形成的重要机制；(3)u和v两分量扰动增强均分别超前于暴雨的增强，特别，u、v两分量扰动增强到其极大值分别对强暴雨的发生有提前12或24小时的指示作用；且非地转达最强和冷暖空气达最强分别对强暴雨发生也有12或24小时的指示作用；(4)得到降水强度，高低空急流及其扰动风场这五者极大值的时空配置；(5)高层出现很强的南下冷空气产生的中高层垂直上升气流随时间向南向下位移，并迅速增强至中层500Hpa附近，将激发未来出现强暴雨；(6)暴雨前期，高层涡度场随时间迅速增强，超前于同样位置高层散度场随时间的迅速增强，而低层散度场随时间迅速增强超前于同样位置低层涡度场随时间的迅速增强。高层散度场增大到其极大值的1／2，低层散度场增大到其极大值，均分别预示未来约4小时将发生强暴雨。高层散度场和涡度场位于强暴雨北侧，而低层散度场与涡度场位于强暴雨南侧或接近重合。且高层的散度场、涡度场与低层的散度场、涡度场随时间有相重合的趋势。由此提出，非线性亚临界对称不稳定激发强暴雨形成的新的物理机制。(7)在暴雨发生前约两小时，降水区域不稳定能量积聚达到最大；暴雨强度最强时，不稳定能量得到最大释放；暴雨过程中，潜热释放是主要的加热因子；在强降水区域附近存在对流不稳定、湿对称不稳定以及条件性对称不稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 基本理论及模式简介
• 2.1 基本理论
• 2.1.1 基本出发方程组
• 2.1.2 非线性亚临界对称不稳定的判据
• 2.1.3 本文基本出发点
• 2.2 模式简介
• 2.2.1 WRF模式的动力框架（ARW）
• 2.2.2 WRF模式中主要物理方案
• 第三章 降水实况过程诊断分析
• 3.1 大尺度环流特征
• 3.2 水汽条件
• 3.3 降水实况过程
• 3.4 特征量诊断分析
• 3.4.1 中尺度对流云团活动分析
• 3.4.2 高低空急流与降水关系
• 3.4.3 K指数分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 非线性亚临界对称不稳定的诊断分析以及数值模拟
• 4.1 非线性亚临界对称不稳定的诊断分析
• 4.1.1 诊断分析方法
• 4.1.2 诊断结果
• 4.2 数值模拟
• 4.2.1 模式方案及模拟结果与实况的对比
• 4.2.2 u扰动、v扰动、高低空急流与区域降水的时空变化
• 4.2.3 垂直速度、涡度、散度的时空变化
• 4.3 本章小结
• 第五章 数值模拟的其他物理量分析
• 5.1 位势稳定度分析
• 5.2 视热源与视水汽汇分析
• 5.2.1 视热源分析
• 5.2.2 视水汽汇分析
• 5.3 强降水区域大气不稳定情况分析
• 5.3.1 对流不稳定性分析
• 5.3.2 湿对称不稳定性及条件对称不稳定性（CSI）分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 论文附图