2008年6月20—21日一次β中尺度切變線、低渦降水機(jī)制研究

丁治英,羅靜,沈新勇

(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210044)

2008年6月20—21日一次β中尺度切變線、低渦降水機(jī)制研究

丁治英,羅靜,沈新勇

(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210044)

利用WRF中尺度數(shù)值模式,模擬2008年6月20—21日江淮一次β中尺度切變線、低渦降水過程。分析發(fā)現(xiàn):低層大尺度的0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1的大值位渦為切變線暴雨提供了背景場,在其南部邊緣,低層的切變輻合及云水形成的非絕熱加熱,導(dǎo)致了正位渦的增長,使低層正渦度加大引起降水加強(qiáng)。低層的正位渦通過上升運(yùn)動向上傳遞,導(dǎo)致了高層位渦正異常,高層位渦的正異常又可導(dǎo)致低層的氣旋性渦度進(jìn)一步加大并使降水加大;β中尺度低渦的生成與大別山地形關(guān)系不大,主要是由對流層高層正位渦異常引起,但是低渦的維持及降水與大別山的地形坡度密切相關(guān),當(dāng)?shù)匦纹教箷r(shí),不利于低渦維持和降水加強(qiáng),當(dāng)具有大別山的地形坡度時(shí),不論山脈的高低都有利于低渦維持和降水加強(qiáng)。

β中尺度低渦;位渦;非絕熱加熱;切變線

0 引言

由于梅雨天氣系統(tǒng)的復(fù)雜性等原因,過去人們對梅雨天氣的研究主要集中于大尺度環(huán)流和α中尺度天氣系統(tǒng)[1-4]。而對于引發(fā)梅雨暴雨的直接影響系統(tǒng)——中β尺度系統(tǒng)的研究,特別是對暴雨形成機(jī)理的分析還不夠充分。Reed[5]在1955年指出,等熵位渦Pθ在絕熱、無摩擦過程中沿氣塊軌跡位渦守恒,并認(rèn)為鋒區(qū)是由來自平流層的空氣組成的。Hoskins等[6]認(rèn)為可以通過與極鋒地區(qū)的對流層頂相重合的等熵面追蹤位渦異常區(qū)(即高值或低值區(qū))進(jìn)而追蹤大氣擾動的演變情況,還指出高層的位渦異常對低層系統(tǒng)的發(fā)展有重要的影響。Davis[7]提出了位渦的分部反演方法,該方法可較清楚地了解系統(tǒng)發(fā)展的機(jī)制,但其只考慮流場的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)性(流函數(shù)),對于流場的非地轉(zhuǎn)性(勢函數(shù))沒有考慮,因此用來研究較小尺度系統(tǒng)的發(fā)展存在一定的局限性,往往導(dǎo)致方程不收斂。周毅等[8]利用位渦反演方法對氣旋的發(fā)展機(jī)理進(jìn)行了研究。趙兵科等[9]運(yùn)用位渦收支診斷方法對2003年夏季梅雨期一次強(qiáng)氣旋發(fā)展過程進(jìn)行了研究,他強(qiáng)調(diào)了非絕熱加熱在氣旋發(fā)展過程中的重要作用。值得注意的是,對中尺度系統(tǒng)的研究受資料的限制往往只停留在數(shù)值模擬方面,其研究結(jié)果的可靠性無法得到很好的驗(yàn)證。但是近年來,隨著雷達(dá)、衛(wèi)星等探測手段和中尺度數(shù)值模式的發(fā)展,人們越來越重視對引發(fā)暴雨的中β尺度對流系統(tǒng)的深入研究,并取得了一系列成果。如國家“973”項(xiàng)目:“我國南方致洪暴雨監(jiān)測與預(yù)測的理論和方法研究”得到了大量的中尺度數(shù)據(jù)和資料,為進(jìn)一步分析暴雨的形成機(jī)理提供了很好的依據(jù)和參考。

本文利用W RF模式輸出的高分辨資料以及“973”項(xiàng)目(2004CB418303)得到的中尺度高分辨資料(3km×3km,逐小時(shí)降水量場和同化得到的流場),對2008年6月20—21日江淮梅雨期一次強(qiáng)降水過程進(jìn)行模擬試驗(yàn)和診斷分析,特別是對暴雨過程中,β中尺度切變線和低渦的形成原因以及與位渦的關(guān)系進(jìn)行了深入的研究。

1 大尺度環(huán)流背景及降水實(shí)況分析

1.1 大尺度環(huán)流背景

本次暴雨發(fā)生在典型梅雨的有利環(huán)流背景下。從圖1可以看出:1)500hPa歐亞中高緯大氣環(huán)流呈現(xiàn)穩(wěn)定的“雙阻”型,阻高分別位于烏拉爾山以及鄂霍次克海西部地區(qū),低壓槽位于貝加爾湖西北部地區(qū),中緯度為平直西風(fēng),且不斷有短波槽東移,向暴雨區(qū)不斷輸送冷空氣,中低緯度西太平洋副熱帶高壓脊線穩(wěn)定維持在23°N附近;2)根據(jù)3km×3 km高分辨率的流場資料顯示,850hPa在20日21時(shí)(世界時(shí),下同)32.5°N附近出現(xiàn)一條準(zhǔn)東西向的由西南風(fēng)與西北風(fēng)構(gòu)成的切變線,22時(shí)出現(xiàn)降水,并隨時(shí)間逐漸增大,之后切變線維持在32～32.5°N,21日06時(shí)隨著切變線的南壓,降水減弱南壓,在該切變線的西部,自21日03時(shí)起,高原東部30～32°N、113°E以西有倒槽東伸,在21日09時(shí)形成低渦,該低渦在21日14時(shí)減弱,但東伸的倒槽依然存在,在低渦形成時(shí),降水明顯加大,當(dāng)?shù)蜏u減弱時(shí),降水減弱并處在低渦的外圍。

圖1 2008年6月20日12時(shí)500hPa高度場(gpm)和850hPa風(fēng)場(m/s)Fig.1 The geopotential height(gpm)at500hPa and wind vector(m/s)at850hPa at1200U TC20June2008

1.2 暴雨實(shí)況

從圖2可見,08年6月20—21日受冷暖空氣的共同影響,20日21時(shí)—21日06時(shí)雨帶呈東西向,明顯為切變線降水,降水中心在117°E、32.2°N,該降水區(qū)域窄而長,發(fā)生時(shí)間短,是β中尺度系統(tǒng)。6月21日07—14時(shí)為低渦降水,降水最大中心位于115.2°E、32.2°N,降水區(qū)域位于114～118°E、30.8～32.5°N。

由以上分析可見,切變線和低渦的形成對降水的產(chǎn)生有重要的影響,切變線產(chǎn)生的機(jī)制、低渦形成與消失的原因成為本文主要研究的問題。

圖2 6月20日21時(shí)—21日06時(shí)(a)和6月21日07—14時(shí)(b)實(shí)況降水量(單位:mm)Fig.2 O bserved rainfall(mm)(a)from2100UTC20to0600UTC21June and(b)from0700U TC to 1400UTC21June

2 模式及模擬方案

利用新一代細(xì)網(wǎng)格中尺度數(shù)值模式(W RF),初始場資料采用NCEP提供的1°×1°格點(diǎn)資料。模式中采用的物理方案主要包括:W SM6微物理方案;Eta邊界層方案;Kain-Fritsch積云參數(shù)化方案;RRTM長波輻射和D udhia短波輻射方案。模式采用兩層嵌套,水平分辨率分別為15km和5km,垂直方向?yàn)?1層,模式積分30h。

3 模擬與實(shí)況對比分析

3.1 降水系統(tǒng)對比

由實(shí)況和模擬的850hPa流場以及降水量的對比可知,在20日21時(shí)—21日06時(shí)低層切變線輻合降水階段(圖3a,b)與21日07—14時(shí)低渦降水階段(圖3c,d),低渦與切變線的生成時(shí)間與實(shí)況較為一致。模擬中,切變線生成于20日18時(shí),實(shí)況生成于20日20時(shí);實(shí)況低渦與模擬低渦均生成于21日09時(shí)。模式較為成功地模擬出兩個(gè)階段主要的降水系統(tǒng),但是位置模擬較實(shí)況偏南一個(gè)緯距,因此降水普遍偏南,低渦的范圍明顯小于實(shí)況,低渦降水范圍也偏小。在低渦生成階段,低渦東部降水大于實(shí)況,因而出現(xiàn)了虛假的降水中心;實(shí)況低渦在21日14時(shí)減弱,模擬結(jié)果在21日13時(shí)減弱,實(shí)況低渦在21日18時(shí)消失,模擬在21日14時(shí)消失(圖3e,f),這可能與模擬低渦較弱有關(guān)?？傮w說來,模式較好地模擬了低渦、切變線的產(chǎn)生與消失過程。

3.2 累計(jì)降水量對比

對于切變線降水,模擬的雨帶(圖4a)較實(shí)況(圖2a)偏南,強(qiáng)降水主要位于118°E、31.5～32.5°N之間,雨帶有南壓的趨勢,但在安徽南部的模擬降水偏強(qiáng);對于低渦降水,在114～118°E的雨帶已模擬出來,雨帶較實(shí)況窄,位置偏南約1個(gè)緯距,低渦116°E以東降水偏強(qiáng),由低渦引起的降水中心在115°E、31°N(圖4b)與實(shí)況的115.3°E、32°N(圖2b)比較接近。

綜上所述本次模擬得到的切變線、低渦生成和發(fā)展的時(shí)間與實(shí)況接近,能較為真實(shí)地反映了此次切變線與低渦的過程,可用以進(jìn)一步分析。

4 切變線降水的成因分析

位渦有多種分析方法,最常見的方法之一是等熵位渦分析法,即在等位溫面上分析等位渦線。在絕熱、無摩擦條件下,運(yùn)動大氣的位渦保持不變,因此可以通過追蹤位渦異常區(qū)來追蹤大氣擾動的演變情況。

圖3 6月21日實(shí)況(a,c,e)和模擬(b,d,f)的850hPa流場及與之相應(yīng)的逐小時(shí)降水量(單位:mm)a,b.01時(shí);c,d.10時(shí);e,f.18時(shí)Fig.3 Observed stream line field and hourly rainfall(mm)at850hPa at(a)0100U TC,(c)1000U TC,(e)1800U TC21June,and sim ulated stream line field and hourly rainfall(mm)at850hPa at(b)0100UTC,(d)1000U TC,(f)1800UTC21June

圖4 2008年6月20日21時(shí)—21日06時(shí)(a)和6月21日07—14時(shí)(b)模擬的累積降水量(mm)Fig.4 Simulated accumulated rainfall(mm)(a)from2100U TC20to0600UTC21June and(b)from0700 U TC to1400UTC21June

由等熵位渦分析,從20日12時(shí)起,低層的大值位渦自西向東運(yùn)動,在308K等熵面(接近850 hPa)上,20日14時(shí),在32°N附近,大于0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1的正位渦帶已經(jīng)移至116°E(圖略),此時(shí)切變輻合在32.5°N以北,沒有降水與之配合,20日16時(shí)隨著0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1的正位渦帶的進(jìn)一步東移,在32°N附近0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1位渦帶的前緣出現(xiàn)大于1×10-6m2·s-1·K·kg-1的帶狀正位渦區(qū)(圖5a),此時(shí),切變線位置仍然偏北且無降水和大值位渦配合,17時(shí)帶狀正位渦加強(qiáng),出現(xiàn)弱的西南風(fēng)切變輻合與弱降水,18時(shí)正位渦值進(jìn)一步加強(qiáng)(圖5b),降水加大,32°N附近轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂巷L(fēng)與西風(fēng)的切變輻合。21日20時(shí)(圖5c)帶狀正位渦帶繼續(xù)東移加強(qiáng),最強(qiáng)中心達(dá)6×10-6m2·s-1·K·kg-1以上,切變線輻合由原來的西風(fēng)與西南風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)與西南風(fēng)的輻合,21日01時(shí)32°N附近的降水基本消失(圖5d),此時(shí)正大值位渦帶南壓,切變線南壓,雨區(qū)也隨之南壓(圖略)。對應(yīng)328 K等熵面以及340K等熵面上32°N切變線附近的大于1×10-6m2·s-1·K·kg-1的位渦大值帶在20日18時(shí)才開始出現(xiàn),顯示出低層有正位渦向上輸送(圖略),降水也伴隨高層正位渦的加強(qiáng)而加大。

值得注意的是,是什么導(dǎo)致了在低層0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1位渦南部邊緣正位渦的突然增大?其產(chǎn)生的原因?qū)⒃谙挛挠懻摗?/p>

由20日15時(shí)位溫沿115.8°E的經(jīng)向剖面(圖6a)可以看出,在32°N以北位溫呈準(zhǔn)水平狀態(tài),整層大氣處在均勻的0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1的位渦場中,32°N以南為多波動狀態(tài),20日16時(shí)(圖6b)在32°N的850hPa附近出現(xiàn)了一個(gè)大于1×10-6m2·s-1·K·kg-1的正位渦中心。從周圍的環(huán)境分析,該正位渦的出現(xiàn)既不可能是水平平流造成,也不可能是垂直輸送造成的,因此,無法從位渦守恒得到解釋。經(jīng)分析,本次低層中尺度位渦的發(fā)展與非絕熱加熱等作用有關(guān)。由20日16時(shí)的云水分布(圖6c)可見,在正位渦增長時(shí)也是云水突然加大時(shí)候,因云水引起的非絕熱加熱是位渦加大的主要原因,由同時(shí)刻的散度剖面(圖6d)分析,在云水最強(qiáng)的32°N低層有強(qiáng)烈的輻合,該區(qū)域的輻合主要由v分量形成(圖略)。由垂直方向的渦度方程[10]可知,水平輻合可導(dǎo)致局地渦度加大,但此時(shí)降水并未形成。隨著正位渦和輻合的加強(qiáng),在32°N出現(xiàn)降水,此時(shí)正位渦開始向上輸送(圖7a),20日19時(shí)在400hPa附近出現(xiàn)很強(qiáng)的遠(yuǎn)大于低層的正位渦中心,并有冰以及雪水的大值中心與之配合(圖7b)?？梢?低層正位渦的向上輸送并與凝結(jié)產(chǎn)生的非絕熱作用使得高層位渦出現(xiàn)正異常。之后,高層正位渦又向低層輸送,使得低層位渦增強(qiáng),氣旋性渦度加大,進(jìn)而有利于降水的進(jìn)一步增強(qiáng)。

因此本次切變線降水的產(chǎn)生的機(jī)制可能是,初始時(shí)刻大尺度的大于0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1的正位渦場為切變線暴雨提供了背景場,低層的切變輻合以及非絕熱加熱,導(dǎo)致了正位渦的增長,使低層正渦度加大引起降水加強(qiáng)。此時(shí),低層的正位渦通過上升運(yùn)動向上傳遞(圖7a,b),高層位渦正異常又可導(dǎo)致低層的位渦進(jìn)一步加大,從而更有利于降水的發(fā)展。

5 β中尺度低渦生成、降水與地形的關(guān)系

5.1 大別山地形對β中尺度低渦的形成以及維持的影響

圖5 20日16時(shí)(a)、18時(shí)(b)、20時(shí)(c)308K等熵面上的位渦(單位:10-6m2·s-1·K·kg-1)和流場,以及逐小時(shí)降水沿32°N的時(shí)間—緯向剖面(d;單位:mm)Fig.5 The potential vorticity(10-6m2·s-1·K·kg-1)and stream line field at308K at(a)1600UTC,(b)1800 UTC,(c)2000UTC20June and(d)the longitude-time cross section of hourly rainfall along32°N

21日01時(shí)之后切變線降水南壓,渦旋生成于在21日09時(shí),該渦旋主要位于31.2°N一線,最東移至115°E、31.2°N,實(shí)況低渦最東移至115.5°E、32°N,均處在大別山的西側(cè)(圖8a)。因此大別山的地形對低渦的形成、維持以及低渦降水可能有較大的影響,以下采用地形敏感試驗(yàn)探討地形對低渦的作用。

主要進(jìn)行了以下3個(gè)試驗(yàn):

試驗(yàn)一,將大別山地形削減至100m的高度;

試驗(yàn)二,將大別山地形按比例降低(將原地形高度×0.5);

試驗(yàn)三,將大別山地形按比例升高(將原地形高度×1.5)。

由試驗(yàn)一的850hPa流場分析,去除大別山地形后僅在21日10時(shí),在114.8°E、31.2°N出現(xiàn)了低渦(圖8b),之后低渦很快消失,低渦出現(xiàn)的時(shí)間與實(shí)況以及控制試驗(yàn)(圖3e)基本一致。在高度減小1/2后(圖8c),低渦生成與消失的時(shí)間與控制試驗(yàn)一致,但低渦的范圍較小。在試驗(yàn)三中,低渦的范圍與控制試驗(yàn)一致(圖8d),但低渦生成的時(shí)間晚于控制試驗(yàn)1h、消失的時(shí)間早1h(圖略)。可見低渦的形成與地形的關(guān)系較小,但低渦的維持與地形有密切的關(guān)系。當(dāng)?shù)匦纹教箷r(shí),對低渦的維持最為不利,當(dāng)?shù)匦屋^低并具有原來的坡度時(shí),有利于低渦的維持,但低渦的范圍較小,當(dāng)?shù)匦屋^高并具有原來的坡度時(shí)對低渦的維持略有不利,其原因?qū)⒃谝韵掠懻摗?/p>

圖6 20日15時(shí)(a)、16時(shí)(b)位渦(單位:10-6m2·s-1·K·kg-1)和位溫(單位:K)以及20日16時(shí)云水濃度(c;單位:10-1g·kg-1)和散度(d;單位:10-5s-1)沿115.8°E的垂直經(jīng)向剖面(黑色陰影為山脈)Fig.6 The latitude-height cross section of potential vorticity(10-6m2·s-1·K·kg-1)and potential temperature(K)along115.8°E at(a)1500U TC,(b)1600U TC20June;the latitude-height cross section of(c)cloud water(10-1g·kg-1)and(d)divergence(10-5s-1)along115.8°E at1600U TC20June(shaded area denotes the mountain)

圖7 115.8°E、32°N位渦(a;單位:10-6m2·s-1·K·kg-1)以及冰和雪水濃度(b;單位:10-1g/kg)隨時(shí)間—高度的演變Fig.7 The time-height cross section of(a)potential vorticity(10-6m2·s-1·K·kg-1)and(b)ice and snow water concentration(10-1g/kg)at32°N,115.8°E

圖8 大別山地形圖(a;單位:m)及試驗(yàn)一(b)、試驗(yàn)二(c)、試驗(yàn)三(d)中21日10時(shí)850hPa散度場(陰影;單位:10-5s-1)及流場Fig.8 (a)Geographic map of the Dabieshan mountain area,and the divergence(shaded area;units:10-5 s-1)and stream line field at850hPa at1000UTC21June in(b)test1,(c)test2,and(d)test3

由控制試驗(yàn)(圖9a)低渦上空平均位渦隨時(shí)間的演變可見,在21日06時(shí)之后,400～300hPa上空出現(xiàn)了大于1.2×10-6m2·s-1·K·kg-1的正位渦中心,在21日06—12時(shí)之間低層到高層均為正位渦較大值控制。由300hPa位渦分析,從21日00時(shí)起自西向東有大值位渦向東移動并逐漸增強(qiáng)(圖略),在21日06時(shí)之后高層位渦加大,21日09時(shí)低層出現(xiàn)低渦和大值位渦并維持到21日14時(shí),這與Hoskins等[6]的位渦理論一致,當(dāng)高層有正位渦擾動移至對流層低層或地面斜壓區(qū)上空時(shí),可引起低層溫度擾動。高低層的位渦和溫度擾動,以及它們誘發(fā)的環(huán)流共同作用的結(jié)果,便造成了低渦或氣旋的發(fā)生和發(fā)展。

由試驗(yàn)一去除地形后(圖9b)可見,位渦隨時(shí)間的演變與控制試驗(yàn)類似,但高低層位渦大值相對比較集中,10時(shí)之后高低層位渦迅速減小并在500～300hPa出現(xiàn)了很強(qiáng)的負(fù)位渦異常,不利于低層低渦的維持。

由試驗(yàn)二(圖9c)與控制試驗(yàn)(圖9a)對比同樣可見,高低層位渦隨時(shí)間的變化基本一致,低層大于0.8×10-6m2·s-1·K·kg-1的位渦維持時(shí)間較短。由此可以說明,降低地形高度,維持地形坡度對低渦維持的時(shí)間影響不大,但低渦的強(qiáng)度有所減弱。

由圖9d可見,21日06—12時(shí)低渦上空高低層的正、負(fù)位渦明顯比控制試驗(yàn)要強(qiáng)。中層負(fù)位渦出現(xiàn)的時(shí)間較早,因此盡管低層正位渦較大,但由于中層負(fù)位渦異常使低渦消失的時(shí)間較早。

綜上可見,低渦的形成與地形無關(guān),主要是由對流層高層正位渦異常引起,但是有無地形對低渦的維持有很大的影響。當(dāng)?shù)匦尉哂幸欢ㄆ露葧r(shí),盡管高度較低仍有利于低渦的維持。當(dāng)?shù)匦紊邥r(shí),對低渦的強(qiáng)度有一定的影響,升高地形后中層負(fù)位渦異常的加大,對低層低渦的形成不利。

圖9 低渦中心附近平均位渦的時(shí)間—高度剖面(單位:10-6m2·s-1·K·kg-1) a.控制試驗(yàn);b.試驗(yàn)一;c.試驗(yàn)二;d.試驗(yàn)三Fig.9 The t im e-height cross section of average potential voticity(10-6m2·s-1·K·kg-1)near the center of the low votex in(a)control test,(b)test1,(c)test2,and(d)test3

5.2 大別山地形對低渦降水的影響

由試驗(yàn)一的平坦地形形成的低渦降水分布(圖10b)可見,這一時(shí)期降水較控制試驗(yàn)(圖10a)大大減弱,降水主要發(fā)生在低渦生成前,21日11時(shí)低渦消失后,降水基本消失(圖略);試驗(yàn)二中(圖10c),當(dāng)?shù)匦未嬖谝欢ㄆ露葧r(shí),盡管高度一般在600m以下,總降水分布與控制試驗(yàn)基本相同,大于50mm的降水區(qū)的范圍甚至大于控制試驗(yàn)?？梢姷匦未嬖谄露葧r(shí),雖然高度較低,還是能引起較強(qiáng)的降水,這種降水的加強(qiáng)不僅與地形抬升有關(guān)而且與地形降低后,氣柱加長,水汽含量增多有利于降水加大有關(guān);試驗(yàn)三中,地形升高后,降水中心大大加強(qiáng),這種結(jié)果顯然與地形抬升有關(guān),當(dāng)?shù)匦斡幸欢ㄆ露葧r(shí),由于低渦在大別山的南部,為西南氣流控制,有利于氣流抬升以及降水加大,降水造成的非絕熱加熱(圖略)又有利于位渦的制造,這可能是升高地形后,高低層位渦明顯增強(qiáng)的主要原因。

以上分析表明,地形的存在對大別山地區(qū)低渦的維持以及降水的發(fā)展有重要作用,特別是大別山的地形坡度最有利于降水的加強(qiáng)和低渦的維持。存在地形坡度時(shí),低渦附近輻合場(圖8c、8d)較地形平坦時(shí)偏強(qiáng)(圖8b)。其原因可能是:平坦的地形摩擦力較小不利于輻合加強(qiáng),而地形的抬升作用有利于氣流在低層的輻合上升,從而引發(fā)水汽凝結(jié),由凝結(jié)產(chǎn)生的非絕熱加熱有利于高層正位渦的維持,正位渦又可誘發(fā)低層渦旋發(fā)展,更有利于低渦及降水的維持。

6 結(jié)論

1)對流層低層0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1的位渦邊緣帶狀大值位渦的發(fā)展是本次β中尺度切變線降水形成的主要原因,初始時(shí)刻大尺度的大于0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1的正位渦場為切變線暴雨提供了背景場,低層的切變輻合以及非絕熱加熱,導(dǎo)致了正位渦的增長,使低層正渦度加大引起降水加強(qiáng)。低層的正位渦通過上升運(yùn)動向上傳遞,高層正位渦出現(xiàn),高層位渦正異常又可導(dǎo)致低層的位渦進(jìn)一步加大,從而更有利于降水的發(fā)展。

圖10 6月21日07—14時(shí)累積降水量分布(單位:mm) a.控制試驗(yàn);b.試驗(yàn)一;c.試驗(yàn)二;d.試驗(yàn)三Fig.10 Accumulated rainfall(mm)from0700U TC to1400U TC21June in(a)control test,(b)test1,(c)test 2,and(d)test3

2)本次大別山β中尺度低渦的形成與地形無關(guān),主要是由對流層高層正位渦異常引起的,但有無地形對低渦的維持有很大的影響。平坦的地形最不利于降水及低渦的發(fā)展與維持,當(dāng)?shù)匦尉哂写髣e山的坡度時(shí),盡管地形較低,但仍有利于低渦維持以及降水加強(qiáng),升高地形并維持原有的坡度也有利于降水及低渦的發(fā)展。地形坡度的存在有利于氣流在低層的輻合上升,從而引發(fā)水汽凝結(jié),由凝結(jié)產(chǎn)生的非絕熱加熱有利于高層正位渦的維持,正位渦又可誘發(fā)低層渦旋發(fā)展,更有利于低渦及降水的維持。

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A Study on the Precipitation Mechanism of Meso-β-scale Shear Line and Low Votex during 20 and 21 June 2008

DING Zhi-ying,LUO Jing,SHEN Xin-yong

(Key Laboratory of Meteorological Disaster of Minsitry of Education,NU IST,Nanjing 210044,China)

By using the WRF mesoscale numericalmodel,a simulation is performed to study the meso-βscale shear line and low vortex of a heavy rainfall event,which occurred during20and21June2008in Jianghuai area.The results show ed that low-level large-scale potential vorticity,which w as m ore than 0.5×10-6m2·s-1·K·kg-1,provided a background field for the heavy rain induced by the shear line.O n its southern edge,the non-adiabatic heating which cam e from the low-level shear covergence and cloud water led to the grow th of the low-level positive potential vorticity,which brought greater precipitation as a result.A t the same time,the low-level positive potential vorticity passed upwards through the upward motion,resulting in a high-level potential vorticity positiveanomaly,which would lead to further increase of low-level cyclonic vorticity and thus enhanced the precipitation again.The generation of the meso-β-scale vortex had little to do with the terrain but was mainly caused by the potential vorticity positive anomalies at the upper troposphere.How ever,the maintenance of vortex and precipitation w ere closely related to the terrain slope of Dabieshan Mountain.Flat terrain is not conducive to the maintenance of the vortex and precipitation.But w hen there is a slope,either a high mountain or a low one,it is conducive to the maintenance of low vortex and precipitation.

meso-β-scale low vortex;potential vorticity;non-adiabatic heating;shear line

P445

A

1674-7097(2010)06-0657-10

2009-12-10;改回日期:2010-03-15

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目“973”(2009CB421503;2004CB418303);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40775033;40975037);公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(GYHY(QX)200806009)

丁治英(1954—),女,江蘇常州人,研究員,研究方向?yàn)橹谐叨葰庀髮W(xué),dingzhiying@nuist.edu.cn.

丁冶英,羅靜,沈新勇.2008年6月20—21日一次β中尺度切變線、低渦降水機(jī)制研究[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),2010,33(6):657-666.D ing Zhi-ying,Luo Jing,Shen Xin-yong.A study on the precipitation mechanism of meso-β-scale shear line and lowvotex during20and21June2008[J].Trans A tmos Sci,2010,33(6):657-666.

(責(zé)任編輯:劉菲)