华南暴雨中尺度对流系统MCS的分析和数值模拟研究

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1、中山大学博士学位论文华南暴雨中尺度对流系统（MCS）的分析和数值模拟研究姓名：蒙伟光申请学位级别：博士专业：气象学指导教师：王安宇2003.5.6论文题目：华南暴雨中尺度对流系统(MCS)的分析和数值模拟研究专业：气象学博士生：蒙伟光指导教师：干安宁教授摘要本文在观测分析的基础上，利用中尺度数值模式w5对一次华南典型暴雨过程中MS的活动情况进行数值模拟研究，研究的内容可以概括为以下四个方面：其一，用MM5模式模拟了MS发生发展的三维结构和演变过程。其二，通过敏感性的对比试验，分析了凝结潜热加热、地表感热和潜热通量等

2、物理过程对McS的影响。其三，对MS发生发展机制进行了较为深入的研究，特别是研究了湿位涡与McS发生发展的关系。其四，结合观测分析和数值模拟结果给出了华南MS的概念模型。，，研究的主要结果如下：(1卜删5模式成功地模拟了1998年05月23～24日华南暴雨过程中的MS观测分析结果表明华南作为MS活动频繁的地区之一，暴雨过程中经常有MS的活动．并具有连续生、消的活动特征。这次暴雨过程中有2个主要的McS被成功地模拟了出来，MS的生命史在10h左右，水平尺度约为100～200km，总降水量在200珊小左右。(2)删5模

3、式成功她模拟了Mcs发生发展的三维结构和演变过程此次MS发生在冷锋切变线上的涡旋中，是冷暖空气交会的结果。与MS对应，涡度场表现为柱状结构，其低层有辐合，高层为辐散。最大的辐散高度位于400hPa左右高度以上，伴有强烈的垂直运动，呈向冷空气一侧倾斜，模式模拟的最大上升速度达90cm．s～。在发展初期，MS和涡旋的右侧低层有偏南风的中尺度低空急流(roLLJ)生成i随着McS的形成和发展，mLLJ向上发展，涡旋的右侧、ⅢLLJ的上空也出现了西南大风区。在高层，McS的东北侧还出现了偏西北风的中尺度高空急流(mUEJ)

4、。(3)非绝热过程对MS发生发展和结构特征的形成有重要作用非绝热过程对MCS的影响主要表现在四个方面：1)凝结潜热的作用对MCS的降水有很大的影响，在McS发展的各个时期如不考虑凝结潜热加热，MCS的降水强度很快减弱，无法继续发展。2)凝结潜热在MCS涡旋的生成期比较重要，在涡旋生成之后，凝结潜热的影响相对减弱。3)凝结潜热对MCS的中尺度低空急流(mLLJ)、高层辐散以及中尺度高空急流(mULJ)的形成也有很大的贡献。4)地表感热、潜热通量等边界层的非绝热过程对MCS的形成有较大的影响。在暴雨MCS发生的前期，地

5、表的非绝热过程造成气压下降，导致华南南部来自海洋的偏南风加大．辐合加强．从而使低层的湿度增大，气层变得更加不稳定，有利于对流的启动。(4)暴雨MCS及相应涡旋的发展与湿位涡异常有很好的对应关系MCS是在倾斜湿等熵面呈下陷的区域中发展起来的．并伴有明显的湿位涡正异常。湿位涡的正异常与冷暖空气在湿等熵面下陷区会合、南北冷暖空气向湿等熵面下陷区移动中所经历的对流稳定性减弱过程有关，并导致涡旋的形成和发展。除此之外，由于湿等熵面倾斜，水平风垂直切变的增大和湿斜压度的增加对涡旋的发展从而对MCS的形成也有较大的贡献。文中给出

6、了华南倾斜湿等熵面上涡旋和暴雨MCS发生发展的物理模型。(5)建立了华南MCS的概念模型MCS形成于切变线上的涡旋中，在低层地面上有中尺度的低压，前部为暖湿区，后部为干冷区。在中低层有相对的暖区和气旋性涡度的发展。涡旋环流向上减弱．在高层400hPa左右演变为强烈的辐散气流，并在MCS的后部形成一个相对的高压区。MCS内有明显的上升气流，其中两支来自低层，一支来源于西南偏南方向，作缓慢上升流入MCS后，迅速上升；另一支来自东南偏南的方向，低层MCS的东南侧有偏南风的中尺度低空急流(mLLJ)。源于低层的上升气流在M

7、CS内部作倾斜上升，在高层向东折后向东南或偏东方向流出。此外，也有一些空气从中层流入MCS内部，主要来自西南和偏西方向，有的直接进入MCS内并作上升，有的则作气旋式的上升运动并绕过MCS到达其东侧后进入MCS内部。MCS位于高层反气旋环流的东北侧，所以MCS高层的空气主要来自它的西北友。EMCS高层200hPa、300hPa附近有偏西北风的中尺度高空急流(mULJ)。，√关键词：华南暴雨，中尺度对流系统√＼／∥，非绝热加热，湿位涡．数值模拟。Titie：ADiagnosticandNumericalStudyofH

8、eavyRainfallMesoscaleConvectiveSystems(MCS)inSouthChinaMajor：MeteorologyName：MengWeiguangSupervisor：WangAnyuProfessorDiagnoseandNumericalSimulationStudywascardedouttoassesstheactiv