一次与西南低涡相联系的低空急流的数值与研究.pdf

2001-03-14收到,2001-07-26收到修改稿*国家重点基础研究发展规划项目G1998040907、国家自然科学基金资助项目40075009和浙江省自然科学基金N29984共同资助一次与西南低涡相联系的低空急流的数值研究*王?智??高?坤??翟国庆(浙江大学地球科学系,杭州?310028)摘?要??梅雨期西南低涡的东移发展与长江中下游降水的加强有密切关系,作者采用中尺度模式对一次西南低涡及其伴随低空急流的发展演变进行了数值模拟。模拟结果表明:在长江中下游大巴山地区低空急流先于西南涡东移发展;西南低涡及低空急流的生成发展在开始阶段与中层(400hPa)的弱辐散密切相关;南风分量在西南低空急流的演变发展过程中起着更为主动的作用;南风分量增大中心位于南风分量中心的前方,促使南风分量中心东移;南风分量的动量方程收支分析表明水平平流项和产生项是促使南风分量变化的主要作用项,水平平流项和垂直平流项大部分相互抵消,科里奥利项的作用不可忽视,而其他项的值较小,在个别阶段和地区行星边界层项的作用在低层也较大。关键词:中尺度模拟;西南涡;低空急流;动量收支1?引言1999年6月下旬至7月初,在长江中下游地区出现多日持续大暴雨,造成多处地区受灾,其中浙江的嘉兴、湖州地区暴雨过程的最大日降水量达到186mm。该时段主要是由梅雨锋上的多个中尺度低涡扰动引起的暴雨,其中尤以26日生成于我国西南地区并东移的西南涡对该时段降水的影响最为明显,在该西南涡的东南象限始终有一支较强的西南低空急流维持。西南涡和低空急流被认为是夏季影响我国江淮流域的重要中尺度天气系统,近年来,国内外学者都曾对西南涡和低空急流作出过论述,研究指出西南涡的产生是地形作用的结果,或是由于在500hPa东移短波槽的迫动作用下形成的[1,2],而凝结潜热则是西南涡得以维持和发展的主要机制[3,4]。Uccellini和Johnson[5]从研究高空急流轴上风的水平分布不均匀出发,描述了低空急流的发展与高空急流出口区的质量和动量调整的耦合过程,指出处于高空急流出口区的逆环流低层分支里的低空急流很大部分是由于气压梯度力增大所致。在中国的梅雨过程中,也存在这种高低空耦合关系,俞樟孝等[6]指出副热带高空急流入口处右侧辐散可引起低层变压风的发展,从而有利于低空急流的发展加强。低空急流与西南低涡的关系密切,在西南低涡的东南象限往往有一支较强的西南低空急流维持,低空急流对西南涡的发展和暴雨的产生有重要的热力第27卷第1期大?气?科?学Vol?27No?12003年?1月ChineseJournalofAtmosphericSciencesJan??2003和动力作用[7],为低层不断带来潜在不稳定的暖湿空气,在急流轴的前部又由于特殊的风场切变有利于条件对称不稳定的发展[8]。西南低涡的东移发展与低空急流的移动也密切相关,西南涡的移动不仅受大尺度条件如高空槽的影响,还与下垫面地形条件等因素有关,在我国长江中下游大巴山和巫山西侧的四川盆地,由于特殊地形条件的作用,西南涡往往停滞少动,一段时间之后突然东移发展,形成强降水,这一现象已成为该地区汛期的一个重要预报问题。本文希望通过对西南低涡和低空急流的分析研究探讨低空急流的移动和西南低涡在大巴山一带停滞之后突然东移发展间的关系,揭示它们东移发展的演变特征和机理,这有助于改进对它们及其伴随的强降水的预报。长期以来,由于西南低涡及其相伴的低空急流尺度小,演变复杂,产生的暴雨又多具有突发性,常规资料难以捕捉其详细结构和演变机理,增加了预报和研究的难度。本文利用一个较为完善的高分辨中尺度数值模式,结合动量收支的时空高分辨输出帮助探讨西南涡及其相伴低空西南急流的东移演变发展特征,希望通过对这些模拟结果的分析和讨论,加深对这类暴雨中尺度系统发生发展演变特征和物理机制的认识。2?模式、资料和试验设计采用最初由Anthes和Warner[9]提出,并由PSU/NCAR发展的中尺度非静力模式MM5,模式的垂直坐标?=(p-pt)/(ps-pt),ps和pt分别为地面气压和模式层顶气压(100hPa),p在静力模式中为实际大气气压,而在本次试验所采用的非静力模式中为参考态气压,垂直向23层。采用粗、细网格的双向嵌套方案,在粗网格中,水平格距为90km,计算范围是以(32?N,108?E)为中心5070的格点;细网格水平格距为30km,计算范围是7091格点。模式包括云辐射及混合冰相显式水汽方案等非绝热物理过程,粗细网格分别采用Anthes-Kuo和Kain-Fritsch积云对流参数化方案,侧边界采用张弛逼近边界条件。资料采用每天两个时次(0000UTC,1200UTC)2?5?2?5?TOGA资料,结合地面、探空观测资料进行客观分析,将所有要素插值到11层标准等压面和5层