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本文从多尺度影响系统、热力及动力物理量诊断分析以及中尺度数值模拟对2006年4月11~12日发生在河南省的一次强寒潮天气过程的形成背景和形成过程进行研究,探讨其强降温、大风和强降水形成的机理。
首先,应用1°×1°NCAR/NCEP再分析格点资料、高空及地面常规气象观测资料对这次寒潮天气的天气气候背景及物理量场进行了诊断分析。发现:本次寒潮的中期天气过程为倒Ω流型,乌拉尔山阻塞高压、亚洲上空的极涡异常增强是本次强寒潮的行星尺度影响系统;南、北槽同位相叠加使不稳定小槽发展加强,槽后强冷空气南下是本次强寒潮天气的直接影响系统。
其次,通过对温度平流、假相当位温、垂直速度、850hPaQ矢量散度、螺旋度、涡度、散度的诊断分析,发现本次寒潮天气过程的强降温是由于中路和东路两股冷空气的叠加造成的,不同的层结条件下垂直速度对河南前期增温、剧烈降温有利,并与河南大风联系密切。强冷平流一方面与暖平流共同作用促进蒙古气旋的发展,另一方面使低槽、冷锋东移南压,造成河南省这次寒潮、大风天气过程。非地转湿Q矢量激发的次级环流的下沉支的强弱变化及移近、移出与河南省大风天气的弱、强、弱的发展过程有良好的对应关系。垂直螺旋度大值带的移动和发展对大风的落区有较好的指示意义,强降水与散度的对应关系比涡度密切。
然后对该过程进行了数值模拟,发现WRF对降温、强降水、风力均有良好的模拟能力,有利于该模式在预报业务的应用。通过对湿位涡的诊断分析,发现本次寒潮天气过程的强降温是由于中路和东路两股冷空气的叠加造成的,但东路冷空气仅仅影响了河南的东部和南部,造成了该地区的更为强烈的降温。东南风水汽输送带的稳定为强降水的产生提供充沛的水汽条件和能量条件。中β尺度涡旋中心是产生中尺度降水的影响系统。中尺度地形对冷空气在山的北坡堆积加强有重要的作用,且对大风的风向、风速均有影响。
最后对这次寒潮天气过程进行了地形敏感试验,探讨了黄土高原地形对这次寒潮天气的贡献,表明黄土高原的存在一方面使高空低槽和地面冷锋在迎风坡没有受到太大的阻挡,另一方面,在其背风坡加强和加速了高空低槽和地面冷锋的东移南压,对河南省寒潮、大风、降水天气的发生、发展起了重要的作用。