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2003年7月4日至5日,一系列中尺度强对流系统沿梅雨锋相继生成、强烈发展,导致了中国东部地区的梅雨锋暴雨过程。本文利用中尺度数值模式WRF对本次梅雨锋过程进行了数值模拟。使用带通滤波将模拟结果进行背景尺度与中尺度系统的分离,对背景切变线和中尺度涡旋进行了分析,重点分析了其中的中尺度对流涡旋(MCV)的结构、生命期间的环境条件、形成的物理机制,并通过涡度收支分析了该涡旋的发展过程中的动力特征等。结果表明:
对流层低层有着连续的中尺度涡生成并东移,中尺度涡与背景切变线并非完全重叠,中尺度涡位于背景切变线南侧。中尺度涡的移向与背景场气流相一致,MCV的移动与其母体对流系统的移动存在脱离的现象。
MCV产生自对流层低层发展起来,然后上下扩展,逐渐向柱状结构发展。MCV在发展后期环流特征突出,在对流层高层与低层均为辐散外流,而对流层中层则是弱辐合性气旋式流动。
MCV存在于高湿、弱稳定层结的天气条件中,同时低的垂直风切变配置也利于MCV的维持。于冷空气的侵入破坏了MCV的热力环境,使得MCV逐渐消亡。低空急流与强降水的配置相当一致,低空急流强风速中心位于强降水中心南侧。MCV南侧的中尺度风场对低空急流有加强作用。
MCV形成时,非绝热加热的水平尺度与Rossby变形半径可比拟,属于准平衡的动力大尺度的系统。非绝热加热层的高度相对比较低,因此,MCV出现在对流层低层。对流层低层的高湿条件,对MCV的形成也有着一定的促进作用。
从MCV发展的动力途径来看,辐合作用直接决定了MCV的形成与发展。大尺度水平运动对中尺度涡度的水平输送为水平平流项的主要部分,对MCV形成与发展也有着重要作用。大尺度涡度的中尺度垂直运动输送在垂直输送项中最为重要,垂直输送项仅在对流层中高层有明显的作用。而由垂直风速的水平变化所导致的水平涡度的倾斜作用在此MCV形成与发展阶段作用并不明显。