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本文首先利用NCEP/NCAR全球客观分析资料分析2008年6月20-21日江淮一次暴雨过程的大尺度环流背景场,发现本次暴雨发生在典型梅雨的有利环流背景下:500hPa欧亚中高纬大气环流呈现稳定的“双阻”型,中纬度为平直西风,且不断有短波槽东移,向暴雨区输送一股一股的冷空气,中低纬西太平洋副热带高压脊线稳定维持在23°N附近。此外,来自南海的水汽为暴雨的发生提供了有利的条件。
根据高分辨率的LAPS资料显示,850hPa在20日21时32.5°N附近出现一条准东西向的西南风与西北风构成的β中尺度切变线,22时出现降水,并随时间逐步增大,之后切变线维持在32°N-32.5°N之间,21日06时随着切变线的南压,降水减弱南压,在该切变线的西部,自21日03时起,高原东部30°N-32°N,113°E以西有倒槽东伸,在21日09时形成β中尺度低涡,该低涡在21日14时减弱,但东伸的倒槽依然存在,在低涡形成时,降水明显加大,当低涡减弱时,降水减弱并处在低涡的外围。
为了进一步研究本次暴雨发生的物理机制,利用中尺度模式WRF对本次暴雨过程进行模拟,并较为成功地模拟出β中尺度切变线和低涡的生成、消亡以及整个变化过程,揭示了本次β中尺度切变线、低涡的形成发展与降水的关系。
对流层低层0.5PVU的位涡边缘带状大值位涡的发展是本次β中尺度切变线降水形成的主要原因,初始时刻大尺度的大于0.5PVU的正位涡场为切变线暴雨提供了背景场,低层的切变辐合以及非绝热加热,导致了正位涡的增长,使低层正涡度加大引起降水加强。低层的正位涡通过上升运动向上传递,高层正位涡出现,高层位涡正异常又可导致低层的位涡进一步加大,从而更有利于降水的发展。水汽通量在水平以及垂直方向上的辐合为β中尺度切变线以及低涡降水的产生和维持提供了很有利的水汽条件。
由地形模拟试验得出,本次大别山β中尺度低涡的形成与地形无关,主要是由对流层高层正位涡异常引起的,但是有无地形对低涡的维持有很大的影响。平坦的地形最不利于降水及低涡的发展与维持,当地形具有大别山的坡度时,尽管地形较低,但仍有利于低涡维持以及降水的加强,升高地形并维持原有的坡度也有利于降水及低涡的发展。地形坡度的存在更有利于气流在低层的辐合以及上升运动的发展,气流辐合上升引发降水,由降水产生的非绝热加热有利于高层正位涡的维持,从而更有利于低涡及降水的维持。
在低涡降水阶段,实况与模拟均可看出在低涡附近一般有两条雨带存在,一条在低涡中心附近,另一条在低涡中心的南部。低涡降水过程中由于低层暖湿气流上升到一定高度,绝热冷却,使得等θse面下凹,激发出重力惯性波,从而导致锋前多条雨带的生成。辐合锋生以及变形场锋生对两支雨带的维持起不同的作用。此外,多雨带的形成还可能与大气的惯性不稳定和湿斜压性有关。