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一次典型梅雨鋒暴雨過(guò)程的多尺度結(jié)構(gòu)特征

2011-01-16 01:33趙玉春王葉紅崔春光
大氣科學(xué)學(xué)報(bào) 2011年1期
關(guān)鍵詞:梅雨中尺度渦度

趙玉春,王葉紅,崔春光

(中國(guó)氣象局武漢暴雨研究所,湖北武漢430074)

0 引言

梅雨鋒暴雨是我國(guó)氣象學(xué)家研究的經(jīng)典主題之一,有關(guān)梅雨鋒暴雨的大尺度環(huán)流、中尺度系統(tǒng)(氣旋或者擾動(dòng))以及梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征已有大量理論和應(yīng)用研究成果。研究表明,梅雨鋒雨帶的形成是東亞行星鋒區(qū)和東亞季風(fēng)相互作用的結(jié)果(Tao and Chen,1987;Ding,1992),梅雨鋒暴雨的產(chǎn)生則由西太平洋副熱帶高壓、南海季風(fēng)涌、中高緯度冷空氣和青藏高原中尺度對(duì)流系統(tǒng)最佳組配(或鎖相)造成(張順利等,2003),而梅雨鋒降水系統(tǒng)主要為梅雨鋒上東移的中間尺度或中尺度低渦(Ninomiya and Akiyama,1974)。梅雨鋒云系、西風(fēng)帶短波槽云系、青藏高原東移擾動(dòng)云系和季風(fēng)云涌構(gòu)成了梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的云系成員(覃丹宇等,2006)。梅雨鋒在鋒面結(jié)構(gòu)上不同于極鋒鋒區(qū),梅雨鋒上大量降水蒸發(fā)冷卻使梅雨鋒近地面溫度降低,在梅雨鋒兩側(cè)的溫度對(duì)比并不明顯,導(dǎo)致低層梅雨鋒幾近消失(Akiyama,1973;王建捷和陶詩(shī)言,2002),梅雨鋒兩側(cè)的氣團(tuán)溫度比鋒區(qū)高,梅雨鋒猶如一條冷舌位于南北暖氣團(tuán)之間(Kato,1987),梅雨鋒主要表現(xiàn)為濕度鋒(露點(diǎn)鋒)或者θe鋒,降水發(fā)生在鋒區(qū)的南面(張小玲等,2002)。最近的研究表明,梅雨鋒降雨帶南北兩側(cè)分別存在θe密集邊界區(qū),北邊界為梅雨鋒,而南邊界為副熱帶鋒,兩者在性質(zhì)上存在著差異(柳俊杰等,2003;Zhou et al.,2005;Cui et al.,2009)。同時(shí)梅雨鋒的結(jié)構(gòu)不均勻,呈現(xiàn)明顯的中層鋒和邊界層鋒兩段,鋒區(qū)垂直環(huán)流的加強(qiáng)與高低空急流上下貫通,有利于梅雨鋒降水的加強(qiáng)(陳麗芳和高坤,2006)。這些研究在大尺度和天氣尺度上從不同角度揭示了梅雨鋒的多尺度結(jié)構(gòu)特征和梅雨鋒降水的成因,加深了對(duì)梅雨鋒以及梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

梅雨鋒暴雨是在大尺度、天氣尺度和α中尺度系統(tǒng)共同作用下形成的(蔣建瑩和倪允琪,2003),在梅雨鋒中尺度切變線走向上有一條中尺度渦管,其強(qiáng)度與降水強(qiáng)度密切相關(guān)(壽紹文等,2001)。然而,梅雨鋒暴雨的形成主要由梅雨鋒上不同尺度的中尺度對(duì)流系統(tǒng)(Mesoscale Convective System s,M CSs)活動(dòng)直接造成,梅雨鋒云系上分布的M CSs是由不同尺度、不同強(qiáng)度的對(duì)流單體組成,使得梅雨鋒云系產(chǎn)生不均勻的降水分布(A kiyam a,1990;姚秀萍等,2005)。梅雨鋒上的暴雨由嵌套在α中尺度氣旋內(nèi)的β和γ中尺度擾動(dòng)引起(Ninomiya and Mizuno,1987),并具有明顯的多尺度特征(Ninomiya and Akiyam a,1992;Shibagaki et al.,1997;Kato,1998)。梅雨鋒上的α中尺度對(duì)流系統(tǒng)由幾個(gè)β中尺度對(duì)流群組成,每一個(gè)β中尺度對(duì)流群又由多個(gè)γ中尺度的對(duì)流回波構(gòu)成(Yamada et al.,2003)。同時(shí)研究表明,梅雨鋒上暴雨往往由混合云降水所致,在梅雨鋒層云降雨區(qū)有許多對(duì)流單體組成的帶狀回波群,對(duì)流回波周?chē)S兄谐叨惹凶?、渦旋、輻合和輻散存在(劉黎平等,2004),梅雨鋒暴雨也由β中尺度輻合帶及嵌套在輻合帶上的γ中尺度渦旋共同作用引起,輻合帶上的波動(dòng)活動(dòng)對(duì)降水具有重要的觸發(fā)和維持作用(周海光和王玉彬,2005)。因此,梅雨鋒暴雨系統(tǒng)在中尺度上具有明顯的多尺度結(jié)構(gòu)特征。同時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)分析中發(fā)現(xiàn),梅雨鋒上頻繁活動(dòng)的M CSs在雷達(dá)回波上大多不同于北美線狀的M CSs(Parker and Johnson,2000),其組織結(jié)構(gòu)特征往往表現(xiàn)為層狀降水回波帶中嵌套著對(duì)流降水回波單體,梅雨鋒暴雨系統(tǒng)在α、β和γ中尺度上的熱力動(dòng)力三維空間結(jié)構(gòu)特征及其相互間的聯(lián)系仍不十分清楚。本文以2009年6月29—30日發(fā)生在長(zhǎng)江中游的一次典型梅雨鋒特大暴雨過(guò)程為例,通過(guò)觀測(cè)分析、大區(qū)域精細(xì)數(shù)值模擬和空間帶通濾波分析,進(jìn)一步探討梅雨鋒暴雨系統(tǒng)在α、β和γ中尺度上三維空間的多尺度結(jié)構(gòu)特征,以加深梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

1 觀測(cè)事實(shí)

1.1 天氣背景和降水概況

2009年6月29日08時(shí)(北京時(shí),下同),500 hPa上歐亞地區(qū)大尺度和天氣尺度環(huán)流背景呈現(xiàn)出典型的梅雨鋒環(huán)流特征:1)西太平洋副熱帶高壓脊線位于23°N附近,西脊點(diǎn)位于115°E左右;中高緯呈兩槽兩脊分布,東北低渦位于(120°E,45°N)附近,渦內(nèi)低槽南伸至30°N一帶,新疆西側(cè)為一低槽,兩脊分別位于內(nèi)蒙西部和日本,日本高壓脊北部為一阻塞高壓。2)中緯地區(qū)為平直的西風(fēng)帶環(huán)流,高原至西南地區(qū)上空多短波槽活動(dòng),短波槽東移到梅雨鋒上空產(chǎn)生擾動(dòng),為暴雨的發(fā)生提供有利的動(dòng)力條件。3)850hPa上,西太平洋副熱帶高壓西側(cè)外圍的西南暖濕高θe氣流與東北低渦后部的偏北低θe氣流交匯在長(zhǎng)江中下游地區(qū),形成梅雨鋒輻合帶,梅雨濕度鋒緊靠輻合帶偏北一側(cè),天氣尺度的西南低空急流呈東北—西南向,從華南一直伸至日本南部。4)200hPa上,副熱帶西風(fēng)急流西段位于40°N左右,向東逐漸南壓至35°N附近,急流軸上有多個(gè)急流中心,梅雨鋒上特大暴雨區(qū)正好位于高空急流中心入口區(qū)右側(cè)。5)100hPa上,南亞高壓主體近乎呈東西向,1 672dagpm特征線向東伸到120°E以東,脊線位于29°N附近,南亞高壓脊區(qū)附近的輻散場(chǎng)為特大暴雨的形成提供了有利的高空疏散條件(圖1a)。由此可見(jiàn),梅雨鋒特大暴雨發(fā)生在多種尺度天氣系統(tǒng)共同構(gòu)成的有利環(huán)境場(chǎng)內(nèi),具有典型的梅雨鋒環(huán)流特征(趙思雄等,2004)。

在上述有利的天氣尺度環(huán)流背景下,準(zhǔn)東西向的梅雨鋒上不斷有中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展,給湖北、安徽等地帶來(lái)強(qiáng)烈的降水天氣,造成了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。30日08時(shí)24h累積雨量圖上,湖北、安徽一帶為一條準(zhǔn)東西向的暴雨帶,暴雨帶上有3個(gè)特大暴雨中心,分別位于鄂西南、鄂東北和安徽南部(圖1b)。其中地面常規(guī)觀測(cè)站點(diǎn)上鶴峰降水最強(qiáng),24h累積降水量達(dá)313mm,1h雨強(qiáng)達(dá)53.9mm。據(jù)地面常規(guī)觀測(cè)站點(diǎn)統(tǒng)計(jì),湖北境內(nèi)44個(gè)縣市降水超過(guò)50mm,其中22個(gè)縣市降水超過(guò)了100mm,安徽境內(nèi)30個(gè)縣市降水在50mm以上,其中16個(gè)縣市降水超過(guò)了100mm。

1.2 衛(wèi)星云圖觀測(cè)特征

利用風(fēng)云靜止氣象衛(wèi)星黑體輻射亮溫(TBB)資料對(duì)梅雨鋒上中尺度對(duì)流云團(tuán)的活動(dòng)分析發(fā)現(xiàn),鄂皖境內(nèi)特大暴雨的發(fā)生由梅雨鋒上多個(gè)不同尺度的M CSs活動(dòng)造成。MCSs的活動(dòng)大致可以分為3個(gè)階段:第1階段為29日08—14時(shí),梅雨鋒近乎呈東西向,M CSs在緊靠梅雨鋒南側(cè)暖濕氣流一側(cè)活動(dòng),對(duì)流云團(tuán)也在東西向上近乎呈波狀分布(這種波狀排列的對(duì)流云團(tuán)的活動(dòng)可能與慣性重力波的活動(dòng)有關(guān)(胡伯威,2005;易軍等,2009)),有α尺度云團(tuán),也有β甚至γ中尺度云團(tuán),β和γ中尺度的對(duì)流云團(tuán)有的獨(dú)立發(fā)展,有的鑲嵌在α中尺度云團(tuán)中(圖2a,b)。第2階段為29日15—23時(shí),梅雨鋒逐漸轉(zhuǎn)為東北東—西南西向,此時(shí)中尺度對(duì)流云團(tuán)的活動(dòng)變得相對(duì)零散,α、β和γ尺度的對(duì)流云團(tuán)在梅雨鋒附近活動(dòng),仍具有明顯的多尺度特征,云團(tuán)結(jié)構(gòu)和形態(tài)上的組織化特征變?nèi)?圖2c,d)。第3階段為30日00—09時(shí),梅雨鋒仍呈東北東—西南西向,梅雨鋒附近對(duì)流云團(tuán)結(jié)構(gòu)和形態(tài)上的組織化特征再度增強(qiáng),β和γ中尺度的對(duì)流云團(tuán)有的鑲嵌在α中尺度云團(tuán)中活動(dòng),有的獨(dú)立發(fā)展(圖2e,f)。由此可見(jiàn),引發(fā)梅雨鋒特大暴雨的中尺度對(duì)流云團(tuán)具有明顯的多尺度特征,對(duì)流云團(tuán)在α、β和γ中尺度上發(fā)生發(fā)展,對(duì)流云團(tuán)的活動(dòng)特征、組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征呈現(xiàn)出多樣化。另外,梅雨鋒上對(duì)流云團(tuán)的活動(dòng)特征存在著明顯的階段性變化,它可能與太陽(yáng)輻射加熱造成的大氣日變化有關(guān)(Zhao et al.,2008)。

圖2 2009年6月29日08時(shí)—30日09時(shí)風(fēng)云靜止氣象衛(wèi)星TBB(≤-40℃)演變圖(粗虛線指示梅雨鋒) a.29日08時(shí);b.29日13時(shí);c.29日18時(shí);d.29日23時(shí);e.30日04時(shí);f.30日09時(shí)Fig.2 The Fengyun geostationary meteorological satellite images of TBB(≤-40℃)from08:00BST29to 09:00BST30June2009(The thick dashed lines indicate the Meiyu front) a.08:00BST29;b.13:00BST29;c.18:00BST29;d.23:00BST29;e.04:00BST30;f.09:00BST30

1.3 雷達(dá)回波觀測(cè)特征

利用多普勒雷達(dá)拼圖資料(武漢、宜昌、恩施和十堰四部雷達(dá))(X iao et al.,2008)對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)在雷達(dá)回波上的特征分析后發(fā)現(xiàn),梅雨鋒雨帶上為層狀和對(duì)流混合性的降水回波,對(duì)流降水回波嵌置于層狀降水回波中,梅雨鋒上M CSs的活動(dòng)在雷達(dá)回波上并未呈現(xiàn)出線狀M CSs組織化結(jié)構(gòu)特征(Parker and Johnson,2000),而是表現(xiàn)為另外一種組織形態(tài),即尺度小的強(qiáng)回波體嵌置于尺度大的回波帶中,在水平和垂直方向上均呈現(xiàn)出明顯的多尺度結(jié)構(gòu)特征。詳細(xì)分析M CSs活動(dòng)期間的雷達(dá)回波特征發(fā)現(xiàn):在中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)的第1階段,梅雨鋒降雨回波帶近乎呈準(zhǔn)東西向,整個(gè)回波帶在水平分布上相對(duì)緊湊,回波的組織結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為尺度小的強(qiáng)回波體嵌套于尺度大的回波帶中,回波單體沿著平均環(huán)境氣流方向移動(dòng)(圖3a)。在高度剖面圖上,這一特征更為清楚,即梅雨鋒雨帶上有一個(gè)或者多個(gè)α中尺度回波帶(圖3c),其尺度一般在250~300km;α中尺度回波帶中嵌套著β中尺度回波體,其大小約50~150km;大的β中尺度回波體中又嵌套著多個(gè)γ中尺度強(qiáng)回波峰(圖3e),其尺度約10~15km。在中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)的第2階段,梅雨鋒降雨回波帶逐漸演變成東北東—西南西向,回波帶的南北范圍增大,水平分布上回波帶變得相對(duì)分散,梅雨鋒降雨回波帶的南側(cè)有尺度較小的對(duì)流回波發(fā)展,回波帶上為不同尺度的回波體(圖3b)。在高度剖面圖上,梅雨鋒回波帶也由一個(gè)或多個(gè)α中尺度回波帶構(gòu)成(圖3d),β尺度回波體嵌套在α尺度回波帶中,γ尺度回波峰又嵌套在β尺度回波體中(圖3f)。在中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)的第3階段,梅雨鋒降雨回波帶仍呈東北東—西南西向,水平分布上回波帶變得相對(duì)集中,組織化特征增強(qiáng),仍表現(xiàn)出明顯的多尺度結(jié)構(gòu)特征(圖略)。由此可見(jiàn),梅雨鋒上M CSs在雷達(dá)回波上的組織結(jié)構(gòu)特征與其在衛(wèi)星云圖上的結(jié)構(gòu)特征存在著很大的差異,在雷達(dá)回波上可更為清楚地看出M CSs在垂直方向上的組織結(jié)構(gòu)特征。梅雨鋒降雨回波帶上尺度較小的β中尺度強(qiáng)回波體和γ中尺度強(qiáng)回波峰大多呈波列分布,它的出現(xiàn)可能與慣性重力波的活動(dòng)有關(guān)(胡伯威,2005;易軍等,2009)。由于只獲得了湖北境內(nèi)四部多普勒雷達(dá)的三維拼圖資料,還不能形成完整的梅雨鋒降水回波三維資料集,這限制了觀測(cè)分析的完整性(但不影響此次梅雨鋒上M CSs降水回波統(tǒng)計(jì)意義上的特征分析,可獲取的雷達(dá)資料顯示的M CSs活動(dòng)特征具有一定的代表性)。

圖3 2009年6月29日11時(shí)36分(a,c,e)和21時(shí)24分(b,d,f)多普勒天氣雷達(dá)三維拼圖的組合反射率和反射率垂直剖面圖(其中圖3c、e和3d、f分別為沿圖3a、c和3b、d中實(shí)線AB、A′B′和CD、C′D′的高度剖面)Fig.3 The composite reflectivity of three-dimensional Doppler radar mosaics and their vertical cross section at(a,c,e)11:36and(b,d,f)21:24BST29June2009(Fig.3c,e and Fig.3d,f are the height cross section along the solid lines AB,A′B′and CD,C′D′in Fig.3a,c and Fig.3b,d,respectively)

2 數(shù)值模擬

上述觀測(cè)分析表明,梅雨鋒特大暴雨由多個(gè)不同尺度的M CSs活動(dòng)造成,這些不同尺度的暴雨系統(tǒng)在三維空間上具有何種結(jié)構(gòu)特征并不清楚。下面對(duì)此次梅雨鋒特大暴雨過(guò)程進(jìn)行高分辨數(shù)值模擬,在對(duì)天氣系統(tǒng)、溫壓濕要素及暴雨強(qiáng)度和落區(qū)等模擬與實(shí)況基本一致的情況下,對(duì)模擬結(jié)果空間帶通濾波后分析不同尺度暴雨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。

2.1 模式簡(jiǎn)介

利用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)和大氣研究中心(NCAR)等研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的天氣研究和預(yù)報(bào)模式(W RF3.1.1版本)非靜力方案,進(jìn)行數(shù)值模擬和試驗(yàn)。模擬采用雙向三重嵌套積云分辨尺度大區(qū)域精細(xì)模擬(圖4),模擬區(qū)域的中心點(diǎn)為(116°E,30°N),母區(qū)域水平網(wǎng)格距為9km×9km,水平方向295×295個(gè)格點(diǎn),第1子區(qū)域?yàn)?km×3km,水平方向493×493個(gè)格點(diǎn),第2子區(qū)域?yàn)?km×1km,水平方向955×955個(gè)格點(diǎn),垂直方向?yàn)棣易鴺?biāo)31層,時(shí)間積分步長(zhǎng)為54s。母區(qū)域采取的物理方案:云微物理過(guò)程用Eta方案,積云參數(shù)化方案為新的Kain-Fritch方案,長(zhǎng)波輻射用RRTM方案,短波輻射為D udhia方案,地表層物理過(guò)程為基于Monin-Obukhov的MM5類(lèi)似方案,陸面過(guò)程選用5層熱擴(kuò)散方案,行星邊界層過(guò)程為YSU方案。第1、2子區(qū)域除云微物理過(guò)程采用L in方案,不進(jìn)行積云參數(shù)化外,其他物理過(guò)程與母區(qū)域相同。母區(qū)域和第1子區(qū)域采用USGS的2′分辨率地形,第2子區(qū)域采用30″分辨率地形。由于2009年6月29日08時(shí)梅雨鋒已經(jīng)形成,長(zhǎng)江中下游流域產(chǎn)生了明顯的降水,考慮到模式的SPINU P時(shí)間,選取28日02時(shí)作為初始時(shí)間,利用NCEP/NCAR1°×1°的再分析資料初始化后積分30h,模擬29日08時(shí)—30日08時(shí)鄂皖境內(nèi)的特大暴雨過(guò)程。文中主要對(duì)第2子區(qū)域的模擬結(jié)果進(jìn)行分析,但對(duì)天氣尺度系統(tǒng)的模擬驗(yàn)證部分使用母區(qū)域和第1子區(qū)域的模擬結(jié)果。

圖4 模式三重嵌套的模擬區(qū)域(a;陰影區(qū)為地形)和模式模擬的24h降水量分布(b;單位:mm)Fig.4 (a)The modeldomain of three-domain-nested numerical simulation(shaded area is topography)and(b)the simulated24-hr rainfall(mm)

2.2 模擬驗(yàn)證

對(duì)模式輸出分析發(fā)現(xiàn),模式對(duì)天氣尺度環(huán)流形勢(shì)和溫壓濕場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模擬與觀測(cè)非常接近,但高分辨率模式模擬的溫壓濕場(chǎng)具有更為精細(xì)的結(jié)構(gòu)特征,這里對(duì)其細(xì)節(jié)不進(jìn)行贅述。在對(duì)天氣形勢(shì)和溫壓濕要素模擬基本正確的基礎(chǔ)上,模擬的24h累積降水與觀測(cè)基本一致,雨帶呈準(zhǔn)東西向,特大暴雨中心分別位于鄂東和皖南,較觀測(cè)的強(qiáng)降水中心偏離不到50km,但模擬的降水較觀測(cè)略強(qiáng)(圖4b)。對(duì)模擬的逐時(shí)降水分布與實(shí)況對(duì)比發(fā)現(xiàn),模式對(duì)梅雨鋒上M CSs活動(dòng)形成的逐小時(shí)降水分布也有一定的模擬能力。圖5是梅雨鋒上M CSs不同活動(dòng)階段代表時(shí)刻的地面加密觀測(cè)和模式3km子區(qū)域模擬的1h降水分布,可見(jiàn)29日13時(shí)模擬的1h降雨帶呈準(zhǔn)東西向位于鄂東和皖南(圖5b),與觀測(cè)基本一致(圖5a),但雨帶上強(qiáng)降雨團(tuán)的位置、范圍和強(qiáng)度等細(xì)節(jié)還不能完全刻畫(huà)出來(lái)。29日21時(shí)觀測(cè)的1h雨帶主要位于鄂東北和皖中南一帶(圖5c),而模擬的主雨帶強(qiáng)度偏弱,對(duì)安徽境內(nèi)的降雨團(tuán)模擬偏南,而在湘贛境內(nèi)模擬的降水無(wú)逐小時(shí)觀測(cè)雨量驗(yàn)證(圖5d)。30日07時(shí),模擬的1h降雨帶呈東北東—西南西分布(圖5f),與觀測(cè)近乎一致(圖5e),但對(duì)鄂東境內(nèi)降雨帶的模擬較實(shí)況略偏北。由此可見(jiàn),模式不僅較好地模擬了24h累積降水,而且較為成功地模擬了第1和第3階段M CSs活動(dòng)引發(fā)的降水,但模式還不能很好地刻畫(huà)梅雨鋒上M CSs活動(dòng)引發(fā)降水的細(xì)節(jié),尤其是梅雨鋒上M CSs第2階段活動(dòng)引發(fā)降水的模擬并不十分令人滿(mǎn)意,這可能與模式不能很好地刻畫(huà)與日變化相聯(lián)系的物理過(guò)程有關(guān),也說(shuō)明中尺度模式對(duì)M CSs的模擬還有待進(jìn)一步改進(jìn)。考慮到模式對(duì)梅雨鋒上M CSs第3階段活動(dòng)形成降水的模擬與觀測(cè)最為接近,下面利用小波變換對(duì)模式輸出結(jié)果進(jìn)行空間帶通濾波和尺度分離后分析梅雨鋒暴雨系統(tǒng)動(dòng)力、熱力三維空間的多尺度結(jié)構(gòu)特征。

圖5 2009年6月29—30日梅雨鋒上M CSs不同活動(dòng)階段代表時(shí)刻地面加密觀測(cè)(a,c,e)和模式3km子區(qū)域模擬(b,d,f)的1h降水分布(單位:mm;觀測(cè)僅有鄂皖境內(nèi)的加密自動(dòng)雨量站資料) a,b.29日13時(shí);c,d.29日21時(shí);e,f.30日07時(shí)Fig.5 (a,c,e)The1-hr intensive observed surface rainfall(mm)and(b,d,f)the corresponding1-hr sim ulated rainfall of3-km dom ain in different stages ofM CSs activities on theM eiyu front during29—30June2009(O nly displayed in Fig.3a,c,e is the rain gauge data in Hubei and A nhui provinces) a,b.13:00BST 29;c,d.21:00BST29;e,f.07:00BST30

2.3 空間濾波與尺度分離

利用M orlet小波變換(W eng and Lau,1994),對(duì)模式輸出結(jié)果進(jìn)行帶通空間濾波(在經(jīng)、緯圈上濾波的順序不影響濾波結(jié)果,且小波重建后與原始資料空間分布一致),結(jié)合波譜能量分布分離出不同尺度的天氣系統(tǒng)。圖6是2009年6月30日07時(shí)700hPa渦度和散度進(jìn)行小波分析后沿梅雨鋒(31°N)的波譜能量分布。由圖可見(jiàn):在2~20km尺度上,渦度的波譜能量存在兩個(gè)波峰,散度為一個(gè)波峰,有渦度波峰與其對(duì)應(yīng);在20~200km尺度上,渦度和散度皆為兩個(gè)波峰,但波峰位于不同的波長(zhǎng)處;在200~2 000km尺度上,渦度和散度皆為三個(gè)波峰,波峰位置大體一致。這說(shuō)明梅雨鋒暴雨系統(tǒng)在不同尺度上都存在明顯的波譜能量,具有明顯的多尺度特征。對(duì)梅雨鋒南北側(cè)緯度帶上的波譜能量分析發(fā)現(xiàn),在梅雨鋒的北側(cè),波長(zhǎng)在2~20km尺度上的波譜能量比其他波長(zhǎng)上的波譜能量要小得多,且沒(méi)有明顯的波峰,其他波長(zhǎng)上存在著強(qiáng)的波譜能量和波峰;而在梅雨鋒的南側(cè),2~20km尺度上的波譜能量分布上仍存在著明顯的波峰。這表明梅雨鋒南側(cè)有明顯的γ中尺度系統(tǒng)活動(dòng),而北側(cè)γ中尺度系統(tǒng)相對(duì)欠活躍。對(duì)其他時(shí)次小波波譜能量分析發(fā)現(xiàn),盡管波譜能量分布并不完全相同,但波譜能量的多尺度特征突出??梢?jiàn)Orlanski(1975)劃分的α、β和γ中尺度系統(tǒng)在波譜能量上并不是單峰分布,因而就波譜能量角度而言,α、β和γ尺度劃分并無(wú)絕對(duì)界限。盡管如此,下面仍以O(shè)rlanski(1975)的中尺度劃分來(lái)對(duì)模式1km子區(qū)域模擬的熱力和動(dòng)力物理量進(jìn)行小波變換和空間帶通濾波,分離出α、β和γ中尺度系統(tǒng),分析梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的三維空間多尺度結(jié)構(gòu)特征。

2.4 梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的多尺度結(jié)構(gòu)特征

2.4.1 α中尺度結(jié)構(gòu)特征

圖6 2009年6月30日07時(shí)模擬的700hPa沿梅雨鋒(31°N)渦度(實(shí)線)和散度(虛線)的小波波譜能量分布Fig.6 The wavelet spectral energy of the simulated 700h Pa vorticity(solid line)and divergence(dashed line)along the Meiyu front(31°N)at07:00BST30June 2009

利用小波變換對(duì)模擬的物理量進(jìn)行α中尺度帶通空間濾波后,可清晰地看出α中尺度結(jié)構(gòu)特征。圖7是梅雨鋒暴雨期間(2009年6月30日07時(shí))α中尺度物理量水平(700hPa)和垂直分布??梢园l(fā)現(xiàn):1)700hPa上梅雨鋒帶為一條正渦度帶,梅雨鋒輻合帶與正渦度帶近乎疊置;正渦度帶上有多個(gè)正渦度中心,分別有多個(gè)輻合中心與其對(duì)應(yīng);梅雨鋒南、北側(cè)為弱的負(fù)渦度帶,分別對(duì)應(yīng)著弱的輻散帶(圖7a)。在南北向垂直分布圖上,600hPa以下為正渦度柱,對(duì)應(yīng)著輻合中心,略向北傾斜,以上為負(fù)渦度柱,對(duì)應(yīng)著輻散中心,渦度和散度近乎呈一波分布,但600hPa以上有兩個(gè)輻散和渦度中心,另外600hPa以下輻合柱的兩側(cè)為略向北傾斜的輻散柱(圖7b)。2)梅雨鋒帶對(duì)應(yīng)著相當(dāng)位溫(θe)密集帶,梅雨鋒云帶(總云水物質(zhì)帶)與θe密集帶近乎平行,并位于高θe一側(cè),梅雨鋒云帶上也存在著多個(gè)云水物質(zhì)大值中心(圖7c)。在垂直分布圖上,θe密集帶向北傾斜,一高θe舌沿著梅雨鋒傾斜向上伸展至600hPa,北側(cè)為低θe區(qū),南側(cè)為高θe區(qū),梅雨鋒云柱近乎垂直地伸展到200hPa,云水物質(zhì)大值中心位于600hPa左右,梅雨鋒云帶的南界位于950hPa上θe密集帶的南側(cè),北界位于θe密集帶內(nèi)(圖7d)。3)700hPa上梅雨鋒切變線近乎呈東西向分布,梅雨鋒上升運(yùn)動(dòng)帶位于切變線偏南一側(cè),切變線與正渦度帶大值中心的連線近乎一致(圖7e)。在垂直分布圖上,梅雨鋒云帶對(duì)應(yīng)著上升運(yùn)動(dòng)帶,上升運(yùn)動(dòng)帶的兩側(cè)分別有補(bǔ)償?shù)南鲁吝\(yùn)動(dòng)帶,梅雨鋒北側(cè)存在一熱力直接環(huán)流,南側(cè)存在一熱力間接環(huán)流(圖7f)。

圖7 梅雨鋒暴雨期間(2009年6月30日07時(shí))α中尺度物理量的700hPa上水平分布(a,c,e)和沿117°E垂直剖面(b,d,f) a,b.散度(等值線;單位:10-3s-1)和渦度(陰影;單位:10-3s-1);c,d.相當(dāng)位溫(等值線;單位:K)和700~300hPa總云水物質(zhì)(陰影;單位:g/kg);e,f.風(fēng)場(chǎng)、流場(chǎng)(矢量、流線;單位:m/s)和垂直速度(陰影;單位:m/s)Fig.7 (a,c,e)The horizontal distributions at700hPa and(b,d,f)the vertical cross sections along117°E of theαmesoscale physical variables during the Meiyu frontal rainstorm(07:00BST30June2009) a,b.divergence(contours;units:10-3s-1)and vorticity(shadings;units:10-3s-1);c,d.equivalent potential temperature(contours;units:K)and700—300hPa total hydro meteors(shadings;units:g/kg);e,f.winds,flow field(vectors,stream line;units:m/s)and vertical velocity(shadings;units:m/s)

2.4.2 β中尺度結(jié)構(gòu)特征

圖8 梅雨鋒暴雨期間(2009年6月30日07時(shí))β中尺度物理量的700hPa上水平分布(a,c,e)和沿117°E垂直剖面(b,d,f) a,b.散度(等值線;單位:10-3s-1)和渦度(陰影;單位:10-3s-1);c,d.相當(dāng)位溫(等值線;單位:K)和700~300hPa總云水物質(zhì)(陰影;單位:g/kg);e,f.風(fēng)場(chǎng)、流場(chǎng)(矢量、流線;單位:m/s)和垂直速度(陰影;單位:m/s)Fig.8 (a,c,e)The horizontal distributions at700hPa and(b,d,f)the vertical cross sections along117°E of the β-mesoscale physical variables during the Meiyu frontal rainstorm(07:00BST30June2009) a,b.divergence(contours;units:10-3s-1)and vorticity(shadings;units:10-3s-1);c,d.equivalent potential temperature(contours;units:K)and700—300hPa total hydro meteors(shadings;units:g/kg);e,f.winds,flow field(vectors,stream line;units:m/s)and vertical velocity(shadings;units:m/s)

在進(jìn)行β中尺度帶通空間濾波后,可發(fā)現(xiàn)α中尺度系統(tǒng)內(nèi)嵌套著多個(gè)β中尺度系統(tǒng)。圖8是梅雨鋒暴雨期間(2009年6月30日07時(shí))β中尺度物理量的水平(700hPa)和垂直分布??梢园l(fā)現(xiàn):1)在700hPa梅雨鋒α中尺度正渦度帶上,有多個(gè)β中尺度正、負(fù)渦度帶,這些正、負(fù)渦度帶沿著梅雨鋒正渦度帶呈波列狀分布;在梅雨鋒α中尺度輻合帶上,有多個(gè)β中尺度輻合、輻散中心,這些輻合輻散中心與正負(fù)渦度帶并不完全一一對(duì)應(yīng)(圖8a)。在垂直分布上,在梅雨鋒α中尺度渦度柱上,有多個(gè)β中尺度正負(fù)渦柱,這些渦度柱向北傾斜,在垂直方向上呈兩波分布。梅雨鋒上β中尺度的渦度和散度分布的形成可能與慣性重力波有關(guān)(圖8b)。2)在α中尺度θe密集帶南側(cè),有多個(gè)β中尺度θe高低值中心;在梅雨鋒α中尺度云帶上有多個(gè)β中尺度總云水物質(zhì)大小值中心(有些甚至為負(fù)值,這與空間帶通濾波有關(guān))(圖8c)。在垂直剖面上,550hPa上θe呈波狀分布,800~600hPa存在著兩個(gè)閉合θe低值中心,兩個(gè)低值中心間為θe相對(duì)高值區(qū),一個(gè)β中尺度θe舌從950hPa北傾向上伸展;α中尺度梅雨鋒云柱中有多個(gè)β中尺度云柱(圖8d)。對(duì)比圖6c和6d發(fā)現(xiàn),水平分布上β中尺度云水物質(zhì)大、小值中心與梅雨鋒上β中尺度對(duì)流系統(tǒng)的強(qiáng)上升支、補(bǔ)償?shù)南乱窔饬髦в嘘P(guān)。3)梅雨鋒切變線南側(cè)的β中尺度系統(tǒng)在風(fēng)場(chǎng)上表現(xiàn)為偏南氣流中的擾動(dòng),α中尺度梅雨鋒上升運(yùn)動(dòng)帶上存在多個(gè)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心,在強(qiáng)上升中心附近伴隨著有下沉運(yùn)動(dòng)中心(圖8e)。在垂直方向上,在α中尺度上升運(yùn)動(dòng)柱內(nèi)有多個(gè)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)支,并伴隨著補(bǔ)償?shù)南鲁翚饬髦?流場(chǎng)上存在波狀的上升下沉氣流,這可能與慣性重力波的活動(dòng)有關(guān)(圖8f)。

2.4.3 γ中尺度結(jié)構(gòu)特征

在γ中尺度帶通空間濾波后,可發(fā)現(xiàn)α或β中尺度系統(tǒng)內(nèi)嵌套著多個(gè)γ中尺度系統(tǒng)。圖9是梅雨鋒暴雨期間(2009年6月30日07時(shí))γ中尺度物理量的水平(700hPa)和垂直分布。可見(jiàn):1)700hPa上100km×60km左右的區(qū)域內(nèi),就有多個(gè)γ中尺度渦度和散度中心,沿著梅雨鋒自西向東呈波列分布,波長(zhǎng)約10~15km,渦度和散度中心近乎對(duì)應(yīng),位相差約1/4波長(zhǎng),呈現(xiàn)出慣性重力波的特點(diǎn)(壽紹文,1993)(圖9a)。在垂直方向上,渦度柱和散度柱仍呈明顯的波狀分布,存在一定的傾斜,渦度柱和散度柱在水平方向上的位相差也約為1/4波長(zhǎng),振幅最大值主要位于700~500hPa之間,垂直方向上分布略顯復(fù)雜,呈一波或者二波分布(圖9b)。2)θe高低值中心也近乎呈波列分布,它與云水物質(zhì)高低值中心一致,這表明θe高低值中心分別由γ中尺度對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)和下曳氣流造成(圖9c)。在垂直方向上,θe呈波狀分布,閉合的高低值中心位于700hPa附近;云水物質(zhì)柱也呈波狀分布,即高云水柱附近為低云水柱,與θe分布基本一致(圖9d)。3)在風(fēng)場(chǎng)上,γ與β中尺度系統(tǒng)類(lèi)似,為偏南氣流中的擾動(dòng),這種擾動(dòng)很難從偏南氣流中分辨出來(lái);γ尺度的上升和下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)就位于這些擾動(dòng)的風(fēng)場(chǎng)附近(圖9e)。在垂直方向上,流線呈波狀分布,上升和下沉運(yùn)動(dòng)支也呈波狀分布,上升運(yùn)動(dòng)大值中心位于600~550hPa附近(圖9f)。

3 梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的物理概念模型

有關(guān)梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和概念模型已有大量研究成果。張順利等(2003)認(rèn)為西太平洋副熱帶高壓、南海季風(fēng)涌、中高緯度冷空氣和青藏高原中尺度對(duì)流系統(tǒng)的最佳組配是梅雨鋒暴雨的環(huán)流條件。柳俊杰等(2003)研究了梅雨鋒東段結(jié)構(gòu),認(rèn)為梅雨鋒南側(cè)低層暖濕高θe空氣沿著梅雨鋒爬升形成梅雨鋒降水,梅雨鋒低層南、北兩側(cè)分別為暖濕和冷濕氣流,中層南、北兩側(cè)分別為暖干和冷空氣,兩側(cè)存在熱力間接和直接次級(jí)環(huán)流。蔣建瑩和倪允琪(2003)分析了梅雨鋒暴雨的大尺度背景、天氣學(xué)條件以及梅雨鋒上α中尺度暴雨系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu),指出梅雨鋒暴雨系統(tǒng)具有明顯的多尺度結(jié)構(gòu)特征,α中尺度暴雨系統(tǒng)在低層流入高層流出,并存在次級(jí)環(huán)流。廖捷和談?wù)苊?2005)則強(qiáng)調(diào)了梅雨鋒兩側(cè)次級(jí)環(huán)流與高低空急流的關(guān)系。江曉燕和倪允琪(2005)進(jìn)一步探討了梅雨鋒暴雨β中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展演變模型。這些研究加深了對(duì)梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),但大多著重于梅雨鋒暴雨天氣尺度或α中尺度系統(tǒng)的研究,梅雨鋒上α、β和γ中尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展及其與梅雨鋒大尺度和天氣尺度系統(tǒng)間相互聯(lián)系的研究還有待進(jìn)一步展開(kāi)。這里根據(jù)不同尺度濾波分析結(jié)果,結(jié)合前人的研究成果,總結(jié)出典型梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的物理概念模型如下(圖10):在對(duì)流層中低層(900~700hPa),梅雨鋒輻合帶主要由西太平洋副熱帶高壓西側(cè)外圍的西南暖濕氣流和東北低渦后部(或者華北高壓前部)的偏北氣流匯流而成(Zhao et al.,2008)。梅雨鋒(θe鋒)位于暖濕高θe氣團(tuán)和低θe氣團(tuán)的交接地帶(即θe密集帶或梯度大值區(qū)),梅雨鋒正渦度帶、輻合帶和上升運(yùn)動(dòng)帶位于θe密集帶偏南一側(cè)。梅雨鋒輻合帶恰好位于對(duì)流層高層(100hPa)南亞高壓脊線附近的強(qiáng)輻散區(qū)的下方。梅雨鋒傾斜向上伸展,梅雨鋒南側(cè)為傾斜向上伸展的高θe舌。對(duì)流層中層(500 hPa)短波槽東移為梅雨鋒上的M CSs發(fā)展提供有利的動(dòng)力和熱力條件(大尺度強(qiáng)迫),梅雨鋒南側(cè)的西南低空急流為梅雨鋒暴雨的形成提供充分的水汽和能量,同時(shí)低空急流出口區(qū)附近動(dòng)力強(qiáng)迫在梅雨鋒上M CSs的發(fā)生發(fā)展中起到極為重要的作用(趙思雄等,2004)。梅雨鋒云帶上有多個(gè)α-M CSs不斷生消,并伴有β和γ中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng),這些β和γ中尺度對(duì)流云團(tuán)往往嵌套在α-M CSs內(nèi),有的也在梅雨鋒云帶上或者南側(cè)孤立發(fā)生發(fā)展。梅雨鋒偏南暖濕氣流一側(cè)的β和γ中尺度系統(tǒng)在對(duì)流層中低層風(fēng)場(chǎng)上往往表現(xiàn)為偏南氣流中的氣旋性擾動(dòng)。不同尺度的對(duì)流系統(tǒng)活動(dòng)引發(fā)的強(qiáng)降水凝結(jié)潛熱加熱對(duì)流層中層大氣,使梅雨鋒附近的氣層變得趨于穩(wěn)定,導(dǎo)致對(duì)流活動(dòng)可能激發(fā)出慣性重力波,它在梅雨鋒附近活動(dòng)有利于新對(duì)流系統(tǒng)的形成(胡伯威,2005)。梅雨鋒南北兩側(cè)分別存在著一熱力間接和直接環(huán)流圈(沈桐立等,2010)。

圖9 梅雨鋒暴雨期間(2009年6月30日07時(shí))γ中尺度物理量的700hPa上水平分布(a,c,e)和沿117°E垂直剖面(b,d,f) a,b.散度(等值線;單位:10-3s-1)和渦度(陰影;單位:10-3s-1);c,d.相當(dāng)位溫(等值線;單位:K)和700~300hPa總云水物質(zhì)(陰影;單位:g/kg);e,f.風(fēng)場(chǎng)、流場(chǎng)(矢量、流線;單位:m/s)和垂直速度(陰影;單位:m/s)Fig.9 (a,c,e)The horizontal distributions at700hPa and(b,d,f)the vertical cross sections along117°E of theγ-mesoscale physical variables during the Meiyu frontal rainstorm(07:00BST30June2009) a,b.divergence(contours;units:10-3s-1)and vorticity(shadings;units:10-3s-1);c,d.equivalent potential temperature(contours;units:K)and700—300hPa total hydro meteors(shadings;units:g/kg);e,f.winds,flow field(vectors,stream line;units:m/s)and vertical velocity(shadings;units:m/s)

4 結(jié)論和討論

利用多種類(lèi)型探測(cè)資料初步分析了2009年6月29—30日發(fā)生在長(zhǎng)江中游的一次典型梅雨鋒特大暴雨過(guò)程的多尺度結(jié)構(gòu)觀測(cè)特征,并對(duì)其進(jìn)行了大區(qū)域精細(xì)數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上采用小波變換空間帶通濾波對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行尺度分離,探討了梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的多尺度三維空間結(jié)構(gòu)特征。得到如下

結(jié)論:

1)在天氣圖上,梅雨鋒暴雨發(fā)生在多種尺度天氣系統(tǒng)共同構(gòu)成的有利環(huán)境場(chǎng)內(nèi);在衛(wèi)星云圖上,梅雨鋒云帶上有多個(gè)α-M CSs不斷生消,并伴有β和γ中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng),這些β和γ中尺度對(duì)流云團(tuán)往往嵌套在α-M CSs內(nèi),有的也在梅雨鋒云帶上或者南側(cè)孤立發(fā)生發(fā)展;在雷達(dá)拼圖上,梅雨鋒降雨回波帶上有幾個(gè)α中尺度降雨回波帶,其內(nèi)有多個(gè)β中尺度回波體活動(dòng),β中尺度回波體內(nèi)又有多個(gè)γ中尺度回波峰,它呈波狀分布,可能與慣性重力波的活動(dòng)有關(guān)。另外,梅雨鋒上M CSs活動(dòng)存在一定的日變化特征。

2)在α中尺度上,梅雨鋒在水平方向上為一條正渦度帶、輻合帶、上升運(yùn)動(dòng)帶和θe密集帶,梅雨鋒云帶與上升運(yùn)動(dòng)帶一致。梅雨鋒帶上的渦度柱和散度柱在垂直方向上呈一波分布且略向北傾斜;梅雨鋒傾斜向上伸展,梅雨鋒南側(cè)為傾斜向上伸展的高θe舌,梅雨鋒云柱和上升運(yùn)動(dòng)柱伸至200hPa;梅雨鋒南北兩側(cè)分別存在一熱力間接和直接環(huán)流圈。

3)梅雨鋒α中尺度正渦度帶上,有多個(gè)β中尺度正負(fù)渦度帶、輻合輻散中心、θe、總云水物質(zhì)高低值中心和上升下沉運(yùn)動(dòng)中心;正負(fù)渦度柱和輻合輻散柱在垂直方向上呈一波或者二波分布,θe和流場(chǎng)呈波狀分布;α中尺度梅雨鋒云柱中有多個(gè)β中尺度云柱,對(duì)應(yīng)著強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)支,上升支附近有補(bǔ)償?shù)南鲁翚饬鳌?/p>

4)梅雨鋒上α或β中尺度系統(tǒng)內(nèi)嵌套著多個(gè)γ中尺度系統(tǒng),γ尺度渦度和散度中心沿著梅雨鋒自西向東呈波列分布,波長(zhǎng)約10~15km,渦度和散度中心近乎對(duì)應(yīng),位相差約1/4波長(zhǎng),呈現(xiàn)出慣性重力波的特點(diǎn);梅雨鋒南側(cè)的γ中尺度系統(tǒng)在風(fēng)場(chǎng)上表現(xiàn)為偏南氣流中的擾動(dòng);γ中尺度的渦度柱、散度柱、云水柱、上升和下沉運(yùn)動(dòng)支、θe在垂直方向上也呈明顯的波狀分布。

趙思雄等(2004)對(duì)梅雨鋒暴雨系統(tǒng)研究后指出,梅雨時(shí)期的降水系統(tǒng)主要是梅雨鋒及沿梅雨鋒東移的中間尺度或中尺度低渦。Ninomiya and Akiyam a(1992)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),這些中間尺度系統(tǒng)沿著梅雨鋒發(fā)生發(fā)展時(shí)往往伴隨著尺度更小的對(duì)流系統(tǒng)或中尺度擾動(dòng)活動(dòng)。最近,劉黎平等(2004)對(duì)多普勒雷達(dá)上混合云暴雨過(guò)程的風(fēng)場(chǎng)中尺度結(jié)構(gòu)分析后發(fā)現(xiàn),層狀云降雨區(qū)內(nèi)有許多對(duì)流單體,它們常以帶狀結(jié)構(gòu)組成回波群,對(duì)流云的回波強(qiáng)度和風(fēng)場(chǎng)有明顯的中尺度結(jié)構(gòu),對(duì)流回波周?chē)兄谐叨惹凶?、渦旋、輻合和輻散存在。周海光和王玉彬(2005)通過(guò)多普勒雷達(dá)反演的梅雨鋒暴雨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),β中尺度輻合帶和嵌套在輻合帶上的γ中尺度渦旋共同作用產(chǎn)生暴雨,γ中尺度渦旋在東西向中尺度輻合帶上自西向東移動(dòng)。文中研究的梅雨鋒特大暴雨個(gè)例也為一次混合云暴雨過(guò)程,降水主要由梅雨鋒降雨帶上嵌套的對(duì)流活動(dòng)造成,積云分辨率模擬分析發(fā)現(xiàn)梅雨鋒上β或γ中尺度系統(tǒng)主要在α中尺度輻合帶上活動(dòng),這與雷達(dá)觀測(cè)基本一致。同時(shí),梅雨鋒上這種混合云性質(zhì)的中尺度對(duì)流系統(tǒng)在組織結(jié)構(gòu)形態(tài)特征上不同于北美普遍出現(xiàn)的線狀中尺度對(duì)流系統(tǒng)(Parker and Johnson,2000),梅雨鋒兩側(cè)匯合氣流形成的輻合帶提供的動(dòng)力環(huán)境以及西南低空急流輸送的高水汽在梅雨鋒帶上的輻合對(duì)梅雨鋒帶上中小尺度對(duì)流或擾動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展及強(qiáng)降水的形成有重要作用,這些中小尺度對(duì)流或擾動(dòng)系統(tǒng)的活動(dòng)可能與梅雨鋒降水加熱激發(fā)的慣性重力波有關(guān)(胡伯威,2005),而梅雨鋒上對(duì)流系統(tǒng)的穩(wěn)定維持可能與特定的風(fēng)垂直切變有關(guān),其發(fā)生發(fā)展的主要物理機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

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