非线性亚临界对称不稳定对一次暴雨过程的影响.pdfVIP

非线性亚临界对称不稳定对一次暴雨过程的影响１ 1 1 2 1 1 陆维松 ，李燚 ，濮梅娟 ，邵海燕 ，陶丽 1 南京信息工程大学，江苏南京（210044 ） 2 江苏省气象局气象台，江苏南京（210008 ） 摘 要：对2005 年7 月5 日20 时－7 月12 日08 时降水过程进行诊断分析，并利用WRF 模式对其中7 月6 日08 时－7 月7 日20 时的暴雨过程进行数值模拟，结果表明：（1 ）2005 年7 月5 日20 时－7 月12 日08 时降水过程可分为两大段，非线性亚临界对称不稳定可能 u v 是该时段强降水形成的重要机制；（2 ） 和 两分量扰动增强均分别超前于暴雨的增强， 特别，u v 、 两分量扰动增强到其极大值分别对强暴雨的发生有提前12 或24 小时的指示作 用；且非地转达最强和冷暖空气达最强分别对强暴雨发生也有 12 或24 小时的指示作用；（3 ） 得到降水强度，高低空急流及其扰动风场这五者极大值的时空配置；（4 ）高层出现很强的 南下冷空气产生的中高层垂直上升气流随时间向南向下位移，并迅速增强至中层500Hpa 附 近，将激发未来出现强暴雨；（5 ）暴雨前期，高层涡度场随时间迅速增强，超前于同样位 置高层散度场随时间的迅速增强，而低层散度场随时间迅速增强超前于同样位置低层涡度场 随时间的迅速增强。高层散度场增大到其极大值的1/2，低层散度场增大到其极大值，均分 别预示未来约4 小时将发生强暴雨。高层散度场和涡度场位于强暴雨北侧，而低层散度场与 涡度场位于强暴雨南侧或接近重合。且高层的散度场、涡度场与低层的散度场、涡度场随时 间有相重合的趋势。由此提出，非线性亚临界对称不稳定激发强暴雨形成的新的物理机制。 关键词：非线性；亚临界对称不稳定；暴雨；扰动 1. 引言 2005 年 7 月上中旬，淮河流域、汉水流域及川、渝大部出现大范围降水，部分地区有 大到暴雨，局地大暴雨天气。这次强降水过程持续时间较长，过程雨量一般有100～300mm， 超过300mm 的站有16 个，其中有11 个位于安徽中北部。其中，7 月6 日到7 月11 日，淮 河流域出现一次时间较长，降水强度较大的降水过程。淮河流域由于降雨强度强，雨量大， 导致部分河流水位上涨迅速，淮河上游发生较大洪水，对当地造成了较大损失[1] 。在整个降 水过程中，不断有中尺度暴雨系统发生发展消亡。 中尺度暴雨系统的触发机制是多种多样，错综复杂的，中尺度对称不稳定可能是其中之 一。对称不稳定理论是经典的流体力学理论，已有多方面的应用。最早研究对称不稳定是为 了解释行星环流中的大尺度对流。20 世纪70 年代后Hoskins,Bennetts 等[2-3]把对称不稳定问 题用到中尺度扰动，发现中尺度对称不稳定可能在组织、启动带状对流中有重要作用。这些 是以线性为主的。 Emanuel[4] [5] [6] [7] 、Xu 、 Cho 等 用不同方法研究了非线性对称稳定性问题。翟宇梅等 ， [8] [9] [10] 罗德海等 ，丁一汇等 从不同角度研究了非线性对称稳定问题。MuMu 等 也曾从多种角 度研究了非线性对称稳定性问题，并提出了与线性对称稳定性判据相同的非线性对称稳定性 判据。陆维松等[11]从含摩擦耗散的f 平面上Boussinesq 近似下的非线性方程出发，首次提出 了一种新的广义能量作为Lyapunov 函数，导得了一种新的对称不稳定性判据——非线性亚 临界对称不稳定判据，指出较大振幅的扰动可能出现非线性亚临界对称不稳定增长，从而激 发中尺度暴雨扰动的生成。在此工作中，考虑了摩擦耗散情况，并显含了非线性作用，包含 了初始扰动振幅对对称稳定性的作用。夏瑛等[12] 以亚临界对称不稳定理论为依据，通过对 一次梅雨过程中暴雨的诊断分析，得出了