大连地区强雹暴单体成雹机制三维数值模拟与研究.pdfVIP

大连地区强雹暴单体成雹机制的三维数值模拟研究 S3:灾害天气研究与预报 1 2 1 2 程相坤 杨慧玲 李红斌 肖 辉 1. 大连市气象局, 辽宁大连116001；2. 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验 室, 北京100029 摘要 利用 NCEP 再分析资料、雷达回波资料和 L-波段雷达探空资料，分析了 2010 年 6 月 15 日发生在大连 地区的强雹暴单体过程的环流形势和垂直气流结构；并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹 云数值模式，模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变，并着重分析 了冰雹云的成雹机制。结果表明：模式对于雹云回波的强度、发展高度模拟较好，并模拟出了回波墙、弱 回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。分析表明该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成，冰雹 的增大很大一部分依赖于其与云滴、雨滴的撞冻过程，即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大的；冰雹与霰粒 和雪花的碰并过程也比较强，而和冰晶的碰并增长量很小。 关键词：强单体雹暴；数值模拟；悬挂回波；成雹机制 1 引言 冰雹是我国北方主要灾害性天气，冰雹袭击造成的灾害较为严重。大连地区属于近邻 海边的丘陵地带，地形和湿润空气的作用易使冰雹得到发展加强，雹灾加重，冰雹成为大连 地区多发的灾害性天气之一，对大连的工农业生产和人民生活造成极大的危害，一次严重的 冰雹天气过程可能造成农作物绝产、绝收，直接经济损失可达上亿元。冰雹是由强对流天气 系统引起的一种剧烈天气现象，它的特点是空间尺度小、生命史短、突发性强、发展演变迅 速、破坏力大，因此倍受人们关注[1-7]。人工防雹是目前较为有效的预防手段，而详细了解 冰雹云的宏观和微观结构特征以及冰雹形成的微物理过程对于较早识别冰雹云进而进行有 效的人工催化防雹作业有重要的意义[8-18]。 本文利用中国科学院大气物理研究所建立和发展的三维冰雹云数值模式（IAP-CSM3D）， 对 2010 年6月 15 日发生在大连的强雹暴单体过程进行了模拟研究，以期揭示冰雹产生的微 物理过程及其形成机制，为强对流天气的预报和人工防雹作业决策提供科学参考。本文所用 资料为大连探空、地面观测资料、多普勒天气雷达资料和 NCEP 再分析资料（分辨率 1o×1o 经纬度）。 2 天气形势分析 2010 年 6 月 15 日大连出现了一次强冰雹天气过程。根据观测记录，虽然在该降雹过程 中对冰雹云进行了火箭防雹作业，但由于冰雹云太强，在当地仍然出现降雹。降雹时间在下 午 13 时 30 分左右，位于大连的庄河境内；降雹的尺度最大为 20 毫米，一般约为 10 毫米。 此次降雹发生在欧亚大陆为经向环流背景下，西伯利亚为强盛的高压脊区，东西伯利亚 至我国东北地区为低压区，东北低涡是造成东北强对流天气的主要影响系统。图 1 是利用 NCEP 资料制作的 6 月 15 日 14 时（北京时）天气图，500hPa 天气图上 图 1a ，东北低涡 位于吉林西北部，冷中心落后于低压中心，说明低压仍将进一步发展，大连处于冷涡前部， 西风带大槽里，受冷平流影响。850hPa 图上 图 1b 大连处于低压槽前部，暖脊区，受西南 暖湿平流控制，此种上冷下暖的平流配置，极易出现对流不稳定，形成强对流天气。图 2 基金项目：国家自然科学基金资助项目 座机电话号码，座机电话号码 ；大连市科技局科技计划项目 2008E13SF188，2009E11SF230 。 作者简介：程相坤 1961- ,男,山东单县人,在读博士生,高级工程师,从事天气动力学方面的研究。Email：cxk133@126.com。 o 是 35-45 N 沿 123oE 垂直速度剖面图，从中可以看出，在 40oN 降雹区 上空为较强的上升 运动区，上升运动一直伸展到 300hPa 以上，上升运动的两侧为下沉运动区（分别位于 38o N 和 42oN 附近），下沉运动区亦伸展至 300hPa 以上。虽然NCEP 资料分辨率较低（1o×1o 经纬度），但其垂直运动场的配置，也反映了该强对流天气发生时的中尺度环流特征。 b a ▲ 图 1 6 月 15 日500hPa a 和 850hPa b 天气图（▲：大连） Fig.1 The synoptic situations at 06 UTC of 15 June 2010 a: 500hPa, b: 850hPa ，▲：Dalian ▲ o o 图2 6 月 15 日06 时（世界时）垂直速度沿 123 E 纬向 35-45 N 剖面图 hPa/s Fig.2 Latitude-altitude sections of