文章推荐| 中昆仑山北坡极端暴雨对流—对称不稳定性及其触发机制分析

文摘   科学   2024-06-21 13:30   北京  




周雅蔓, 刘兆旭, 刘晶, 等. 2024. 中昆仑山北坡极端暴雨对流—对称不稳定性及其触发机制分析[J]. 大气科学, 48(3): 987−1011.  ZHOU Yaman, LIU Zhaoxu, LIU Jing, et al. 2024. Analysis of Convection–Symmetric Instability and Triggering Mechanism for Extreme Rainstorms on the Northern Slope of the Middle Kunlun Mountains [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 48(3): 987−1011.

DOI:  10.3878/j.issn.1006-9895.2310.22063




中昆仑山北坡位于塔里木盆地南缘,紧邻南疆西部和青藏高原,是欧亚大陆极端干旱地区之一,随着全球变暖,新疆强降水日数和强度均呈上升态势,尤其是近年来,降水量明显上升,暴雨发生几率和极端降水增加趋势明显,强降雨频次增加显著,极端降水集中度最大可达0.9。
本文利用ERA-5 0.25°×0.25°再分析资料,通过计算2020年5月6~7日中昆仑山北坡极端暴雨天气过程中湿位涡和锋生函数,给出暴雨过程大气不稳定性演变特征,明确锋面系统在对流触发中的作用,并得出以下结论:

图  2020年5月6日降水期间大气环流场分布:(a)6日17:00 200 hPa风场(阴影区风速≥25 m s−1)和暴雨区辐散场(蓝色等值线,单位:10−5 s−1);(b)6日08:00 500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)和风场(矢量,单位:m s−1,阴影区风速≥20 m s−1);(c)6日08:00 700 hPa、(d)6日16:00 400 hPa、(e)6日16:00 500 hPa、(h)6日19:00 700 hPa风场(矢量,单位:m s−1);(f)6日18:00 1000 hPa海平面气压场(等值线,单位:hPa);(g)6日19:00 500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)和风场(矢量,单位:m s−1,阴影区风速≥30 m s−1)。图中●代表于田吐格曼站,●代表策勒站,●代表洛浦生态园站,●代表且末水库站(下同)。红色虚线矩形框代表中昆仑山北坡区域,(c、h)褐色实线代表风速辐合线,(d、e)中C代表高原北部气旋式环流(下同),(f)中G和(g)中D分别代表地面高压(下同)和中亚低涡

(1)本次中昆仑山北坡暴雨期间,200 hPa高空两支急流造成辐散叠加区,500 hPa中亚低涡、高原北部切变线缓慢移动过程中,配合低层700 hPa地形辐合抬升、地面高压前冷气团与塔里木盆地暖气团交汇,为中昆仑山北坡浅山区云团发展提供有利的动力、热力条件。

2020年5月6日(a)09:00 600 hPa风场和地形高度(填色,单位:m)分布;(b)12:00、(c)13:00、(d)14:00 600 hPa总锋生(阴影,单位:10−8 K s−1 m−1)和假相当位温(等值线,单位:K)分布,蓝色实线代表冷锋位置(下同);(e)12:00和(f)14:00沿82.25°E做温度平流(阴影,单位:K s−1)、假相当位温(等值线,单位:K)、风速场(矢量表示vw合成风场(下同),w放大10倍,单位:m s−1)纬度—高度剖面;(f)中△表示云团I初生位置。                            
(2)暴雨分为两个阶段,第一阶段(EP1)于田至且末一线降水期间,对流层低层暴雨区为对流不稳定大气层结;第二阶段(EP2-1)策勒地区短时强降水期间,策勒对流层低层逐渐由对流不稳定大气转为条件对称不稳定大气层结,对流层低层Mpv2变化由大气的湿斜压性和低层水平风的垂直切变所造成;受前期降水和凝结潜热释放影响,第二阶段(EP2-2)策勒至洛浦一线低层增暖增湿,对流层低层转为对流不稳定大气层结。

中昆仑山北坡极端暴雨对流—对称不稳定性及其触发机制示意图:(a)第一阶段(2020年5月6日08:00~20:00,简称EP1)强降水;(b)第二阶段(2020年5月6日18:00~20:00,简称EP2-1)短时强降水;(c)第二阶段(2020年5月6日21:00~7日02:00,简称EP2-2)持续性降水。                           
(3)地形辐合抬升是第一阶段降水中尺度云团生成的主要原因,低层冷锋锋生触发对流不稳定能量释放,且末附近云团迅速发展,同时塔里木盆地气流沿地形爬坡至高原北部,在500 hPa附近冷锋锋生,与高原北侧暖锋短时间对峙形成冷式锢囚锋,锋面附近垂直运动增强使得对流云团快速发展,与且末附近对流云团合并加强,造成第一阶段(EP1)于田至且末一线降水天气;第二阶段(EP2-1)策勒短时强降水期间,对流层低层700 hPa冷锋锋生,云团移动方向暖湿入流气流与云下蒸发和云后入流冷气团相遇,暖气团沿底层冷池进一步爬升,使得云团迅速发展至成熟阶段,造成策勒地区出现短时强降水天气;随着中亚低涡逐渐进入研究区,对流层低层—中层冷锋锋生,进一步加强了上升运动的发展,是第二阶段(EP2-2)策勒至洛浦一线持续性降水天气的重要原因。


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