长江下游边界层扰动涡旋发生过程研究

梅雨锋暴雨是我国长江流域洪涝灾害的主要天气系统之一，尤其是对我国经济发达的东部地区将造成严重的地区经济、生命和财产损失。观测和研究发现位于梅雨锋东段的长江下游地区，常发生中尺度低涡，而中尺度低涡有的是由行星边界层的弱小扰动发展起来，并串于边界层切变线上，弱小涡旋的发展由于在观测条件的推进已能逐步清晰起来，因此，本研究就是希望利用多个长江下游地区的梅雨暴雨程，以较逼真的高分辨中尺度数值模拟结果，分析研究中尺度对流涡旋（MCV）的形成与发展，特别是重点放在由边界层发展起来的小扰动涡旋类型，研究分析这类小扰动涡旋启动过程的物理条件，及与此相关的暴雨过程。在此基础上进一步分析探讨中尺度对流涡旋发生发展及暴雨之间的关系和预报信息，并对多个个例进行合成，形成中尺度涡旋扰动数据集，总结该类暴雨过程的基本模型。

针对长江下游地区的暴雨中尺度对流涡旋的形成与发展，课题组围绕边界层、中小尺度扰动涡旋系统开展研究，同时，为了检测云内物理作用，开展模拟试验和参数化试验。研究结果表明： .（1）梅雨期间，长江下游地区，对流层低层和边界层内出现较多的中尺度涡旋，4年的统计发现，涡旋扰动出现频率是比较高的。其中79.6%的涡旋在925hPa出现了闭合涡旋，这表明了925hPa高度层是梅汛期中尺度低涡的显著表现层，研究结果可为梅汛期涡旋关注层提供分析依据。.（2）利用多个长江下游地区的暴雨过程，针对边界层参数化和云内物理过程进行试验，在边界层参数化方面，不同参数试验表明，QNSE方案有利于暴雨和涡旋扰动，进一步对该参数取不同参数值并进行敏感性试验，通过模拟结果与观测实况、降水分布、边界层高度、强降水区的边界层结构、位温廓线、水汽混合比廓线、风廓线仪资料等进一步对比，得到QNSE参数取1.1的优势更加明显。.（3）梅雨锋面的南侧，地面流场常会有小扰动出现，随着偏北风加强南压，雨带前部的扰动涡旋逐渐加强，MCS的对流运动也促进了涡旋的发生；涡旋形成之后，又有利于上升运动的产生，进一步加大了局地对流，从而使得涡旋附近的雨量突然加大，形成短时暴雨；因此，边界层内的辐合线、西南风加强和偏北风加强南压对涡旋有利。有的小扰动涡旋与强对流相联系，涡旋发展的位置也是辐合最强和正涡度最强的位置，也与垂直运动最强的上升支相关联，这有利于加强对流云的发展，这种物理场的发展结果，导致了云体的垂直结构显现出了WER特征，即类似于多单体强风暴的特征；而中涡旋出现之后，降水得到进一步增强并达到峰值。 .（4）通过数值模拟的结果表明，在涡旋起源时刻，在中空有一弱的垂直环流，随着近地面涡旋的发展，从地面垂直环流取代了原有的中空环流；伴随着涡旋的消亡，垂直环流也趋于消亡。涡旋的涡度收支分析发现，边界层涡旋起源时刻，涡旋起源点低层为有利于涡旋生成的趋势，1.7km以上为不利于涡旋生成的趋势，低层的正贡献主要有铅直输送项和散度项提供。近地面主要有平流项和散度项提供正贡献。通过对中尺度资料的滤波处理，发现辐合线南侧的西南气流中有滤波后水平尺度约50km的中涡旋，1小时后，扰动涡旋中心的东侧，实况雷达回波上出现对流单体。