文摘
目前的研究调查了破纪录的暴雨过程的触发机制在新疆天山附近的区域,一个在中国干旱地区,于7月31日至8月1日2016年,基于仿真使用天气研究和预测(WRF)模型。结果表明暴雨系统生成中间天山附近的西部阿克苏地区的氛围,逐步演变成一个多单元的线性回声在系统进化。冷空气从天山部分运输到低海拔在下坡过程中,西南和温暖的空气从阿克苏解除,形成斜气流上升气流。另一部分的冷空气聚集中间热空气气氛,东南部和水蒸气的运输和收敛与西南、东南和斜上升气流气流风暴系统提供了良好的水汽条件。同时,斜向上的空气输送水和液相粒子云高海拔地区,混合这两个并生成大量过冷云水,这非常有利于风暴系统的开发和维护。这些条件都有利于电力、热、水蒸气,水和冷凝水粒子,使暴雨系统的开发和维护的收敛,从而触发这个罕见的暴雨过程在东北的运动。
1。介绍
全球变暖的背景下,极端暴雨显示了一个增加的趋势,对干旱地区(有重要影响1- - - - - -3]。一方面,暴雨可以提供大量的水蒸气对干旱地区,可以改善当地的生态环境在某种程度上和商店为当地一定量的水,这有利于农业灌溉和生产活动4]。另一方面,暴雨会导致山洪等地质灾害,滑坡和泥石流,导致巨额亏损人民生命和财产安全,特别是在附近山区(5- - - - - -9]。山脉中扮演重要角色的引发和增强暴雨,强降雨和山附近经常为当地地区带来极端暴雨和洪水(10- - - - - -14]。
新疆位于亚洲的中部,是中国西北部。地域辽阔,占据约六分之一的中国的土地面积;此外,它属于一个干旱地区不直接受季风影响的中国15,16]。新疆的天山中央把新疆分为北部和南部地区,气候有显著差异(17]。大尺寸的新疆天山深刻影响天气和气候。不同气候背景和独特的地形确定新疆暴雨过程必须不同于在中国中部和东部,有自己的特性18]。结合高、中速,低空气流在新疆的暴雨过程有利于暴雨的发生(19- - - - - -22]。强烈的分歧之间的耦合效应在高海拔和收敛低空不仅增加水蒸气在中间的积累和较低的层在暴雨区传输更潮湿的空气向上增加的垂直速度和增加大气湿度上、中间层(23- - - - - -25]。天山的地形有利于系统的强劲崛起的发生(26- - - - - -28]。新疆暴雨中尺度系统的研究表明,收敛的低空,迅速产生,发展,和移动中尺度对流云团在云上地图,明显的特色和中尺度对流系统在多普勒天气雷达直接系统导致新疆[大雨29日- - - - - -32]。
目前,由于极其复杂地形和稀疏观测地点在新疆西部天山附近没有明确的理解构造演化特征和暴雨系统的触发机制与暴雨过程。提高之间的关系的科学认识暴雨系统的构造演化和沉重的沉淀的过程,这个地区的暴雨的触发机制,本文选择了极端暴雨过程,打破了历史记录最大降雨量新疆天山附近从7月31日至8月1日2016年。天气的研究和预测(WRF)模型用于高分辨率数值模拟的暴雨事件。曾庆红et al。(33)进行了初步研究使用相同的模型,指出暴雨首先发生在阿克苏地区和影响伊利地区后穿越天山。然而,尽管研究集中在暴雨系统的演化过程在穿越天山和对伊利地区暴雨的影响,暴雨系统的触发机制没有涉及,暴雨系统的构造演化并没有解释在阿克苏。暴雨过程中这些问题是关键。因此,的基础上确保仿真结果可信,仿真数据用于分析罕见的暴雨事件的原因,揭示了系统进化结构特点和触发机制的大雨。
2。研究区、数据和方法
2.1。研究区域
研究区是天山和附近地区的北部和南部,包括伊利和阿克苏(图1)。天山的大尺寸对天气和气候产生深远影响的新疆,和伊利地区提供了一个小号地形西部对外开放。天山是阿克苏的西部和北部,与地形减少转向东方。因为暴雨系统开始在阿克苏,暴雨的触发机制主要集中在阿克苏地区。
2.2。数据
数据用于分析和数值模拟是基于每小时降雨量数据基于1490自动气象观测站在新疆新疆气象信息中心从2016年7月31日至8月1日12点12点(24,33)和全球最终分析(新兵)数据集产生水平分辨率为1.0°和26垂直水平,提供由国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR) (https://psl.noaa.gov/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html)。
2.3。方法
WRF模式版本3.8.1 50垂直水平被用于模拟使用提供的初始和外层的侧边界条件1.0°决议NCEP / NCAR数据每隔6小时。仿真的中心点是42°N, 81°E,三层双向嵌套;区域1的水平分辨率是27公里,和水平网格点的数量是280×210;区域2的水平分辨率是9公里,和网格在水平方向上的数量是535×391;区域3的水平分辨率是3公里,和网格在水平方向上的数量是442×325(图2)。一次性的6级协议是用于微观物理学的过程34),Kain-Fritsch协议是用于积云参数化(353)](参数化因区域。此外,它包括延世大学的培养计划(36),快速辐射传输模型(RRTM)长波辐射方案(37),Dudhia短波辐射方案(38]。张成的积分时间从7月31日00:00到12:00 8月1日2016年,和模型的向上时间00:00至12:00 7月31日,2016年。仿真分析在这项研究中使用的数据都从3公里层得到的仿真结果。
3所示。结果
3.1。降雨的事实
新疆位于亚洲中部,远离海洋,稀疏的降水;因此,它是一个典型的干旱气候区。因此,当地气象和水文部门规定,暴雨被列为每日降雨量超过24毫米(39]。从2016年7月31日12点,12点在8月1日,2016年,在新疆发生了一场罕见的暴雨事件;图3(一个)显示了降水的降水分布插值得到的数据在车站通过Gressman的客观分析方法。暴雨区位于伊犁地区和两边,和雨腰带分布从东北到西南。每日降雨量的几个气象站打破了历史上最大的记录每天的降雨量。强大的地方,强大的极端,大型累积降雨量这种罕见暴雨的特点。
(一)
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3.2。天气情况
在暴雨发生前,500 hPa提出“两个山脊和一个槽的循环模式。“伊朗副热带高压和乌拉尔山脉高压岭是叠加在同一阶段,西太平洋副热带高压西伸和发展强劲,588年dagpm线延伸到新疆东部和低槽面积扩展从巴尔喀什湖到新疆。大型垂直运动的东槽为暴雨提供了非常有利的背景条件的事件。在2016年7月31日12:00(图3 (b)),伊朗副热带高压和乌拉尔山脉高压岭进一步发展,低槽的巴尔喀什湖的发展加深,和西太平洋副热带高压北后保持稳定,海拔,挡住了向西转移巴尔喀什湖,导致低槽的槽系统在新疆呆很长时间,而促进这暴雨的发生提供了良好的条件。同时,研究表明,该地区的右边入口区和出口的左边高海拔有利于暴雨的产生和加强加强高层大气的散度(40],200 hPa高空飞机核心位于新疆北部和发散和不稳定地区的暴雨地区高空飞机入口区域的右边(24,33];上层大气的强散度提高了垂直上升运动,最终加剧暴雨(41]。
3.3。验证数值模拟的结果
模型模拟结果与观测数据来验证仿真结果的可靠性,和观测数据用于验证包括24小时降雨量,每6小时降雨量,水平风资料,和表面的风场数据自动站。模拟每日降雨量(图之间的比较4)和观察每天的降雨量(图3(一个))表明,模拟降雨区域分布和降水区域范围与观察是一致的,和强度与观测相一致。仍然有一些缺陷细节。例如,尽管模拟暴雨区和观察到的暴雨区都分布从西南到东北,模拟降水在阿克苏地区是大于实际情况,它位于西。这些偏差可能相关的初始时刻的选择模拟,模型地形之间的差异和实际地形,和不均匀分布的观测站点。
进一步从每6小时降雨量的分布和演化,水平风速剖面数据,和地面风场,它可以看到仿真结果与观测相一致(33]。
基于上述比较,虽然仍有一些差异,模拟与实际观测结果基本上是一致的,因此可以用作暴雨过程的数据进行进一步的分析。
3.4。暴雨系统的水平结构
在2016年7月31日12:00,散射回声出现在西方阿克苏地区,和回声强度普遍低于40 dBZ(图5(一个));然后,暴雨过程开始了。4 h后,散射回波发展成一个线性强回波区,和最强回波超过50 dBZ(图5 (b)),这是系统开发的阶段。随着系统的进一步发展,强回波发展成为quasi-south-north线性回声区东北运动期间,和回声范围在50以上dBZ进一步增加在7月31日下午(图5 (c))。这个时候,暴雨系统开发和成熟。过程的线性回声向东北移动,暴雨系统越过天山到达伊利地区。在7月31日22:00暴雨系统到达伊利的主体区域,只有回声的南部仍然影响了阿克苏地区(图5 (d))。系统在灭绝阶段。
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从上面的分析,可以看到,暴雨系统开始在阿克苏的西部和东部的天山和发展成一个更常规的线性强回波区在向东北移动。整个过程可分为起始、发展、成熟,灭绝阶段。
在系统演化的起始阶段,东部的天山是一个低谷。西南气流槽东部和东南气流从东部地区形成了一个收敛行西方阿克苏地区(图6(一))。槽的发展,西南低空急流在东低槽的加强,推动向东收敛线(图6 (b))。强回波区位于槽线和收敛之间的线,它有一个很好的通信与低空急流。期间的进一步向东运动低槽,槽线的北部部分演变成一个气旋环流在7月31日下午(图6 (c)),收敛线quasi-south-north,西南气流和东南气流形成收敛线推系统向北移动系统向东移动。在运动系统的东北部,气旋环流的发展在北部的槽线加强。这时,东南部的东风组件的流和西南的西风组件流减弱,导致明显的削弱收敛线(图6 (d));此外,南方气旋环流的飞机有一个很好的对应强回波区。
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3.5。暴雨系统的垂直结构
探索暴雨系统的垂直结构的变化和收敛线在暴雨系统的发展,档案是收敛的方向线(黑色实线AB的方向图5)和收敛的方向垂直于线(黑色实线的方向CD在图5在系统演化的四个阶段。如图7(一)在系统演化的起始阶段,弱回声出现在中间层气流向天山,强西南气流。从700年到500年hPa,气流从天山阿克苏附近的西南气流遇到沉没79°E, 40.9°N,而西南气流上升,和较弱回声主要是附近收敛线(图7 (b))。在系统开发阶段,气流从西南天山增加,回声发达向下接触地面,和最强回波到达45 dBZ,附近550 hPa(图7 (c))。附近的强回声,西北气流遇到东南气流低于550 hPa后沉没,而西北气流上升超过550 hPa;同时,东南气流上升明显,有一个很大的垂直向上的速度从700年到500年hPa(图7 (d))。在成熟阶段,multiconvection系统结构,给出的线性回声回声强度进一步提高50多个dBZ,向上的气流是加强在迎风坡(图7 (e))。暴雨系统的收敛线附近的强度进一步增强,斜向上的气流加强(图7 (f))。在系统灭绝阶段,多元素的线性回声结构依然清晰可见,但强度被削弱(图7 (g))。西北和东南风的弱化导致的削弱收敛线,斜上升气流和斜沉降气流被削弱,导致削弱暴雨系统(图7 (h))。
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(g)
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3.6。暴雨过程的触发机制
暴雨的发生与收敛性和相对运动不可分割的寒冷和温暖的空气。温度扰动可能表明活动的寒冷和温暖的空气。在起始阶段的系统进化,寒冷的空气被从天山的阿克苏,而中间的东南气流层是正温度扰动,冷和热空气聚集附近收敛线(图8(一个))。随着系统的进一步发展,在发展阶段,低层冷空气将热空气,上面的高层大气热空气是冷的空气。干扰增强大气温度的垂直分布不稳定,有利于暴雨系统的开发(图8 (b))。在系统的成熟阶段,对比收敛线附近的冷空气和温暖的空气更明显,正面和负面的温度扰动是进一步加强,重视和加强大气不稳定,系统进一步发展(图8 (c))。在系统灭绝阶段,冷空气之间的对抗和温暖的空气被削弱,这是不利于发展的系统(图8 (d))。
(一)
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大雨不能分开的大量的水蒸气运输和收敛性,和良好的水汽条件下大雨的必要条件之一。在起始阶段的系统进化,阿克苏的比湿10 g·公斤−1从天山,水汽通量阿克苏10 g·厘米−1·hPa−1·年代−1较低的层,水汽通量从阿克苏到天山是-10 g·厘米−1·hPa−1·年代−1从700年到500年hPa;然而,暴雨系统的水汽通量的价值只有不到5 g·厘米−1·hPa−1·年代−1附近79°E和40.9°N(图9(一个))。在系统的发展阶段,向西北的水汽通道,偏西风水汽通道遇到暴雨系统内部,产生水汽通量散度中心−60×10−8g·厘米−2·hPa−1·年代−1从700年到500年hPa(图9 (b))。在成熟阶段的系统开发,底层的特定湿度增加到12 g·厘米−1·hPa−1·年代−1,上升气流把水蒸气带到高空,使暴雨系统开发一个潮湿的舌头,和内部的水汽通量暴雨系统进一步的融合,这是有利于暴雨的发生(图9 (c))。在灭绝阶段的系统进化,水汽通量和水汽通量散度被削弱,这是不利于暴雨系统的维护和系统逐渐减弱和消失(图9 (d))。
(一)
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在系统演化的起始阶段,液相粒子(包括冰、雪、霰)主要是位于天山上方的大气,和上面的大气阿克苏水主要分布与云。液相粒子和云收敛线(图附近水共存10 ())。在系统进化的发展阶段,增加气流附近收敛线带来了大量的液相粒子到上层大气,和液相粒子的最大浓度达到1.6 g·公斤−1500 hPa(图10 (b))。随着系统的进一步发展,提升气流输送云水350 hPa高度成熟阶段。有大量的过冷云水温度高于0°C。云收敛线附近水的浓度超过0.5 g·公斤−1,大型液相粒子的浓度达到2.4 g·公斤−1,冰云粒子和水的地方重叠的垂直分布和过冷云水面积有利于液相颗粒和液相粒子的变换,增强大雨(图10 (c))。系统进化的灭绝阶段期间,大量水和冰云粒子的浓度仍然存在,但他们分离,有利于系统的维护(图10 (d))。
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4所示。讨论和结论
在这项研究中,一种罕见的暴雨过程中国的天山附近地区的干旱气候背景下基于数值模拟的研究。通过研究不同的表演暴雨系统的进化的不同阶段,风暴的触发机制揭示了进化的力量,热量,水蒸气,水和冷凝水粒子,和触发机制明显不同于其他地区的中国。中国南部的暖区暴雨主要是由于地形隆起,靠近地面的空气通过太阳辐射加热引起的不稳定在下午(42),和城市热岛效应的综合效应,海风,地形是暴雨的关键(43]。Yangtze-Huai流域的暴雨密切相关的梅雨锋中尺度对流系统(44,45]。华北地区,生产的降雨往往伴随着强烈的对流,短期的高强度降水(46],暴雨是更复杂的,由于陆循环、山谷风、大气环流引起的城市(47,48]。
不同季风气候区,在新疆干旱气候背景下,巨大的地形和复杂的底层表面包括沙漠、绿洲、城市、和稀缺的水蒸气使这个地区暴雨的触发机制有明显的地方特色。通过深入研究典型的触发机制这个地区暴雨,暴雨的触发机制被发现。主要结论如下:(1)暴雨系统开始在天山附近的西阿克苏地区和有关的热性质和地形分布天山。西南气流槽的东和东南气流从阿克苏到天山形成一个清晰的收敛,和暴雨系统形成收敛线附近的线性分布,包含多个中尺度对流系统。(2)冷空气从天山解除了热空气从阿克苏,中间形成了一个显著的收敛的气氛,使热空气向上运输;此外,倾斜上升气流和下沉气流的分离状态,这是有利于系统的开发和维护。(3)东南水蒸气运输满足收敛线附近的西水蒸气运输中间氛围,形成一个明显的水汽中心融合和创造良好的水汽条件风暴系统。云升空气运输大量的水和液相粒子高海拔和充分混合,这是有利于液相颗粒和液相粒子的转换。同时,丰富的过冷云水的过程中发挥了重要作用提高暴雨。
数据可用性
本文使用的数据可以提供的勇曾庆红((电子邮件保护))要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究是由中国国家重点研发项目(2018 yfc1507102和2018 yfc1507104)和基本业务费用(IDM2019001)。