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中昆仑山北坡一次极端降水过程的中尺度分析与数值模拟

中昆仑山北坡、极端降水、数值模拟

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.18 极端天气气候事件的归因、机理与预估

在全球变暖的背景下，昆仑山北坡暴雨的发生越来越频繁。本研究利用EAR5 0.25°再分析数据，新疆地区的多种观测资料和WRF高分辨率数值模拟等，对2021年6月14—17日昆仑山北坡一次极端暴雨过程进行大尺度环流背景场、水汽输送条件、动热力结构、动量输送等特征进行分析，得到以下结论：在“两脊一槽”的环流情况下，南亚高压呈双体型，200hPa南疆西部处于高空急流断裂处和东段急流的入口区附近，高空急流加强，500hPa西伯利亚—中亚有低槽稳定维持，低槽东北移动分成两段，形成了“东西夹攻”的形势，15日12时700hPa上存在明显的风切变线，850~700hPa昆仑山北坡有12~16 m·s-1的东风急流。中亚低涡、低空切变线和高低空急流的形成和发展是导致极端降水的重要天气系统。本次暴雨的水汽主要是由低槽或短波携带水汽源源不断输送至盆地，水汽输送有东北、西北和南向路径，15—16日强中心由东向西移动，中心强度达200 kg·(m·s) -1。15日12时，850 hPa水汽通量散度表现出强辐合，中心强度达10 g·(cm·hPa·s) -1，暴雨区位于强辐合区。与此同时，850 hPa冷暖平流差异较大，暴雨中心附近的暖流超过30·10-5·℃·s-1，洛浦站温度平流在15日00时—12时的850 hPa为暖平流，800~700 hPa 为冷平流，高低层冷暖平流叠置有利于形成大气层结不稳定，15日12时的垂直速度达到最大，中心为4 pa·s-1，地面至400 hPa都有较强的上升运动。辐合区有强的水汽辐合和上升运动，是对流触发和降水维持的一个重要条件。从数值模拟试验结果，对流发生发展时，700hPa风场上存在明显的风切变，并伴有较强的雷达回波，6km高度上的急流中心达到20m/s，下降至1km形成中心强度为15m/s左右的超低空急流，为对流发展提供极为有利的中尺度环境条件。在动量收支方面，动量通量散度项在经向动量局地变化中起主导作用，正负值的中心强度分别达到±8·10-4·kg·m-2·s-2，经向动量的向下转移在低层风辐合和切向变化中发挥了重要作用；与此同时，近地面有较强的由北向南输送的经向动量通量，极值强度超过100 kg·m-1·s-2。近地面动量通量随地形向上倾斜，增强了低空急流，加强了高层大气的抽吸作用，低空暖湿气流被抬升至较高高度，诱发了强降水。