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库布齐沙漠绿洲辐合线与山脉重力波相互作用造成的对流触发机理个例研究

库布奇沙漠,边界层辐合线,山脉重力波,对流触发,WRF

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.24 大气波动与多尺度对流系统

非均匀植被下垫面导致的热力环流的上升支对应的边界层辐合线是对流触发的重要抬升机制。已有研究多聚焦理想干湿交界陆面的辐合线独立触发对流的过程。然而真实非均匀植被下垫面情形下，边界层辐合线触发对流的过程往往受到其他因素例如山地、风电场、阵风锋、海陆锋、水平对流卷等的影响而变得十分复杂，给相关地区的强对流预报预警带来很大挑战。我国黄河河套灌溉绿洲南侧紧邻库布齐沙漠和桌子山，西南侧是乌兰布和沙漠，西北侧和狼山接壤，该地区沙漠绿洲交界边界层辐合线和对流频发，是华北地区重要的对流源地。2022年作者所在研究组牵头在河套地区开展了“黄河河套沙漠–绿洲交界边界层辐合线与深对流观测试验”（DECODE），为边界层辐合线及相关对流的研究提供了大量个例和宝贵的观测数据。本研究选取DECODE试验的黄金个例2022年7月29日库布齐沙漠边界层辐合线对流触发事件，综合利用地面加密观测、激光雷达、C波段雷达、ERA5再分析资料及WRF高分辨率数值模拟，探讨了沙漠绿洲交界边界层辐合线与其南侧低矮山地桌子山激发的重力波协同触发深对流的物理机制。研究发现，桌子山激发的重力波在传播过程中对边界层辐合线触发对流起到了关键增幅作用。数值模拟显示，Scorer参数随高度快速下降形成的低层波导结构，使得重力波被有效捕获并向下游传播。对流触发时刻，中高层重力波的辐合辐散场与低层边界层辐合线的抬升发生非线性耦合。重力波上升支垂直运动的叠加成功触发了深对流。该研究结果为河套及西北干旱半干旱地区复杂地形强对流天气预报提供了重要的科学参考。