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云微物理和动力过程相互作用对极端降水天气形成的影响研究

云微物理,云动力,极端降水,数值模拟

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.13 云物理、气溶胶-云相互作用与极端降水事件

短时极端降水破坏力极强，但其形成机制存在高度不确定性。针对2021年7月20日郑州破纪录小时降水(201.9 mm)，本研究基于多源观测资料及包含大涡模拟(LES)和资料同化的高分辨率数值试验，深入探讨了中尺度涡旋对(MVPs)的动力演变及其内部云微物理过程对极端降水的共同影响。结果表明，台风"In-fa" 和"Cempaka"的外围环流诱导出一支准静止的强东南风带，持续向郑州输送充沛的暖湿空气。当强风带遭遇局地独特的喇叭口地形时，受“Ventur effect”影响进一步增强，并在中尺度对流系统中激发出一对气旋和反气旅中尺度涡旋(MVPs)。随着MVPs移出山谷，其指向同一位置的倾斜上升气流产生了显著的叠加效应，将云水和雨水集中输送至位于风带中轴线上的郑州，为极端降水提供了关键的动力条件。MVPs内部的倾斜上升气流及周围的风场在背风侧辐合，将来自东北、南部和西北方向的雨水(贡献率分别为35.4%、23.6%和30.2%)汇聚至郑州，导致极端降水产生。定量分析显示，暖云微物理过程对总降水的相对贡献率高达70-80%，显著高于冷云过程(20-30%)。