低空急流与地形作用及其对地形降水的影响

【作者】 罗雨涵； 杜宇；

【机构】 青藏高原气象研究院； 中山大学大气科学学院；

【摘要】 低空急流与地形作用对局地强迫和降水过程具有重要影响。本研究通过WRF理想模拟试验,设计不同高度、强度和厚度的急流风廓线与地形作用的敏感性试验,分别在干湿两类层结下,系统分析不同急流结构对地形诱发的下坡风、水跃效应等动力过程响应的差异,并探讨对降水时空演变的影响。干试验结果表明,相较于均匀风场,低空急流的垂直结构更易在地形背风坡形成强气压拖曳、强下坡风和显著的水跃效应。急流核高度越高,背风坡水跃效应越强,且发生位置越靠近山顶。但当急流核高度超过某一高度阈值后,气压拖曳作用显著减弱,下坡风强度减弱。急流强度越强时,下坡风与水跃发生在越下游位置,结构分散,强度越弱。更厚的低空急流有助于地形重力波向更高层传播,下坡风仍具有一定强度,但水跃结构趋于松散。地形响应中,气压拖曳与地形重力波的破碎密切相关,对比理论重力波的破碎区间,即无量纲地形高度和分界流线(Dividing streamline)(接近重力波临界层高度)之间存在对应关系,敏感性试验诊断的结果能与之较好匹配,表明重力波破碎在形成下坡风中起着主导作用。而水跃效应的强度可能与下坡风向亚临界状态跃变所需的动量耗散有关。湿试验结果表明,低空急流与地形作用能够形成迎风坡和背风坡降水。其中,低空急流与迎风坡作用导致地形强迫抬升,引发对流发展,并通过对流潜热释放加强上升运动,是迎风坡降水的主导机制。背风坡降水则与干试验中水跃效应位置和强度有较好的对应,反映出低空急流动力过程对湿过程的调制作用。低空急流影响下迎风坡降水分布受冷池与风场共同调控,急流核高度略高于地形时,强对流在迎风坡上空触发,随后受到冷池引导缓慢向上游传播。当低空急流高度更高时,冷池受急流平流作用被削弱,在山顶形成准静止弱对流。当低空急流核接近地面时,由于与地形作用动力强迫较弱,对流发展较慢但急流更易与冷池发生相互作用,导致降水强度最强;随后,低层风场与低层冷池之间的强辐合导致强降水持续向上游移动,且移动速度较慢。当低空急流强度增强时,地形抬升作用增强,低层强风将部分冷池平流至背风坡,强降水系统能够在在山顶附近维持。急流厚度的增加则抑制了冷池形成,使对流系统趋于准静止、降水范围扩大但强度减弱。进一步分析表明,降水移动趋势主要由冷池潜在速度与低层风场对峙关系所决定。更多还原