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京津冀局地对流触发机制研究有新解 下山消亡对流在平原地区形成新对流因子

发布时间:2022年05月27日 来源:中国气象报社

下山消散的毛毛雨,在平原地区又激发形成新的对流,这一现象在京津冀地区,尤其在北京平原地区时有发生。

对流在没有征兆的情况下突然发生的触发因子是什么?数值模式需要捕捉到什么因子才能做出准确预报?对此,北京城市气象研究院关于京津冀局地对流触发机制的研究给出答案,并明确提出下山消亡对流在平原地区可形成新对流。

寻踪觅迹 追寻局地对流触发因子

在京津冀地区,夏季常有对流在平原地区突然产生,数量众多的局地对流在没有明显征兆的情况下突然出现,预报难度很大。对局地对流触发机制的研究及准确预报,成为最令预报员“头疼”的问题。

北京城市气象研究院研究员肖现介绍,为深入了解局地对流触发机制,研究人员挑选典型对流过程作为研究案例。“我们锁定2009年6月发生在北京南部的一次对流过程,其降水强度和规模以及带来的灾害在北京对流个例库中并未名列前茅,但具备的突发性、没有明确预报指标的特征,使其成为京津冀地区局地突发对流的典型代表。”

研究人员应用由美国大气科学研究中心和北京城市气象研究院联合研发的睿图—临近数值预报系统,对对流过程进行机理分析发现,冷空气堆以及堆积的水汽对对流产生起到类似于木柴的作用,而最后的“点火”则由下山气流引发。

那么,冷空气堆是如何形成的?结合风云卫星监测发现,在北京南部那次对流过程中,山区的浓积云逐渐向山下传播,但受强对流抑制能量的影响,浓积云下山过程中“势力”不断减弱,最终仅在平原地区形成毛毛雨。虽然浓积云并未带来较强的降水,但其蒸发冷却作用显著降低了地面温度,在云下区域,中午和下午的升温仅达到4℃到5℃,而在其他无云区域,升温超过8℃到10℃,在这种情况下,就形成了局地冷空气堆。

对多个对流过程的研究表明,冷空气堆的存在有利于对流触发,同时,水汽也是对流形成的另一个关键因子。肖现说,在对流发生前,水汽的时空分布变化特征亦不可忽视。

 量身定制 全面“B超”促模式准确预报

明确了对流触发的主要因子,对于数值预报而言,是否可以认为捕捉到冷空气堆就是成功预报对流触发的必要条件?

对此,肖现认为,只要能够形成冷空气堆,便会形成风场的扰流和相应的辐合,而风场辐合则能触发新的对流。风场的扰流和对流触发均与冷空气堆的存在有着直接关系。“可以说,如果没有冷空气堆,即便有足够的水汽,对流触发也很难形成,同时,如果数值模式不能准确捕捉冷空气堆的位置,也难以做出准确预报。”

如何捕捉冷空气堆?研究显示,局地对流触发与三维热动力分布有很大的关系,这就需要关注区域三维热动力结构高精度的反演,为其做个全面“B超”,以解决预报业务痛点。

由此,睿图—临近数值预报系统便派上了用场。肖现介绍,该系统基于快速更新四维变分同化技术和自身的三维数值云模式,对京津冀8部新一代多普勒天气雷达资料、3000多个自动气象站逐5分钟观测资料和闪电定位资料等进行快速四维变分同化,背景场实时融合区域内睿图—短期数值预报子系统的预报结果,能够提供逐10分钟更新循环的京津冀地区3公里分辨率大气三维热动力、水凝物的实况分析和0到2小时临近数值预报产品。

研究表明,睿图—临近数值预报系统资料精度明显好于其他分析场资料,该系统做的全面“B超”,可及时捕捉冷空气堆,助力模式准确预报,为开展对流过程机理研究奠定基础。

(作者:宛霞 楚艳丽 责任编辑:张林)