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大气科学学院陈桂兴副教授、杜宇副教授及其合作者揭示中国两类暴雨的成因机制


稿件来源:大气科学学院 | 作者:大气科学学院 | 编辑:许佳、郝俊 | 发布日期:2019-11-28 | 阅读次数:


        我校大气科学学院陈桂兴副教授、杜宇副教授及其合作者从日变化角度,深入研究了华中梅雨雨带和华南暖区暴雨的成因机制,并提出相应的理论模型。一系列成果在天气气候领域的知名期刊Monthly Weather ReviewJournal of Climate上发表。

        (1)对华中夜间暴雨的研究表明:受大气边界层加热的影响,华南上空的季风气流在白天被抑制,暖湿能量逐渐堆积(图1a)。季风气流在夜间转为增强,形成低空急流影响长江流域(图1b)。季风气流的夜间加速可显著加强长江流域的水汽输送辐合、动力抬升和对流不稳定,能量释放可激发中尺度对流系统的夜间发展。因此,伴随季风日变化的暖湿能量“白天蓄能-夜间释放”机制成为中国东部早晨暴雨的重要成因。这种现象可在数天内反复发生,造成严重的洪涝灾害。研究结果还指出,大气环流和日变化现象在暴雨有关的多尺度过程中扮演重要角色。副热带高压等大尺度环流可通过热力和动力机制调节风场日变化,影响夜间中尺度对流系统的发生发展,从而控制暴雨的具体时间和落区。当大气环流由暖转冷,激发降水的主要机制转为锋面、地形抬升和云顶辐射冷却,风场日变化和降水特征也发生相应调整(图1c)。

 

图1. 华中夜间暴雨成因机制概念图

 

       (2)对华南暖区暴雨的研究表明:基于集合预报分析发现,暖区暴雨的可预报性相对锋面暴雨更低。天气尺度低空急流(SLLJ)与锋面暴雨相关,而南海北部的边界层急流(BLJ)与沿海暖区暴雨关系更加密切。从高分辨率数值模拟角度进一步揭示了华南暖区暴雨的对流触发机制,提出了双低空急流的新概念模型(图2)。BLJ出口区的低层辐合和SLLJ入口区的中低层辐散出现耦合配置,加强沿海地区的中尺度抬升和水汽辐合,从而激发新的对流系统。双低空急流存在明显的日变化现象,在半夜到凌晨达到最强,造成华南沿海的早晨暴雨。气候统计分析还发现,两类低空急流(BLJ和SLLJ)对华南降水的分布具有显著不同的影响,其影响机理与地形作用、天气尺度扰动和水汽输送过程密切相关。

 

图2. 华南海岸暖区暴雨成因机制概念图

 

        上述一系列研究工作揭示了中国两类典型暴雨的关键因子和成因机制,有助于提升对我国暴雨的科学认识和预报能力。

       

        相关论文及链接:

        Chen, G., W. Sha, T. Iwasaki, and Z. Wen, 2017: Diurnal cycle of a heavy rainfall corridor over East Asia. Monthly Weather Review, 145 (8), 3365–3389. http://dx.doi.org/10.1175/MWR-D-16-0423.1

        Chen, G., R. Lan, W. Zeng, H. Pan, and W. Li, 2018: Diurnal variations of rainfall in surface and satellite observations at the monsoon coast (South China). Journal of Climate, 31 (5), 1703-1724. doi: http://doi.org/10.1175/JCLI-D-17-0373.1

        Zeng, W., G. Chen, Y. Du, and Z. Wen, 2019: Diurnal Variations of Low-Level Winds and Precipitation Response to Large-Scale Circulations during a Heavy Rainfall Event. Monthly Weather Review, 147 (11), 3981–4004. https://doi.org/10.1175/MWR-D-19-0131.1

        Du, Y., and G. Chen, 2018: Heavy Rainfall Associated with Double Low-Level Jets over Southern China. Part I: Ensemble-Based Analysis. Monthly Weather Review, 146 (11), 3827–3844. https://doi.org/10.1175/MWR-D-18-0101.1

        Du, Y., and G. Chen, 2019: Heavy Rainfall Associated with Double Low-Level Jets over Southern China. Part II: Convection Initiation. Monthly Weather Review, 147 (2), 543–565. https://doi.org/10.1175/MWR-D-18-0102.1

        Du, Y., and G. Chen, 2019:  Climatology of low-level jets and their impact on rainfall over southern China during early-summer rainy season. Journal of Climate, in press.  https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0306.1 

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