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        東北冷渦下一次颮線和MCV的形成與水平渦度的關系

        2019-11-14 01:26:56竇慧敏丁治英沈新勇高松郭春燕李小凡
        熱帶氣象學報 2019年5期
        關鍵詞:渦度逆時針低層

        竇慧敏,丁治英,沈新勇,高松,郭春燕,李小凡

        (1.南京信息工程大學氣象災害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京210044;2.浙江省溫州市氣象局,浙江溫州325000;3.重慶市氣象科學研究所,重慶410047;4.內蒙古自治區(qū)氣象服務中心,內蒙古呼和浩特010051;5.浙江大學地球科學學院,浙江杭州310027)

        1 引 言

        颮線是由許多雷暴單體 (包括若干超級單體)側向排列而成的強對流云帶,其水平尺度為150~300 km,時間尺度為4~18 h,在雷達反射率圖像上常呈現(xiàn)為一條弓形回波,在中緯度地區(qū)較常見,附近會出現(xiàn)暴雨、冰雹、龍卷等激烈天氣。颮線的形成維持機制、內部結構和發(fā)展演變是目前研究的幾個主要方面[1-5]。Rutunno等[6]通過對颮線的理想數(shù)值模擬試驗的結果分析提出了“RKW理論”,以冷池與低層垂直風切變產生的正負水平渦度的相對大小來分析颮線的發(fā)展和維持。陳明軒等[7]通過對華北一次颮線過程的模擬得出RKW理論對于解釋實際颮線過程的發(fā)展維持和傳播是合理的。方翀等[8]認為較強的垂直風切變有利于對流的組織化。之后學者通過對其他類型對流系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn),水平渦度不僅在颮線的結構演變和維持機制上有重要影響,而且在微下?lián)舯┝?、雷暴、龍卷等強對流系統(tǒng)的發(fā)生上同樣具有重要影響。

        丁治英等[9]針對2010年的一次颮線過程中垂直風切變引起的水平渦度與垂直運動之間的關系進行研究,得出了水平渦度與垂直運動間的定性定量關系,水平渦度矢量的旋度正比于-ω,即ω在垂直方向有波動狀態(tài)時,水平渦度矢量逆時針旋轉,有上升運動,順時針旋轉時有下沉運動。颮線在形成與維持期間水平渦度旋轉的表現(xiàn)形式以及與垂直速度的關系,也能反映颮線的結構和狀態(tài),因此也是本文研究的主要問題之一。

        在本次颮線過程的中后期,中層出現(xiàn)了MCV,James等[10]通過對MCV的統(tǒng)計分析得出中層持續(xù)存在的中尺度槽是MCV形成后最明顯的特征。王金鑫等[11]指出MCV有其獨特的特征,可被看做聯(lián)系小尺度對流活動和大尺度天氣系統(tǒng)的紐帶。劉瑞翔等[12]指出垂直輸送項和輻合輻散項是MCV生成階段中低層渦度的主要來源。本次MCV的形成原因以及水平渦度對其的影響也將在本文討論。

        本文針對2016年7月25日發(fā)生在渤海灣的一次東北冷渦下的颮線過程,對颮線形成和維持的機理及颮線過程中中尺度對流渦旋(MCV)的形成機制進行研究,主要分析颮線形成發(fā)展過程中垂直風切變引起的水平渦度矢量的旋轉與垂直速度的變化對颮線的影響以及颮線上MCV的生成原因,以期對颮線有進一步認識,同時為颮線引起的災害性天氣提供新的預報思路。

        2 資料方法

        采用NCEP中1°×1°的分析資料(時間間隔6 h)和中國自動站與CMORPH降水產品融合0.1°×0.1°的逐時降水量網格數(shù)據集進行實況的背景場分析。同時選取2016年7月25日濱州、煙臺、大連、營口等8個單站的時間間隔為6 min,水平分辨率為0.01經緯度的雷達資料進行雷達拼圖,分析此次過程中對流系統(tǒng)雷達回波反射率的演變。

        3 天氣過程及背景

        2016年7月25日08:00—20:00(世界時,下同),渤海灣發(fā)生了一次大暴雨過程,多地12小時累積降水達到120 mm(圖1a)。從全國雷達拼圖看出此次過程主要由颮線系統(tǒng)導致。從7月25日08:00—20:00的逐小時降水量分布 (圖略)來看,12、13時降水率大于30 mm/h,降水集中在颮線后部,強度較強,中尺度特征明顯。

        2016年7月25日12時,沿著颮線發(fā)生的位置(119°E)做假相當位溫、雷達回波反射率和垂直環(huán)流的經向剖面,圖2a上40°N出現(xiàn)了假相當位溫密集帶,結合風場可看出是一個冷鋒,38~39°N為雷達回波較強的區(qū)域,這里的層結是近濕中性的,同時也是降水所在的區(qū)域,這次颮線引起的降水過程屬于冷鋒鋒前降水。

        從天氣形勢上來看,這是一次東北冷渦影響下的颮線過程。25日12時500 hPa上(圖2b),東北冷渦位于漠河以北,中心約位于120°E,55°N,颮線發(fā)生在渤海灣附近,處在冷渦南部的槽前偏西氣流中,并位于200 hPa高空急流右后側,850 hPa低空急流左前側,高低空配置良好,有利于上升運動的發(fā)展,同時急流與鋒區(qū)形成的次級環(huán)流也加強了此處的垂直上升運動。而南部的西北太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定維持,西南暖濕氣流的輸送也為此次強降水過程提供了水汽條件。

        4 數(shù)值模擬

        4.1 數(shù)值模擬實驗方案

        本次數(shù)值模擬實驗的模式選用非靜力的中尺度天氣預報模式(WRF)。模擬的初始場和側邊界場采用時間間隔為6 h的NCEP的FNL資料。模擬時長36 h,從7月24日18時開始至26日00時結束。模擬區(qū)域的中心經緯度為121.71°E,40.02°N,模擬區(qū)域采用三層單向嵌套方案,三層嵌套網格數(shù)分別是 134×159、328×358 和 589×556,水平分辨率分別為27 km、9 km和3 km,輸出結果的時間間隔分別為1 h、30 min和6 min。模擬過程中采用的參數(shù)化方案如下:微物理方案WSM6,長波輻射方案RRTM,短波輻射方案Dudhia,積云對流方案K-F(第三層不使用),近地面層方案Monin-Obukhov,邊界層方案YSU,陸面過程方案Noah等。文中主要對第三層即最內層區(qū)域的模擬結果進行分析。

        4.2 模擬結果檢驗

        將7月25日08:00—20:00模擬的12 h累積降水量(圖1b)與實況(圖1a)對比發(fā)現(xiàn):觀測的12 h累積降水覆蓋區(qū)域較廣,雨帶呈東北-西南走向,吉林、遼寧、渤海灣等地區(qū)均有較強降水,主要表現(xiàn)為2個強降水中心,分別位于遼寧和吉林的交界處以及渤海灣南部,累積降水量大于100 mm;模擬得到的12 h累積降水分布與觀測的累積降水分布特征基本一致,整個降水區(qū)呈帶狀分布,存在2個降水中心,渤海灣處的強降水中心與實況對應較好,吉林遼寧交界處的強降水中心模擬得較弱,位置偏南。從降水來看,本次模擬試驗較好地模擬出了此次鋒前降水過程,模擬的雨帶的走向及降水中心的分布與實況表現(xiàn)一致。

        從觀測的實況雷達回波來看,對流最開始在天津附近產生,逐漸加強向南移入渤海灣。11:00(圖3a),渤海灣已經有多個對流單體生成,隨著對流單體的移動,12:30對流單體已組織成線狀對流帶(3b),颮線形成。到 14:00(圖3c),對流增強,線狀對流帶更加完整清晰,形成了雷達回波強度大于45 dBz,寬度接近100 km的成熟颮線系統(tǒng),并在大連周圍有弓狀彎曲,同時后部有大面積的層狀云。此后隨著颮線的向東移動,15:30(圖3d),大連附近的對流持續(xù)增強,并且在14:00—15:30雷達回波圖中可看到明顯的氣旋式旋轉;到16:00(圖略)颮線的前半段迅速減弱到40 dBz以下,山東半島北側還存在兩段線狀對流單體,然后隨著系統(tǒng)的移動逐漸消亡。

        模擬的雷達回波時間有約7小時的滯后,18:00多個對流單體在渤海灣生成(圖3e),19:30對流單體迅速組織成線狀對流帶,21:00出現(xiàn)偏東西向的線狀對流帶(圖3f),颮線成熟,前部出現(xiàn)弓狀彎曲,22:30前部的旋轉加強(圖3g),隨后對流帶東移減弱。通過對比觀測和模擬的雷達組合回波可看出,模擬的颮線強度整體偏強,位置略偏南,颮線系統(tǒng)漸趨成熟以后,消亡的速度接近實況。在颮線從生成到消亡的演變過程中同樣經歷了零散的對流單體發(fā)展加強,組織成帶狀對流系統(tǒng),颮線頭部的氣旋式旋轉以及對流帶的減弱消亡。由以上雷達回波反射率的演變分析可看出,本次模擬試驗得出的颮線位置和颮線的發(fā)展演變過程與實況接近,可利用模擬得出的高分辨率資料對颮線結構進行進一步分析。

        5 颮線系統(tǒng)的形成及原因

        在實況和模擬中均發(fā)現(xiàn)零散的對流單體在短時間內組織成帶狀對流系統(tǒng),是什么在其中起到了重要作用?侯淑梅等[13]對颮線發(fā)展過程中回波合并分析得出對流單體之間、弓形回波與對流單體之間的合并會造成颮線強度增強,產生強降水等災害性天氣。丁治英等[14]發(fā)現(xiàn)帶狀回波衰減形成的偏冷出流與低層西南暖濕氣流的交匯會激發(fā)對流單體新生并入主對流帶。下面就對流單體的迅速組織化來分析颮線的形成機制及內部結構。

        低層風垂直切變的大小對MCS的發(fā)展有重要作用,觀測分析表明[15-16],颮線常伴隨有明顯的低層垂直風切變,且颮線的強度與垂直于颮線的低層切變分量存在正相關。垂直運動常被視作天氣系統(tǒng)生成和發(fā)展的一個重要指標,而零散的對流單體能組織成帶狀說明他們有一致的上升運動。丁治英等[9]提到的水平渦度與垂直運動之間的關系:。由z坐標系下的三維渦度表達式),看出水平渦度是由垂直速度的水平切變和水平風的垂直切變構成,而,因此可將水平風的垂直切變矢量)看作水平風垂直切變產生的水平渦度,即。當 ω 場具有波動狀態(tài)時,(-ω),水平風的垂直切變矢量(ξx,ξy)與垂直運動的對應關系為:當水平風的垂直切變矢量為逆時針旋轉時,其值為正,此時,ω<0為上升氣流;當水平風的垂直切變矢量為順時針旋轉時,其值為負,此時ω>0,為下沉氣流。因此由風的垂直切變引起的水平渦度矢量的方向對垂直運動的方向具有指示性意義。

        5.1 中α背景場中的水平渦度

        在颮線發(fā)生前的25日00時,實況200 hPa上(圖4a),颮線發(fā)生處,天津、滄州等地存在水平渦度的逆時針旋轉中心,并有輻散中心配合,低層900 hPa水平渦度的逆時針彎曲對應的是一個弱的輻合(圖4c),水平渦度的這種分布為颮線產生提供了有利的上升運動條件。25日06時,高層的水平渦度逆時針旋轉中心移動到渤海灣的西部(圖4b),與弱輻散中心對應,低層(圖4d)渤海灣對應有明顯的水平渦度的氣旋式旋轉,為對流的觸發(fā)確定了良好的動力條件。高低層的風速與00時相比有了明顯的增強。遼寧吉林的交界處為強輻散中心,但水平渦度表現(xiàn)為順時針旋轉,且低層的輻合較弱,整體的上升運動并不強,因此聯(lián)系前面的實況雷達回波可看到產生的對流比較弱。由此可見本次個例中高層強輻散區(qū)對強對流的指示意義遠弱于水平渦度的氣旋式旋轉區(qū)。

        5.2 水平渦度與中β對流帶的形成

        由前節(jié)分析,本次過程中強對流變化較快,實況資料間隔太久不足以很好觀察對流如何組織維持帶狀,所以下面對模擬所得的高分辨率資料進行分析。

        17:24的模擬資料顯示(圖5a),高層在渤海灣西部(118°E)附近,有一與對流配合的小范圍的水平渦度逆時針旋轉矢量場,低層對流區(qū)也處在逆時針旋轉區(qū)中,此時颮線尚未形成。高層小范圍的圍繞對流單體的閉合逆時針旋轉場開始合并,范圍逐漸擴大,低層對流單體前方就出現(xiàn)了明顯統(tǒng)一的逆時針彎曲(圖5b),由水平渦度與垂直速度的關系可知,這種狀態(tài)有利于零散的對流單體組織化。19:30高層形成大范圍的包含多個對流單體的氣旋式閉合矢量場(圖5c),低層對流帶前水平渦度依然為統(tǒng)一的逆時針彎曲(圖5d),而颮線的后部多為反氣旋式旋轉的矢量場,導致颮線上水平渦度矢量從前向后多呈“S”型,此時颮線已基本形成。到了21:00,颮線達到最強盛階段,可清楚看到高層統(tǒng)一大范圍的氣旋式閉合矢量(圖5e)和低層沿對流帶從前向后完整的S型彎曲的矢量線(圖5f)。22:30對流減弱,高層統(tǒng)一的氣旋式閉合矢量消失(圖5g),只有部分對流單體還存在逆時針旋轉的矢量場,低層颮線頭部的雷達回波發(fā)射率明顯減弱(圖5 h),但S型彎曲仍然存在。

        綜上所述,通過對颮線形成過程中水平渦度的方向在高低層不同的變化可得出颮線組織形成的概念模型(圖6)。高層對流單體處水平渦度呈現(xiàn)氣旋式渦旋結構并隨著其他對流單體的產生,范圍逐步擴大,觸發(fā)低層大范圍的上升運動與對流,進一步加強低層輻合,低層對流區(qū)前部形成一致的氣旋式彎曲有利于對流組織成帶狀結構,當對流組織起來后,對流后部的下沉運動導致低層水平渦度呈現(xiàn)S型彎曲的結構,颮線形成。

        5.3 水平渦度與颮線上風的垂直切變

        從以上分析可見,低層水平渦度的變化對于對流單體的組織作用更加明顯,水平渦度矢量在颮線附近的大小,也表示了風的垂直切變的大小。圖7a為900 hPa水平渦度的x方向的分量和雷達回波反射率隨時間的演變。19:30—22:00線狀對流單體前部經向風切變?yōu)檎?,后部經向風切變均為負,整個對流帶后部的風切變又變?yōu)檎?,很好地詮釋了“S”型結構在颮線成熟期的狀態(tài)。900 hPa水平渦度的y方向的分量(圖7b)顯示,該項在颮線前后均為正,最大正值在最強對流帶的中心附近,并向兩側減小,可見水平渦度的y方向分量在對流帶中心最強。在22:00之后,隨著對流的減弱,在對流帶前部的ξy開始增大。x方向的水平渦度分量在對流帶前方由正到負的變化也與RKW理論模型一致。高層情況類似(圖略),在颮線前x方向分量為正,颮線后為負,y方向分量變化也與低層基本一致。因此可知沿著對流帶,x、y方向的水平渦度均有規(guī)律性的變化,對颮線的形成起到了重要作用。

        水平渦度矢量旋轉的方向決定了對流帶的形成與否,因此以下討論沿S型水平渦度方向風的垂直切變的變化。圖5d、5f、5h中,紅色曲線段近似的表示S型彎曲的結構,S有兩個拐點——即曲線段的兩個拐點,由南至北稱為點S1、點S2。為了分析沿S型水平渦度方向風的垂直切變的變化,在S1、S2兩點之間的一定經度范圍(黑色矩形框的經度范圍,0.1°E)做雷達回波和水平風的緯向平均的垂直剖面,研究風的垂直切變與垂直運動的對應關系。

        19:30(圖8a),圖的緯度范圍取圖5d中黑色矩形框的緯度范圍,經向風的風速中心位于中層500~600 hPa,以南風為主,低層風速小,風的垂直切變使得對流帶的前部為上升運動,中間為下沉運動。結合垂直環(huán)流(圖8d)可知此處低層存在反氣旋式旋轉,在對流的前部上升,中間下沉,與經向風的垂直切變表現(xiàn)一致,風的垂直切變與垂直運動配合得很好。到21:00(圖8b),颮線成熟,對流增強,經向風風速增大,大值中心位于400~500 hPa,低層出現(xiàn)北風,風切變增強,風的垂直切變使得對流的前部為上升運動,中間為下沉運動。對流前部的上升區(qū)是一個鋒區(qū),同時對照相當位溫(圖略)可看出低層鋒區(qū)兩側不同的方向的垂直風切變,與RKW的理論模型一致,鋒區(qū)南側暖氣流上升,北側對流中心后部冷池對應的下沉氣流,二者在對流前部相遇,有利于對流的產生。與19:30時相同的是,對流中間低層存在反氣旋式旋轉 (圖8e),促進了對流前部的上升以及中間的下沉,與經向風的垂直切變表現(xiàn)一致。不同的是,對流的后部高層出現(xiàn)了北風,環(huán)流形成了順時針旋轉。22:30時(圖8c),對流開始減弱,經向風風速減小,整體為南風,大值中心位于400~500 hPa,垂直運動減弱(圖8f),沒有明顯的氣旋或者反氣旋式旋轉出現(xiàn),對流帶前部以上升運動為主,后部以下沉運動為主,風切變與垂直運動的關系也對應得比較好。

        不同時次緯向風風速較經向風更大,其風切變方向的變化對垂直運動也有一定的貢獻(圖略)。丁治英等[9]提出的水平渦度與垂直運動的理論關系),下面通過此關系式來進一步判斷水平渦度對對流前部上升運動的貢獻,在此將)記為A項、將)記為B項。在ω波動狀態(tài)下(-ω)∝w,A 項表示緯向風垂直切變在x方向的變化,B項表示經向風垂直切變在y方向的變化,垂直運動主要看水平渦度在x、y方向的分布,即A、B兩項的大小。同樣在S1、S2兩點之間的一定經度范圍做垂直速度和B項的緯向平均的垂直剖面,從前面的分析可知,對流前部垂直上升運動最明顯,在19:30、21:00和 22:30 三個時次(圖 8g、8h、8i),均可看到垂直運動較強區(qū)與雷達回波反射率的大值區(qū)基本相符,其中21:00是颮線最強盛的時期,垂直上升運動最強,22:30對流減弱,垂直運動也較弱。三個時次中垂直速度(w)大于0的區(qū)域,B項的表現(xiàn)以正值為主,部分為負,正值中心與垂直速度的大值中心較一致。與A項的分布(圖略)對比發(fā)現(xiàn)A項在這些為負的區(qū)域恰好為正,即A、B兩項協(xié)同配合,共同對垂直上升運動起到了重要作用,同時也說明,不僅水平風垂直切變的大小對垂直運動有貢獻,水平風垂直切變的方向對垂直運動同樣有很大貢獻。

        通過對沿S型水平渦度方向風的垂直切變變化的分析可知,低層水平渦度的逆時針彎曲對于對流單體的組織作用十分明顯,經向風的垂直切變的變化更利于形成S型彎曲的結構,對颮線的成熟有一定的指示意義,同時水平風垂直切變的方向對于對流前部的上升運動有很大的貢獻。

        6 颮線頭部旋轉及MCV的形成原因

        此次過程除了線狀部分,在颮線的東部,實況14:00—16:00出現(xiàn)弓狀彎曲以及旋轉的雷達回波,模擬回波出現(xiàn)旋轉的時間約在22:30之后,從逐層雷達反射率因子演變分析(圖略),實況與模擬的回波旋轉都發(fā)生在中高層,中心回波較弱。弓狀回波一般會有一個強的后側入流[17],強的下?lián)舯┝鞅l(fā)后,中層氣流迅速進入對流體,系統(tǒng)中心的對流體快速向前運動,弓狀回波形成,在弓狀回波的北端,氣流做氣旋式旋轉,在南端呈現(xiàn)反氣旋式旋轉,隨著弓狀回波的發(fā)展,北端的氣旋式旋轉不斷加強,演變?yōu)橐粋€旋轉的逗點頭。Meng等[18]給出了類似的結論,即颮線的弓狀結構主要是由后向入流引起的,而后向入流是由渦旋對造成的。目前國內已有類似的研究[19-21]。經過渦度收支和渦線分析得出,渦旋對主要是由水平渦線傾斜造成。但本次回波的旋轉與以上研究不同,因此有必要對其形成作進一步分析。

        經過對颮線風場的分析,發(fā)現(xiàn)此次過程并沒有強烈的后側入流來產生、加強弓狀回波的旋轉。從中層流場來看,500 hPa,22:36颮線頭部南北向的槽加深(圖9a),中心弱回波區(qū)出現(xiàn),隨著颮線的發(fā)展移動,槽線變得密集并逐漸向東向北移動,且槽線開始傾斜,00:42對流減弱(圖9b),颮線頭部的旋轉減弱,弱回波區(qū)減弱接近消失,但風場并未減弱,在槽的北部形成逆時針渦旋——MCV。01:18對流較弱(圖9c),但風場出現(xiàn)明顯的氣旋式旋轉。而導致22:36雷達回波出現(xiàn)旋轉的原因,主要是南北風的加強導致槽加深進而引起了逆時針旋轉。在模擬的中高層均能清楚地看到颮線頭部雷達回波的旋轉,以及后期MCV的形成,不同的是,高層的旋轉形成、加強和減弱的時間略微滯后一些,維持時間更長。

        颮線頭部雷達回波的逆時針旋轉與正垂直渦度(以下簡稱渦度)有關,從渦度的角度來看,發(fā)現(xiàn)旋轉區(qū)域有明顯的正渦度中心,下面從渦度方程的角度來分析旋轉區(qū)域正渦度的來源。P坐標系下的渦度方程:

        其中A為相對渦度的局地變化項,B為水平平流項,C為垂直平流項,D為水平散度項,E為傾側項,ξ為相對渦度,f為地轉渦度從區(qū)域平均來看,在22:30—02:00渦度基本為正,隨時間的變化呈波動狀態(tài)(圖略)。從渦度方程右端各項的區(qū)域平均的垂直分布來看,22:36正渦度區(qū)域部分位于槽后,500 hPa水平平流為負(圖10a),250~450 hPa為正的水平平流,高層的正渦度平流對500 hPa的渦度產生正的貢獻,并促進500 hPa的輻合。中層垂直平流項為負,約為 -0.20(單位:10-7s-2,下同),傾側項和水平散度項均為正(圖10b),傾側項約為0.21,水平散度項約為0.43,所以此時500 hPa正渦度的維持主要靠高層的水平平流項和中層的傾側項和水平散度項。00:42時(圖10c),由于MCV形成于槽后所以400~500 hPa水平平流為負,250~400 hPa為正的水平平流,與22:36時相同的是中層垂直平流項為負,約為-0.15(單位:10-7s-2,下同),傾側項和水平散度項均為正 (圖10d),大小分別約為0.20和1.00。由此得出,雷達回波的逆時針旋轉伴隨著正渦度的旋轉,高層正渦度的水平平流對中層正渦度有促進作用同時促進中層輻合,再加上中層傾側項和水平散度項為正,水平渦度向垂直渦度轉換,風場產生氣旋式旋轉,MCV 形成(圖 11)。

        7 結 論

        本文針對2016年7月25日的一次東北冷渦下的颮線過程,分析颮線形成發(fā)展過程中垂直風切變引起的水平渦度與垂直速度的變化對颮線以及MCV形成的影響,得到以下結論。

        (1)此次颮線過程發(fā)生于200 hPa高空急流右后側輻散區(qū),500Pa東北冷渦南部槽前偏西氣流中,850 hPa低空急流左側,同時有高空急流和鋒區(qū)形成的次級環(huán)流配合,加強上升運動,促進強對流發(fā)展,對流單體在低層水平渦度的組織作用下在渤海灣形成伴有弓狀回波的東西向線狀對流帶,引起一次冷鋒鋒前降水過程,12 h降水累積達到120 mm。

        (2)分析得出颮線形成與水平渦度的關系:颮線發(fā)生前,高層渤海灣西側出現(xiàn)水平渦度的逆時針旋轉中心,并有水平輻散中心配合,低層水平渦度為逆時針彎曲,對應弱的輻合,為颮線產生提供了有利的上升運動條件。隨后高層多個對流單體的水平渦度氣旋式渦旋結構范圍不斷擴大,形成統(tǒng)一大范圍氣旋式渦旋結構,觸發(fā)低層大范圍的上升運動,同時加強了低層輻合,低層對流區(qū)前部形成一致的氣旋式彎曲,對流組織成帶狀結構,颮線形成。這意味著對流活動與背景渦度場的相互作用對飚線的組成、演變起重要影響。

        (3)颮線成熟時期水平渦度的結構特點:高層200 hPa表現(xiàn)為統(tǒng)一大范圍氣旋式渦旋結構,低層900 hPa水平渦度呈現(xiàn)典型的S型彎曲結構,水平渦度的x方向的分量在線狀對流單體前部為正,后部為負,整個對流帶后部又變?yōu)檎?,y方向的分量颮線前后均為正,最大正值在最強對流帶的中心附近,并向兩側減小。

        (4)颮線頭部旋轉和MCV形成的原因:通過對渦度方程的分析得出,500 hPa颮線頭部的旋轉與MCV的形成主要與高層有正的垂直渦度的水平平流項、中層的傾側項和水平散度項對渦度有正貢獻有關,高層正的水平平流對中層正渦度有促進作用同時促進中層輻合,再加上中層傾側項和水平散度項為正,水平渦度向垂直渦度轉換,颮線頭部雷達回波逆時針旋轉,后期對流減弱,但風場產生了氣旋式旋轉,MCV形成。

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