低空急流对超级单体风暴动力结构及倾斜特征影响的研究
编号:387 访问权限:仅限参会人 更新:2026-08-03 21:50:46 浏览:0次 口头报告

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摘要
“21.7”郑州暴雨是在准静止中尺度对流系统中嵌入的超级单体作用下的极端强降水。低空急流(LLJ)通过动力加速度(ACCD)中的垂直风切变(D_SH23)与涡旋项(D_SH1)直接影响对流系统的维持与上升倾斜特征。为深入探究LLJ对超级单体风暴动力结构的影响机制,本研究利用超高分辨率的CM1模拟,选取上游区满足准静力平衡的大气廓线(WRF模式给出)构建控制试验,并在1–2 km高度上叠加三种不同强度的LLJ进行敏感试验。依据对流演变形态特征,将对流风暴划分为发展期(30–60 min)与成熟期(60–120 min)。在发展初期,LLJ越强,低层正D_SH23越大,对流发展越旺盛,但在发展后期其内部水凝物拖曳又会显著抑制对流发展。成熟阶段,三组LLJ敏感试验在4 km高度上先后出现对流核心区(> 10m/s)面积的二次增长,且中等强度LLJ下增大最多,对应4 km附近出现强度与范围更大的垂直加速度区。该大值区由浮力加速度(ACCB)与ACCD共同主导,其中ACCB影响范围广,ACCD则在核心区量值更大。值得注意的是,各试验二次增长时段1-3 km高度层的对流轴(上升速度和涡度中心)倾斜角通常小于30°,暗示较小倾斜角与中等强度LLJ有利于超级单体的发展与维持。为进一步揭示风暴中对流倾斜的形成机制,我们提出将二维RKW理论中环境风切变与冷池出流的关系拓展至三维空间,定义0–1 km环境垂直风切变矢量与冷池出流矢量之间的矢量差,分析其与之上1–3 km对流轴倾斜的关系。结果表明,在发展阶段控制组矢量差大小与倾斜角呈显著的正相关,但引入LLJ后相关关系被破坏;倾斜方位角由0–1 km风暴相对气流主导,之后逐渐向矢量差方向逼近,同时其还会受到急流轴上下侧反向横向涡度的影响,LLJ越强,倾斜方位角越向左侧调整。成熟阶段,在低–中层垂直风切变的作用下,1–3 km风暴倾斜方位角与倾斜角度出现了类似陀螺转动与进动的周期性波动,而移除1 km之上的风切变后这一波动现象明显减弱。本研究基于CM1模式揭示了不同强度LLJ对超级单体风暴发展的内部调控作用;提出将经典RKW理论拓展至三维对流风暴系统,厘清了风切变-冷池出流矢量差和横向涡度对系统倾斜角与方位角的影响,发现超级单体成熟期倾斜参数的准周期变化,研究结果为深入理解强对流风暴的组织演变机制提供了新思路和视角。
关键词
超级单体,低空急流,动热力加速度,倾斜特征
报告人
高文华
研究员 中国气象科学研究院

稿件作者
高文华 中国气象科学研究院
李承胤 中国气象科学研究院
陈昱 中国气象科学研究院
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  • 08月12日 2026

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