中尺度地形影响下台风Hato(2017)强降雨带的数值模拟研究

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登陆台风降雨的研究是当下国内外台风研究的重点。当台风Hato(2017)向西南内陆地区移动过程中,北侧雨带经过广西大瑶山山区时产生了强降雨,本文基于这个个例,采用WRF高分辨率数值模拟结合敏感性试验,分析了强降雨带内部结构的变化特征以及地形对其发展影响的物理机制。研究表明地形对台风降雨有增幅作用,雨带中分布着许多中小尺度对流单体,气旋性旋入台风眼墙,当经过地形时,对流单体得到极大发展,由此带来沿地形分布的局地强降水。地形在强降雨带发展的动力、热力和云物理过程方面发挥了巨大的作用。当雨带以较大的速度经过,气流很容易翻越山脉,在迎风坡一侧产生上升运动,背风坡为下沉运动,最大上升气流超过4m/s。低层暖湿空气沿陡坡抬升,迫使空气向上移动并输送水汽,凝结释放潜热,增强了迎风坡上空的不稳定性和垂直运动,坡前对流不稳定层结和强上升运动有利于雨带中对流系统的发展。过山气流在山顶附近形成高密度气流,发展为强下坡气流,由于下沉气流的绝热增温效应,造成其下游空气的抬升,引发背风侧的背风波扰动。地形上方云中水成物的垂直结构显示,最高层是冰晶,其次是雪和霰、云水,接下来是雨水,0℃层附近正在融化的冰相粒子和过冷水共存。由于沿地形上升空气的凝结过程,云水在迎风坡前大量积累,有利于地形降水云系的发展。当雨带中对流系统经过地形上方时,台风降水云系与地形降水云系协同作用促进了台风降雨的增幅。受到低空风速的强烈影响,降水向下游延伸,下坡时的强下沉运动加速了水成物的下落,所以降水主要集中在山顶上方。而对流系统过山后大量减弱消亡,移动到背风侧下游的对流系统较少,没有对流的影响,仅背风波产生降雨有限,背风面降水减少。地形高度敏感性试验表明地形高度对山区降水的强度和分布有极大的影响。当Fw大于1时,地形高度越高,地形强迫抬升作用越强,导致山区的降水增幅越大。潜热试验表明潜热释放对维持上升运动发展有很大作用,关闭潜热反馈后,上升运动减弱,强对流无法继续发展。
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