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南疆暴雨对流触发与组织化机理研究

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南疆位于新疆天山以南，是典型的干旱少雨区，但近些年南疆极端降水事件增多，造成严重洪涝灾害，威胁当地生态环境和经济社会的可持续发展。对流触发和组织化是当前暴雨预报的瓶颈问题。南疆三面环山，地形复杂，沙漠与绿洲纵横交错，下垫面特殊，导致对流触发和组织化过程更加复杂。本文结合多源观测资料和高分辨率数值模式对南疆暴雨对流触发和组织化机理开展研究。研究发现，南疆盆地塔里木低空东风急流与地形相互作用形成边界层辐合线，是南疆对流触发的关键过程，东风急流深入南疆盆地西部喇叭口地形区，地形动力作用、沙漠热力作用与大尺度环境共同作用导致急流转向，影响南疆对流发生区域。通过地形敏感性实验，探讨了南疆小尺度地形对对流触发过程的影响。进一步，引入中尺度位涡波作用密度和波作用方程，开展对流组织化研究，验证了位涡波作用密度描述对流系统组织化过程的能力，发现位涡波作用方程包含对流组织化强迫因子，如基本态气流对中尺度扰动的平流输送，基本态垂直风切变等与对流扰动的耦合作用，基本态与扰动的相互作用及扰动之间相互作用等。诊断结果表明，在多条东西向对流线发展为东北-西南向带状对流系统过程中，影响对流线强对流维持和南北向发展的关键过程包括：上升、下沉气流引起的热力输送导致对流线内扰动斜压性增强，扰动西风与扰动东风形成气旋性环流引起经向切变环流增强，及扰动经向风将扰动纬向风切变向对流中心区输送引起纬向切变增强、垂直环流增强。