一次山地積云并合擴展層化過程的數(shù)值模擬

陳婷，李艷偉，湯莉莉

(1.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院，江蘇南京210044;2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇南京210036)

0 引言

積云和層云組成的積層混合云是一種主要的降水云型，暴雨和特大暴雨基本是由較為深厚的層狀云和嵌入其內(nèi)的對流云組成的混合云產(chǎn)生的(杜秉玉，1985;李子華等，1986a;洪延超等，1987;黃美元等，1987a;曾光平等，1991;丁一匯，1993)。

李子華(1986b)、黃美元等(1986，1987b)研究了積層混合云的雷達資料，結(jié)果表明:雷達PPI圖上積層混合云回波強度水平分布不均勻，存在一些不連續(xù)分布的強回波核;RHI圖上大片均勻?qū)訝钤苹夭▋?nèi)混雜有柱狀回波，0℃等溫線下有不均勻的融化層亮帶。另外，積層混合云平均回波頂高較高，一般在7 km以上，而且降水愈強，回波頂就越高，但其層狀云回波頂高變化不大。

積層混合云中過冷水含量極大值及平均大值區(qū)均出現(xiàn)在零度層以上，次大值區(qū)出現(xiàn)在零度層附近，第三大值區(qū)出現(xiàn)在云體的中上部，云頂過冷水含量呈減小的趨勢(王謙等，1988)。王謙等(1987，1988)對烏魯木齊地區(qū)冬季兩次積層混合云進行觀測，F(xiàn)SSP所測液態(tài)含水量從云底開始向上基本呈遞增趨勢，在云上部達到峰值，峰值液態(tài)含水量在0.15～0.21 g/m3之間，此后變化不大直至在云頂附近劇降。

積層混合云是一個非常有效的降雨系統(tǒng)，許多研究(Orville et al.，1984;Hong，1997;Duynkerke et al.，1999;黃美元等，2003;宮福久等，2006)表明，層狀云給積云提供良好的發(fā)展條件:飽和的水汽環(huán)境和伴隨層狀云的輻合場使對流云具有長生命期、產(chǎn)生持續(xù)性高強度降水和間歇性特高強度降水的特點。層狀云與對流云的相互作用尤其使對流云降水量增大，從而整個積層混合云系統(tǒng)降水量增大。在飽和環(huán)境中的對流云不像孤立積云那樣生命史短、出現(xiàn)單調(diào)的初生—成熟—消散過程，而是存在無消散的起伏發(fā)展，并且當(dāng)輻合場存在時，其動力作用使積云在相當(dāng)長時間里出現(xiàn)間歇性持續(xù)發(fā)展，積云最大降水強度有起伏但不斷增大，從而產(chǎn)生暴雨或特大暴雨。因此長時間持續(xù)性高強度降水是積層混合云降水的顯著特征(毛冬艷等，2007;翟菁等，2007;洪延超，1996a，1996b)。

積層混合云內(nèi)風(fēng)場空間分布不均勻，存在垂直切變，層狀云和對流云中的風(fēng)場結(jié)構(gòu)有很大差異，但對流云區(qū)上升速度不強。另外，由于風(fēng)的垂直切變，成熟的對流云上升氣流和下沉氣流分開，避免了對流云過早衰減(劉黎平，2004;劉黎平等，2004;盛日鋒等，2008)。

李艷偉(2009a，2009b，2009c)曾對貴州省多個積層混合云降水實例進行分析，發(fā)現(xiàn)貴州省因山地地形影響積層混合云降水比較頻繁且約有85%的積層混合云降水過程是由積云并合擴展層化過程形成的。

綜上所述，國內(nèi)外對于積層混合云微物理特征和降水機理的研究較深入，但關(guān)于其形成過程及降水特點的研究較少。本文利用2005年5月在貴州省收集的積層混合云降水綜合觀測資料(主要包括雷達、地面觀測和高空觀測資料)，結(jié)合數(shù)值模式對典型個例進行模擬，分析西南山區(qū)積層混合云形成的三個典型階段雷達回波強度、風(fēng)場特征以及垂直液水含量的變化情況，并利用位溫和對流有效位能分析云并合過程中強降水產(chǎn)生的動力因子。這不僅有利于提高對該類型降水的預(yù)報預(yù)測水平，而且對于探討積層混合云人工增雨作業(yè)條件，充分開發(fā)利用云中豐富的云水資源，增加云系降水效率，緩解我國西南地區(qū)旱情，減緩世界淡水資源短缺具有重要意義。

1 積層混合云系的觀測分析

1.1 天氣形勢

貴州省是積層混合云降水的高發(fā)地。為深入了解當(dāng)?shù)胤e層混合云出現(xiàn)的天氣背景，對積層混合云降水(2005年5月29日)發(fā)生時地面到高空各層的天氣形勢進行分析。

由圖1可見:500 hPa高度場上，貴州處于高壓脊前部，有較強的西北氣流。700 hPa上四川東南部至貴州北部存在切變線。切變造成的氣流輻合上升運動是較強的系統(tǒng)性上升運動，能觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，促進積云單體或?qū)α髋莸纳伞?50 hPa高度場上，在四川東部存在氣流輻合，貴州省主要受偏南氣流控制。氣流的輻合區(qū)通常出現(xiàn)明顯的上升運動，輻合線附近，冷暖空氣相交匯，空氣不穩(wěn)定度加大，容易激發(fā)對流，有利于對流云的生成。地面貴州中北部有一靜止鋒。鋒上強烈的上升氣流滑升到地面鋒線一段距離后就能產(chǎn)生明顯降水，雨區(qū)北界往往與700 hPa切變線位置一致，造成貴州省部分地區(qū)產(chǎn)生連續(xù)性降水，陰雨天氣維持。綜合上述分析認為，700 hPa的切變線配合著地面的靜止鋒，伴隨著低空輻合，不穩(wěn)定能量極易被激發(fā)，容易形成大范圍的降水云系，即積層混合云。

1.2 云系雷達回波特征

積層混合云形成后，雷達PPI圖上表現(xiàn)為較大范圍的回波強度小于20 dBz、邊緣支離破碎、沒有明顯邊界的層狀云降水回波，且在層狀云降水回波背景上存在著一個個塊狀對流單體結(jié)構(gòu)，或鑲嵌有對流云降水回波帶(圖2a)。在雷達RHI上，均勻的層狀云回波上柱狀回波高低起伏地鑲嵌其中。整個云區(qū)面積可達幾百平方千米，云體發(fā)展深厚，云頂高度可達10 km(圖2b)。層云區(qū)雷達回波強度一般小于25 dBz，但在有積云單體嵌入的區(qū)域雷達回波強度可達35～40 dBz。

圖1 2005年5月29日08:00(北京時)500 hPa(a)、700 hPa(b)、850 hPa(c)和1 000 hPa(d)的高度場、風(fēng)場(藍線:位勢高度，單位:gpm;箭頭:風(fēng)場，單位:m/s)Fig.1 The height field，wind field at(a)500 hPa，(b)700 hPa，(c)850 hPa and(d)1 000 hPa at 08:00 BST 29 May 2005(blue line is geopotential height，units:gpm;arrows:wind，units:m/s)

圖2 2005年5月29日14:56(北京時)貴州省積層混合云雷達回波圖(單位:dBz) a.雷達PPI圖;b.沿a中實線的雷達RHI圖Fig.2 Radar reflectivity of the cumulus and convective mixed clouds at 14:56 BST 29 May 2005(units:dBz)a.radar plan position indictor(PPI)picture;b.radar range-height indicator(RHI)picture along the black line in Fig.2a

1.3 降水特點

圖3 2005年5月29日08:00—20:00(北京時)地面累積降水量分布(a;單位:mm)和2005年5月28日20:00—30日02:00(北京時)地面逐6 h累積降水量的時間演變(b;單位:mm)Fig.3 (a)Distribution of surface accumulated precipitation(units:mm)from 08:00 to 20:00 BST 29 May 2005 and(a)temporal evolution of surface 6 h accumulated precipitation(units:mm)from 20:00 BST 28 to 02:00 BST 30 May 2005

積層混合云生命史較長(28日20:00—30日02:00)，貴州省大部分地區(qū)有降水發(fā)生，降水區(qū)集中在積層混合云系移動路徑附近(圖3a)。同時由于云內(nèi)常常嵌入若干比較分散的對流單體，降水空間分布不太均勻，存在多個降水量高值中心。積層混合云發(fā)展階段，貴州地區(qū)降水強度不大，不超過5 mm。29日08:00，云發(fā)展強盛，地面降水量陡增，約為40 mm，直至29日20:00，降水強度都較大(圖3b)。

2 積層混合云的數(shù)值模擬

2.1 模式簡介及模擬方案

本文采用新一代非靜力平衡中尺度模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model)(胡向軍等，2008;Shi et al.，2010)。模式主要由三部分組成:模式的前處理、主模式和模式產(chǎn)品后處理。前處理部分為主模式提供初始場和邊界條件，包括標(biāo)準初始化部分和三維變分資料同化(四維同化);主模式對模式積分區(qū)域內(nèi)的大氣過程進行積分;后處理部分對模式的輸出結(jié)果進行分析處理，主要包括將模式面物理量轉(zhuǎn)化到標(biāo)準等壓面、診斷分析物理場和圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等(于翡，2009)。

由于積層混合云影響范圍大，云物理研究時空分辨率高等原因，WRF模式采用嵌套模擬方案。粗細網(wǎng)格格距分別是18 km和6 km。模擬時間為2005年5月28日20:00至5月30日00:40(北京時)。微物理過程采用Lin方案，考慮6種水成物:水汽、云水、雨水、冰晶、雪花、霰。積分采用時變邊界條件，每6 h一次的NCEP 1°×1°全球再分析資料作為背景場。粗網(wǎng)格每隔20 min輸出一次結(jié)果，次網(wǎng)格每隔10 min輸出一次結(jié)果。

2.2 觀測資料和模擬結(jié)果的對比

為檢驗?zāi)M結(jié)果的準確性，以便對其進行更深層次的分析，本文將選用個例的實測資料與對應(yīng)時刻的WRF模式模擬結(jié)果進行對比。

850 hPa高度上四川東部有一輻合，貴州省主要受偏南氣流控制(圖4a)。模擬結(jié)果(圖4b)表明，青藏高原東北部存在一低渦，貴州省西北部有一個較弱的輻合，貴陽地區(qū)受偏南氣流影響。在低渦區(qū)和氣流輻合區(qū)有大片云系發(fā)展。天氣形勢的模擬結(jié)果與實際情況吻合。

從雷達回波模擬結(jié)果(圖4d)看，積層混合云在氣流輻合區(qū)穩(wěn)定維持，最大垂直回波強度達50 dBz。云系成長條狀，面積較大。模擬云系特點與貴陽市雷達站積層混合云系實際PPI圖像(圖4c)相比，不論是回波強度還是云的形狀都非常接近。

圖4e和4f分別是觀測和模擬的地面6 h累積降水量。比較可知，盡管強降水中心位置有微小差異，但模擬降水強度，雨帶的分布、走向，雨區(qū)面積都與地面實際降水情況接近。這說明模擬結(jié)果是可靠的。

綜上可知，無論是天氣形勢的模擬還是云系發(fā)生發(fā)展過程、地面累積降水量的模擬，都與實際觀測結(jié)果相近。這說明模擬結(jié)果較好地再現(xiàn)了個例的實際情況，模擬結(jié)果較可靠，可以利用模擬結(jié)果展開深入分析。

圖4 觀測和模擬結(jié)果 a.5月29日08:00(北京時)850 hPa高度場、風(fēng)場(藍線:位勢高度，單位:gpm;箭頭:風(fēng)場，單位:m/s);b.模擬的第720 min 850 hPa雷達回波(陰影，單位:dBz)和風(fēng)場(箭頭，單位:m/s);c.雷達PPI圖像(陰影，單位:dBz);d.模擬的第820 min 850 hPa雷達回波(陰影，單位:dBz)和風(fēng)場(箭頭，單位:m/s);e.實測的12 h累積降水量(陰影，單位:mm);f.模擬的12 h累積降水量(陰影，單位:mm)Fig.4 Observed and simulated results a.height and wind fields at 850 hPa at 08:00 BST 29 May(blue lines:geopotential height，units:gpm;arrows:wind，units:m/s);b.simulated radar reflectivity(shadings，units:dBz)and wind field(arrows，units:m/s)at 850 hPa at 720 min;c.observed radar reflectivity(shadings，units:dBz);d.simulated radar reflectivity(shadings，units:dBz)and wind field(arrows，units:m/s)at 850 hPa at 820 min;e.observed 12 h accumulated precipitation(shadings，units:mm);f.simulated 12 h accumulated precipitation(shadings，units:mm)

2.3 積云并合擴展層化過程的數(shù)值模擬

獨立的對流單體生命期較短，若在云體傳播或移動過程中，兩個或兩個以上單體距離較近時，則很可能相互碰撞合并，隨之整個單體群的生命力增強。即如果分散的多單體對流云能夠出現(xiàn)大范圍的跨接、合并，則有可能形成范圍寬廣的片狀或帶狀云系—積層混合云系。合并后整個系統(tǒng)生命期往往較分散云體更長，并有可能會形成間歇性或連續(xù)性降水。

2.3.1 對流單體并合成對流云

對流單體并合形成大的對流云，發(fā)生在模擬開始后的560～700 min。

2.3.1.1 雷達回波特征

有利天氣形勢作用下，貴州省西北部及青藏高原東北部有許多對流單體生成(圖5a)。這些單體較分散，尺度小，最大雷達回波值為40 dBz。到了第640 min，對流單體發(fā)展加強，最大回波達50 dBz，尺度增大，且出現(xiàn)了小對流單體合并成對流云的現(xiàn)象。各位置對流云有繼續(xù)增長的趨勢，雷達回波不斷增強(圖5b)。

2.3.1.2 云中含水量及上升氣流速度

在上升氣流的作用下，第560 min時圖5a中實線1、2處有許多小對流單體發(fā)展起來(圖6a、6b)。整體來看，對流單體因處于受激發(fā)階段，尺度較小，伸展高度均在500 hPa左右。單體中含水量最大值為1 g/kg，大部分區(qū)域液水含量維持在0.05～0.5 g/kg。氣流輻合區(qū)，對流單體極易受到擾動而發(fā)展加強。第640 min時實線1處(圖6c)對流單體群發(fā)生并合，形成對流云。這是貴州地區(qū)山區(qū)地形作用以及上升氣流作用所致。分析圖6c中風(fēng)矢量場可知，對流云發(fā)展區(qū)域上升氣流速度要比其他區(qū)域大得多。實線2處(圖6d)對流單體并合成對流云后，云頂高度增加，伸展至200 hPa，云區(qū)中上部含水量明顯增大，上升氣流速度超過10 m/s。

圖5 850hPa雷達回波(陰影，單位:dBz)和風(fēng)矢量(箭頭，單位:m/s) a.第560 min;b.第640 minFig.5 Radar reflectivity(shadings，units:dBz)and wind vector(arrows，units:m/s)at 850 hPa a.560 min;b.640 min

2.3.2 對流云并合形成較大的對流云團

對流云并合形成較大的對流云團，發(fā)生在模擬后的第710～890 min。物理意義:通過第一階段的并合形成強盛對流云之后，在其周圍又不斷出現(xiàn)對流單體。通過并合，回波和流場緊密相接，貴州上空形成強度很大、有多個對流中心的中尺度對流云團。

2.3.2.1 雷達回波特征

又經(jīng)過幾十分鐘的發(fā)展，在輻合氣流區(qū)和上升氣流區(qū)，原來的對流云(對比圖5b)合并成對流云團(圖7a)，云系面積較前一時次增大一至兩個數(shù)量級，呈帶狀，回波強度較上一時次明顯增大，兩對流云團的雷達回波最大值均超過50 dBz，此時對流云團發(fā)展最旺盛。相應(yīng)地，地面產(chǎn)生大范圍、高強度降水，多表現(xiàn)為陣雨或雷陣雨。第780 min(圖7b)，因不穩(wěn)定能量消耗，而云中又無能量繼續(xù)供應(yīng)，云團不能繼續(xù)垂直伸展加強而是向四周平衍發(fā)展，雷達回波強度逐漸減弱，僅有小部分區(qū)域回波強度能達到50 dBz。這表明此刻對流云團強度開始變?nèi)?，可推測以后一段時間內(nèi)，云團進一步擴展，可發(fā)展成為積層混合云。

2.3.2.2 云中含水量及上升氣流速度

因850 hPa輻合線附近冷暖空氣的交匯擾動致使對流云強盛并且迅速發(fā)展增強，第700 min時最大含水量為2 g/kg，最大上升氣流速度達20 m/s。圖7a中實線1、2兩處對流單體在如此強烈的上升氣流作用下迅速向上發(fā)展，伸展到150 hPa附近(圖8a、8b)。地面可能出現(xiàn)雷陣雨或大到暴雨。80 min后，對流云經(jīng)過數(shù)次并合演變成大對流云團。由圖8a和8c可知，圖7中1處的對流云已經(jīng)發(fā)展成含有許多對流單體的對流云團，云中含水量最大值為1 g/kg。圖7中2處的多個積云單體因發(fā)生并合，流場趨于一致，整個云系面積增大(圖8b、8d)。值得一提的是，圖7中1、2兩處對流云團因內(nèi)部不穩(wěn)定能量的消耗，云內(nèi)上升氣流速度減小，云內(nèi)垂直累積液態(tài)含水量減小，該云團不能再繼續(xù)向上發(fā)展，而是向四周平衍，云區(qū)面積增大。

圖6 沿圖5a、5b中實線1、2處總含水量(陰影，單位:g/kg)和風(fēng)矢量(箭頭，單位:m/s)垂直剖面(兩條水平線分別表示0 ℃、－20 ℃等溫層) a，b.第560 min;c，d.第640 minFig.6 Cross sections of total water content(shadings，units:g/kg)and wind vector(arrows，units:m/s)along the two black lines in Fig.5a，5b(the two horizontal lines denote 0 ℃ and － 20 ℃ isotherms，respectively) a，b.560 min;c，d.640 min

圖7 850hPa雷達回波(陰影，單位:dBz)和風(fēng)矢量(箭頭，單位:m/s) a.第700 min;b.第780 minFig.7 Radar reflectivity(shadings，units:dBz)and wind vector(arrows，units:m/s)at 850 hPa a.700 min;b.780 min

圖8 沿圖7a、7b中實線1、2處總含水量(陰影，單位:g/kg)和風(fēng)矢量(箭頭，單位:m/s)垂直剖面(兩條水平線分別表示 0 ℃、－20 ℃等溫層) a，b.第700 min;c，d.第780 minFig.8 Cross sections of total water content(shadings，units:g/kg)and wind vector(arrows，units:m/s)along the two black lines in Fig.7a，7b(the two horizontal lines denote 0 ℃ and －20 ℃ isotherms，respectively)a，b.700 min;c，d.780 min

2.3.3 對流云團并合形成積層混合云系

對流云團并合形成范圍很大的積層混合云，發(fā)生在模擬過程的第890—1 050 min(圖9)。物理意義:前兩個階段的云并合過程形成兩個成熟的中尺度對流云團。它們距離較近，在移動過程中并合，流場和回波緊密相接，最后形成積層混合云降水系統(tǒng)，產(chǎn)生大范圍、長時間的降水。

2.3.3.1 雷達回波特征

對流云團繼續(xù)向四周擴展并相向移動，第890 min并合，云系垂直方向衰減而水平方向擴展。云系的主要特點是大片層狀云中嵌入少許對流較強的小單體，發(fā)展成典型的積層混合云。第890 min后混合云穩(wěn)定維持，云區(qū)面積和雷達回波強度基本不變。這種積層混合云與單個積云單體相比，最本質(zhì)最明顯的區(qū)別就是云體面積大，生命期明顯延長，產(chǎn)生間歇性或連續(xù)性的大范圍的降水。

2.3.3.2 云中含水量及上升氣流速度

兩對流云團并合后，云內(nèi)上升氣流速度減小，底部還出現(xiàn)了有規(guī)律的下沉氣流，云系向四周擴展層化。在這個過程中，云區(qū)面積增大，云中含水量減小，但仍存在含水量大值中心。第890 min(圖10a)，總含水量的分布特征是:云中有多個含水量的高值中心，最大值為1 g/kg。云中大部分區(qū)域含水量值介于0.05～0.5 g/kg之間。這一特征與云系的雷達回波特征對應(yīng)，即在大片層狀云系中嵌入許多小的積云單體。經(jīng)歷這一階段后，先前初具規(guī)模的積層混合云便發(fā)展成典型的積層混合云。第960 min(圖10b)，積層混合云系穩(wěn)定維持，云中不再出現(xiàn)強對流現(xiàn)象，云內(nèi)含水量也無現(xiàn)劇烈變化。這種在大片層狀云中嵌入許多小積云單體的積層混合云能維持很長一段時間，地面產(chǎn)生大范圍連續(xù)性降水，但由于云中的積云單體分布不均勻，地面降水強度也不盡相同。

圖9 850hPa雷達回波(陰影，單位:dBz)和風(fēng)矢量(箭頭，單位:m/s) a.第890 min;b.第960 minFig.9 Radar reflectivity(shadings，units:dBz)and wind vector(arrows，units:m/s)at 850 hPa a.890 min;b.960 min

圖10 沿圖9a、9b中實線處總含水量(陰影，單位:g/kg)和風(fēng)矢量(箭頭，單位:m/s)垂直剖面(兩條水平線分別表示0 ℃、－20 ℃等溫層) a，b.第890 min;c，d.第960 minFig.10 Cross sections of total water content(shadings，units:g/kg)and wind vector(arrows，units:m/s)along the black lines in Fig.9a，9b(the two horizontal lines denote 0 ℃ and －20 ℃ isotherms，respectively)a，b.890 min;c，d.960 min

2.4 積層混合云發(fā)展過程中強降水產(chǎn)生的原因

積云并合發(fā)展成積層混合云的幾個小時內(nèi)(第560—1 050 min)(圖11a)，地面降水分布的特點是降水范圍大，持續(xù)時間長，降水分布不均勻。層云區(qū)一般是連續(xù)性降水，積云區(qū)地面降水強度大，多是陣雨或大到暴雨，降水累積最大值超過60 mm，這是大氣中不穩(wěn)定能量累積以及在一定條件下釋放的產(chǎn)物(張玲等，2008)。為進一步探討其原因，對本個例進行不穩(wěn)定能量(圖11b、11c)及位溫(圖 11d)分析。

云發(fā)展初期，偏南氣流源源不斷輸送大量暖濕空氣，而且低層存在輻合線，整個模擬區(qū)域低層對流有效位能(CAPE)很高(圖11b)，最大值達到1 000 J/kg，非常容易觸發(fā)對流。這里將是不穩(wěn)定能量和對流云的發(fā)生源地。不穩(wěn)定能量會沿著輻合氣流的方向以及暖空氣沿冷空氣爬升的方向擴散。對流單體因有不穩(wěn)定能量的持續(xù)供應(yīng)而快速發(fā)展。圖11d是沿25.5°N處位溫的垂直剖面圖?？梢?，位溫變化的整體趨勢是隨高度增加，但在107.53°E附近波動劇烈，它利于空氣傾斜上升、傳輸不穩(wěn)定能量。這一區(qū)域空氣斜上升運動是此次降水云系表現(xiàn)為積層混合云的主要動力因子和水汽來源。

圖11 a.第560～1 050 min地面累積降水量分布(陰影，單位:mm);b，c.850 hPa對流有效位能(黑色等值線，單位:J/kg)、流場(帶箭頭的黑實線)及含水量(陰影，單位:g/kg)垂直剖面(b.第640 min;c.第890 min);d.位溫(黑色等值線，單位:K)垂直剖面Fig.11 a.Accumulated precipitation from 560 min to 1 050 min(shadings，units:mm);b，c.Cross sections of convective avaliable potential energy(black lines;units:J/kg)，flow field(black lines with arrows)and water content(shadings，units:g/kg)(b.640 min;c.890 min);d.Cross sections of potential temperature(black lines，units:K)

對流單體開始發(fā)展(第640 min)時強度較弱，因有不穩(wěn)定能量的供應(yīng)，單體在短時間內(nèi)強度迅速增加、尺度增大從而并合擴大成對流云團(圖7)。但不穩(wěn)定能量因持續(xù)消耗而迅速減小，對流云團無能量的持續(xù)供應(yīng)不再增強而是擴展層化，如圖9a所示，第890 min時，云系擴展形成積層混合云，CAPE最大值僅為100 J/kg。由于積層混合云是由對流云擴展演變而來，云內(nèi)含水量和上升氣流均較層云內(nèi)部大，云頂也發(fā)展得更高。云內(nèi)啟動碰并機制和貝吉隆過程，云水轉(zhuǎn)化為雨水降至地面。地面24 h累積降水量超過50 mm，達到暴雨級別。

分析不穩(wěn)定能量和位溫可知，地面產(chǎn)生強降水的最終原因是不穩(wěn)定能量的釋放改變了云中的氣流場和含水量場。

3 結(jié)論

積層混合云是一種混合型降水云，也是貴州省的一種主要降水云。積層混合云有獨特的動力、熱力結(jié)構(gòu)和降水特點。深入探討西南山區(qū)積層混合云的形成原因及降水發(fā)展的動力和微物理機制不僅有利于提高對該類型降水的預(yù)報預(yù)測水平，也能為人工影響天氣工作提供理論支持。本文通過對2005年5月28—29日貴州地區(qū)的一次積層混合云降水過程進行觀測分析和模擬研究，得到如下結(jié)論:

1)對流云并合擴展層化形成積層混合云系，主要經(jīng)歷三個典型的并合階段。在云并合過程中，前方對流單體(中心)依次發(fā)展成熟被衰減，而后方對流單體(中心)依次發(fā)展成熟被并合進入云(團)。由對流云并合擴展層化形成的積層混合云中，層狀云是由對流云演變而來的。云系內(nèi)對流云特征仍然相當(dāng)明顯，對流云是通過周圍的層狀云連接的。

2)云并合過程中，云體回波強度增強，上升氣流速度增大，含水量增多，尤其是在并合的第二階段，回波增大10～15 dBz，云中上升氣流速度達到20 m/s，最大含水量也從原來的1 g/kg變?yōu)榇笥? g/kg。

3)積層混合云產(chǎn)生的降水范圍很大，降水分布不均勻，雨區(qū)中存在的強降水中心對應(yīng)著云系內(nèi)對流中心的位置和移動路徑。云系的層云區(qū)地面累積降水量小于10 mm，但有單體嵌入的區(qū)域降水強度大，累積降水量最大值超過50 mm。

4)積云單體在合并過程中位溫隨高度波動劇烈，CAPE達1 000 J/kg，比云系形成后的CAPE大一個量級。位溫的波動變化配合高的CAPE非常容易觸發(fā)對流從而加速氣流的上升運動，為積層混合云發(fā)展提供動力因子和水汽來源。因此，地面產(chǎn)生強降水的最終原因是不穩(wěn)定能量改變了云中的氣流場和含水量場。

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