梅雨锋暴雨过程中能量多尺度转换机制的研究

Meiyu front, which is the main weather system that influences Jianghuai area in the early summer, has a longer duration. The instant strength of the rainstorm is huge and it always leads to a flood disaster. Meiyu front studies are mainly focused on its climatological aspects, its circulation situation and water vapor transportation. The multi-scale feature of Meiyu front is usually studied with wavelet transform, which can only analyze the structural characteristics of each scale individually, while the energy transfer process between scale subspaces cannot be diagnosed. This project intends to analyze the Meiyu front rainstorm system using the multiscale window transform (MWT) and the MWT-based multiscale energy analysis. The energy transfers between scale subspaces and the buoyancy conversion to rainstorm rainfall will be discussed, in order to provide an energy prediction factor for the forecast and to issue in-advance alarm of Meiyu front rainstorm.

梅雨锋为初夏影响江淮地区的主要天气系统。该系统持续时间较长，暴雨瞬时强度大，常常会造成洪涝灾害。针对梅雨锋暴雨的研究多集中于其气候学特征、环流背景及水汽输运等方面。对于梅雨锋多尺度特征的研究多采用小波变换法，但其往往只能孤立地分析各个尺度的结构特征，并无法有效地诊断各个尺度子空间之间的能量传输过程。本项目拟从梅雨锋暴雨系统的能量学角度入手，利用局地多尺度能量分析方法，对梅雨锋暴雨特征场进行多尺度正交分解，探讨各尺度子空间之间的能量交互传输过程，并研究多尺度能量转换对暴雨雨量的贡献。项目将揭示梅雨锋暴雨系统中多尺度能量交互转换过程，为今后梅雨锋暴雨的预报和预警提供能量学角度的预测因子。

梅雨锋为初夏影响江淮地区的主要天气系统。梅雨锋对流单体较为活跃，常常会造成洪涝灾害。本研究利用多尺度子空间变换（MWT, the multiscale window transform）和局地多尺度能量分析方法研究典型梅雨暴雨的能量传输。利用MWT将WRF模式生成的梅雨锋暴雨相关高分辨率场分解为背景流窗口、中尺度窗口和暴雨窗口。结果表明，平流层低层的斜压不稳定是暴雨及其日变化的主要触发因子。同时，暴雨动能源在其发展的不同阶段有所改变。在浅对流过程中，暴雨窗口本身即为动能源。暴雨窗口通过斜压正则传输将大量的有效位能传输至背景流窗口，并进一步转化为背景流窗口的动能。而在深对流过程中，暴雨动能的主要来源是背景流尺度向暴雨尺度的正压正则传输和斜压正则传输，斜压正则传输在暴雨尺度窗口内进一步转化为动能。总之，基于MWT的多尺度能量学分析为梅雨典型暴雨的日变化和动能来源提供了新的视角。特别是，平流层下部斜压不稳定是暴雨发生的主要触发因素，可作为预报暴雨的有力动力前兆。