北京暖区局地暴雨的形成机理及其数值预报效果的改进研究

The sudden rainstorms initiating in warm sector in Beijing has been one of the difficult challenges faced by forecasters, meanwhile the forecasting capability of numerical model for such rainstorm is very low. The serious misses of rainstorms bring about an urgent scientific and operational problem. Therefore, this project will explore the formation mechanism of warm sector rainstorms in Beijing, and then improve forecasting capability of numerical model. Two typical categories of warm vector rainstorms will be studied mainly. The first is warm vector rainstorms in front of the cold front. The problem is that forecasters and numerical models can forecast the frontal precipitation and cannot forecast the prefrontal precipitation in warm vector. So, the structural characteristics of the front, mesoscale forcing mechanisms, and its reasonable descriptions in numerical model will be focused on. The second is not associated by front. The problem is that forecasters and numerical models usually cannot find the trigger mechanism or precursors of the sudden rainstorms. So the characteristics of the warm and humid air mass，the features of boundary layer, the trigger mechanism, and correctly describing the initial field of model will be paid more attention.

北京突发性暖区局地暴雨一直是预报员面临的艰难挑战之一，加之数值模式对此类暴雨的预报能力也很低，常常带来严重的暴雨漏报，因此是一个当前迫切需要解决的科学和业务难题。本项目将探索北京暖区局地暴雨的形成机理，并在此基础上对数值模式的预报能力开展改进研究，深化华北地区暖区暴雨研究。 主要对两类典型个例进行研究，一类是锋前暖区局地暴雨，难题是：通常预报员和数值模式都能预报出锋面过境时的降水过程，而不能报出锋前暖区局地暴雨。重点进行锋面结构特征分析,探索锋前暖区暴雨的中尺度强迫机制及其在数值模式中的正确描述。 一类是无锋面活动的暖区局地暴雨,难题是:通常预报员和数值模式都不能发现局地暴雨的触发机制,使得对暴雨的前兆几乎没有察觉，暴雨"突发性"显著。重点研究暖区气团的温湿特性、边界层特征以及局地暴雨的触发机制，探索模式初始场针对触发机制的正确描述。

突发性暖区局地暴雨一直是预报员面临的艰难挑战之一，加之数值模式对此类暴雨的预报能力也很低，常常带来严重的暴雨漏报，因此是一个当前迫切需要解决的科学和业务难题。本项目将探索北京暖区局地暴雨的形成机理，并在此基础上对数值模式的预报能力开展改进研究，深化华北地区暖区暴雨研究。. 主要对两类典型个例进行研究，一类是锋前暖区局地暴雨，难题是：通常预报员和数值模式都能预报出锋面过境时的降水过程，而不能报出锋前暖区局地暴雨。重点探索锋前暖区暴雨的中尺度强迫机制及其在数值模式中的正确描述。一类是无锋面活动的暖区局地暴雨,难题是:通常预报员和数值模式都不能发现局地暴雨的触发机制,使得对暴雨的前兆几乎没有察觉，暴雨“突发性”显著。重点研究暖区气团的温湿特性、边界层特征等，探索模式初始场针对触发机制的正确描述。. 初步弄清北京暖区局地暴雨的形成机理。暖区突发局地暴雨分为锋前暖区暴雨和无锋面暖区暴雨两类，二者在形成机制和预报关键难点上显著不同，但均能造成极端降水事件并形成灾害。提炼出两个锋前暖区暴雨和无锋面暖区暴雨的形成机制的概念模型，揭示暖区暴雨过程中强降水超级单体和列车效应的发生机制。 锋前暖区暴雨的数值预报关键难点问题，是暖区暴雨的数值预报（模拟）中，难以对锋面的结构特征进行合理的模拟，进而影响到锋前暖区暴雨和锋面过境暴雨的预报，这与模式的云微物理方案有重要关系。无锋面暖区暴雨的数值预报难点，在于无锋面暖区暴雨发生在弱天气背景下，其雷暴的触发机制比较敏感和具有不确定性。技术改进实验表明，陡峭地形的加密地面自动站的资料同化，对山区午后雷暴的初生预报具有十分重要的意义和作用；改进城市陆面同化模块，可以有效改善城市热岛和城市平原与山地的环流相互作用的预报，从而改进数值效果等。. 两种类型暖区暴雨的明确区分和研究，对暖区暴雨研究和天气学研究具有重要的基础科学意义。