梅雨期持续性暴雨过程中尺度系统频发机理的研究

This project continues to study persistent heavy-rainfall processes during Meiyu periods. The observational data analyses, high-resolution numerical simulation combined with theoretical research will be employed to further research on multi-scale features, diurnal variations, high-frequency occurrence of vortices and convective systems in the different types of persistent heavy rainfall process during Meiyu period. Firstly, the abnormal circulations and multi-scale systems in the different types of persistent heavy rainfall processes (after 1980) during Meiyu season will be revealed. The processes will be classified into several types according to the general circulations and embedded mesoscale systems. The diurnal variations of convections and precipitation among different persistent heavy rainfall process are revealed by using the satellite, radar data and surface precipitation. Secondly, on the base of diagnosis on general characteristics of different persistent heavy rainfall processes and some typical events, high-resolution numerical simulation will be designed to reveal the possible impacts of the background circulations and other synoptic disturbances on the convections and vortices along Meiyu front. The impacts of Meiyu front forcing on the diurnal variation, the possible impacts of Meiyu front and local circulation on the mesoscale convections and vortices. The mechanisms will be studied by using theoretical methods, such as, PV inversion, budget of eddy kinetic energy and Exergy. Finally, based on above-mentioned results, a schematic model related to multi-scale characteristics of persistent heavy rainfall during Meiyu period, the physical mechanisms of Meiyu front and local circulations on the diurnal variations, and mesoscale convective systems, vortices will be proposed.

采用观测资料分析、高分辨数值模拟和动力学理论研究相结合的方法对不同类型梅雨期持续性暴雨过程中的多尺度特征、日变化、中尺度系统的频发机理进行研究。首先，采用观测资料分析梅雨期持续性暴雨个例（1980年以后）不同尺度影响系统的配置和差异，根据影响系统和可能机理进行分类，并采用雷达、卫星和降雨资料研究不同类型过程中对流和降雨活动的日变化特征。再针对不同类型的个例，利用半理想和真实个例的数值模拟结果，研究不同类型过程中对流和降雨活动日变化特征的差别和形成这种差别的不同环流背景特征以及局地环流的影响；然后，利用各种动力学理论方法(位涡反演、涡动动能收支、Exergy能量收支等)定量研究梅雨锋对日变化和梅雨锋、局地环流对中尺度对流系统、涡旋的影响及机理。在以上研究的基础上，给出我国不同类型梅雨锋持续性暴雨过程的多尺度配置特征，梅雨锋、局地环流对降雨日变化、涡旋、中尺度对流系统的影响机理。

本项目主要针对1981-2014年江淮流域持续5天以上的大范围持续暴雨事件（PHREs）中的多尺度特征及其中尺度系统频发机理开展研究。主要包括梅雨期持续性暴雨过程的挑选、分类和多尺度特征、不同类型持续性暴雨过程的日变化及其对涡旋和对流的影响、不同类型持续性暴雨过程天气尺度扰动和局地环流对中尺度系统的影响等三方面的研究。主要的研究成果如下：从欧亚大陆Rossby波列能量频散的角度揭示了江淮流域PHREs中纬度系统槽脊稳定的机制，定量分析了冷暖空气的源地和输送路径，提出了江南型和江北型PHREs的多尺度物理模型。从天气尺度和次天气尺度之间的能量转换角度呈现了不同尺度系统相互作用的物理图像，指出背景场的能量供给是直接触发暴雨的次天气尺度系统维持的最重要因子，尤其是在对流层的低层，动能的降尺度级串最强。青藏高原东部对流系统东移影响江淮流域的降水是一系列天气系统配合和活跃的结果，主要包括青藏高原和四川盆地、二级地形和东部平原之间的热力环流、西南涡、二级地形以东中尺度涡旋和对流系统的共同影响。此外，基于江淮流域持续性暴雨过程的挑选标准，挑选出了1981-2014年华南PHREs并进行了分水汽源地、输送路径以及暖区暴雨过程等进行了研究，提出了华南地区持续性强降水过程的天气尺度模型。. 本项目在张顺利等（2002）提出的我国江淮流域持续性暴雨的天气学模型基础上，分类建立了江南型和江北型江淮流域持续性强降雨过程的多尺度物理模型。在此模型中，从欧亚大陆Rossby波列传播的角度揭示了江淮流域持续降雨过程中纬度系统槽脊稳定的机制；从天气尺度和次天气尺度之间的能量转换角度呈现了不同尺度系统相互作用的物理图像；指出藏高原东部对流系统东移影响江淮流域的降水是一系列天气系统配合和活跃的结果，主要包括地形和盆地（或平原）之间的热力环流、西南涡、中尺度涡旋和对流系统的共同影响。本项目共发表论文16篇，其中SCI论文11篇。