华北平原地区Beta中尺度暴雨系统形成机理及其结构特征研究

本项目抓住直接造成华北平原地区Beta中尺度暴雨系统进行其形成机理及结构特征研究。利用各种加密资料和雷达、卫星等遥感资料来诊断分析华北平原地区Beta中尺度暴雨系统的基本形态特征，并利用可实现高分辨的中尺度数值模式来精细模拟系统的结构。通过研究冷干侵入，温、压场不匹配引起的不稳定，来深入揭示Beta中尺度暴雨系统的形成机理。从动力、模拟及诊断的角度，来研究水汽短时集中的机制，并寻找描述Beta中尺度暴雨系统空气质点运动轨迹的新的物理不变量，力求真实客观揭示华北暴雨的形成过程，为提高华北暴雨的预报水平奠定坚实的理论基础，并提供科学的预报新思路。可见本项目的研究，将对提高华北平原地区暴雨的预报、预警、防汛，保障该地区人民生命财产安全都具有极其重要的现实意义和科学价值，也恰是华北平原地区减少暴雨灾害和合理利用水资源的迫切需求。

经过3年的研究，已完成项目申请书中的研究任务，达到了研究目标。研究成果主要有3个方面：一是通过对北京“7.21”暴雨、2005年7月华北暴雨以及近年来7 次典型的渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程的模拟，发现华北平原地区的Beta中尺度暴雨系统结构，其结构特点是中低层有涡旋，并有高低空急流配合。水汽来源主要是副高边缘的西南气流输送，而不是西南季风气流输送，并通过局地垂直运动把水汽从低层输送到高层。二是揭示了Beta中尺度暴雨系统形成的机理：中高层明显有干冷空气侵入，干侵入存在于600-300hPa之间,且在高层超前于低层。降水及干侵入因素使中低空急流加强，相应的在高空出流处产生高层风速大值区（高空急流），急流和暴雨系统之间通过次级环流存在着正反馈的相互作用，促进了Beta中尺度暴雨系统的形成。三是研究得到可以描述中尺度暴雨系统中空气质点运动的新的不变量，叫Ertel-Rossby 不变量。它包括了动能势，以及重力波的作用。