夏季青藏高原大气热源三维结构与切变线系统相互作用研究

Interaction between 3-D Atmospheric Heating Source and Shear Line System over Tibetan Plateau during Boreal Summer.The atmosphere over Tibetan plateau (TP) with the unique thermodynamic characteristic has an important role on regulating the local and remote climate and weather. The Plateau Shear Line (shorten as PSL) is one of the synoptic member affecting the cloud and heavy rainfall processes. Therefore, to reveal the inherent interaction between the 3-D heating source and the PSL system, and its related cloud and heavy rainfall processes over TP is conducive to improving the extreme weather forecast skill. On the basis of data analysis, dynamic, theoretical, and numerical modeling，this project intends 1）to reveal the impact of the 3-D structure of the atmospheric heating source on the PSL; 2）to discuss the feedback of the physical process between the cloud precipitation - heavy rainfall processes and atmospheric heating source. We will show the 3-D structure of the atmospheric heating source and its impact on the PSL,reveal the factors related to the atmospheric baroclinicity and instability, and finally present a clear physical explanation of the interactions between atmospheric heating source and the PSL system.

高原切变线是青藏高原（简称高原）特有的天气系统，是影响云降水—暴雨的主要天气尺度系统，因此研究高原大气热源与高原切变线系统（高原切变线和云降水—暴雨过程）的相互作用，对于理解高原地—气耦合背景下，高原切变线产生、发展和维持机制，提高云降水—暴雨天气预报能力，具有重要科学意义和预报价值。本项目利用多源观测资料和再分析资料，采用统计分析、动力诊断和数值模拟相结合，从动力学和热力学角度，探讨物理机制的研究方法，重点研究（1）高原大气热源三维结构对高原切变线结构和演变的影响，（2）云降水—暴雨过程与大气热源的互反馈对高原切变线维持发展的影响。给出高原大气热源三维结构及其对高原切变线结构的影响作用，揭示大气斜压性和不稳定性对高原切变线系统的影响作用，揭示云降水—暴雨过程产生的潜热与大气热源的互反馈过程对高原切变线维持发展的机理，试图建立高原大气热源、高原切变线和云降水—暴雨相互作用的物理概念图像。

夏季青藏高原上的天气系统和对流云通常会在合适的环流背景，造成高原及其下游地区暴雨、强对流等灾害性天气。高原切变线是高原特殊地形条件下形成的典型天气系统，是引发夏季高原及其临近地区降水的主要影响天气系统之一。.本项目研究了高原大气热源三维结构对高原切变线结构和演变的影响，以及云降水—暴雨过程与大气热源的互反馈对高原切变线维持发展的影响。.研究表明，夏半年高原横切变线可横贯整个高原，水平尺度可达2000km，以6月份出现频数最多，年均日数为65.3天，具有准4年周期特征，高原横切变线暴雨日数1981-2016年呈弱下降趋势，7-8月近60%高原横切变线能够引起暴雨，超过40%的高原暴雨是由高原切变线造成的。高原竖切变线主要高原东部的陡坡地区，以7月出现频数最多，年均日数为42.2天，具有4-6年的周期特征，竖切变线暴雨日数呈弱下降趋势，夏半年，近56%的竖切变线给高原东侧带来暴雨，高原东侧暴雨有40%是由高原竖切变线引发。可见，高原切变线是高原地区暴雨的重要影响天气系统。.高原横切变线垂直方向可伸展至480hPa高度、厚度可达近2km，随高度北倾，为浅薄的斜压性天气系统，其生命史近4天。高原横切变线附近正涡度带可伸展到350hPa，上升运动可至200hPa，其南侧具有明显高温高湿特征。高原大气非绝热加热对高原横切变线发生发展具有重要意义，高原横切变线附近的大气非绝热加热大值中心位于500—400hPa之间，温度和湿度的垂直输送过程对高原横切变线发展起决定性作用。当高低空高位涡区上下打通，形成位涡柱，有利于高原切变线发展；非绝热加热的垂直非均匀分布在高原切变线的演变过程中起到了关键的作用。.该项目研究成果完善了对夏季高原切变线以及大气热源对其影响的认识，为实际天气预报业务提供理论支撑，有助于提高夏季高原暴雨预报的准确性，具有实际应用价值。