环青海湖地区复杂地形和非均匀下垫面对强对流天气边界层结构的影响

The boundary layer structure of severe convective weather, such as thunderstorm wind, hail, and squall line, has always been key research topic for meteorologists. Because the region around Qinghai Lake is full of terrain and heterogeneous underlying surface, the complex energy and water transfer process between surface layer and boundary layer has an important impact on the thermodynamic, dynamical and water vapor structure in the boundary layer of severe convective weather. We will use station observation data, remote sensing data, Doppler radar data，an employ the Weather Research and Forecasting Model (WRF) model to understand the mechanism how terrain and heterogeneous vegetation types contribute to severe convective weather. Two objects of proposed project are planning to explore: 1) the regional boundary layer structure of severe convective weather; 2) determine the impact of complex terrain and heterogeneous underlying surface on the thermodynamic, dynamical and water vapor structure in the boundary layer of severe convective weather. The proposed project will allow for a better understanding of the mechanism how complex terrain and heterogeneous underlying surface affect severe convective weather over the region around Qinghai. And it will provide scientific foundation of predicting severe convective weather.

雷暴大风、冰雹、飑线等强对流天气的边界层结构都是气象学家们的重点研究内容。环青海湖地区地形起伏较大，下垫面非均匀性较强，导致近地面与边界层之间能量和水分交换过程复杂，这对强对流天气发生和发展过程中边界层的热力、动力和水汽结构有重要的影响。为了进一步明确复杂地形和非均匀下垫面对强对流天气边界层结构的影响，本项目拟用环青海湖地区常规气象观测数据、遥感数据以及多普勒雷达观测数据，结合WRF模式的数值模拟，重点研究以下两个内容：1）环青海湖地区强对流天气的边界层结构特征；2）复杂地形和非均匀下垫面对强对流天气边界层热力、动力和水汽结构的影响。通过以上研究，增进对环青海湖地区复杂地形和非均匀下垫面对强对流天气贡献的认识，并为强对流灾害性天气的预报提供一定的科学依据。

首先，本项目基于2013年夏季气象台站的观测资料，统计分析了环青海湖地区降水的特征。结果表明，夏季该地区强对流天气过程主要为雷暴过程，短时暴雨和冰雹较少。其中，刚察气象站的降水过程雷暴占比最高，达到48%；其次，利用台站资料和中国气象局CMORPH卫星地面自动站融合降水数据，选取两次强对流天气过程：2013年8月6日和2013年8月21日，分别进行控制性试验（20组）、无地形敏感性试验（20组）、无湖泊敏感性试验（20组）和同时无地形无湖泊敏感性试验（20组）。结果表明，不同天气背景下，地形和湖泊对降水的贡献率大不相同，但总体而言，针对强对流天气过程，地形的动力抬升作用要大于湖泊的热力和水汽源地作用。定量分析模拟结果发现，对于2013年8月6日和2013年8月21日的强对流天气过程，较控制性试验而言，去除湖泊后，湖泊会分别减少降水6%和增加降水14%；去除环青海湖地区高于3200m地形后，降水减少16%和76%；同时去除湖泊和湖泊后，降水会减少17%和80%。对比控制性试验，敏感性试验的位温廓线和水汽廓线的时空分布特征变化幅度较小，而垂直速度廓线的强度以及分布特征受到影响较大，直接调控了降水强度以及降水持续时间长短。另分析发现，青海湖局地降水年代际变化的自然变率主要受欧亚大陆波列、北太平洋涛动指数（NP），太平洋年代际振荡指数（PDO）的调控。