非地转过程中平流过程与调整适应过程的分解分析方法及其在梅雨锋暴雨系统发展演变中的应用研究

Based on the technology of wind partitioning within a limited region, this project trys to extend the splitting method of geostrophic evolution and adjustment process in global region to the splitting method of ageostrophic evolution and adjustment process in a limited region when considering the boundary contidions and effect of gravity inertia wave. This method uses a new ageostrophic concept instead of the traditional ageostrophic wind, namely, the pressure gradient force is separated into the geostrophic and ageostrophic parts,the ageostrophic part can directly accelerate the atmospheric motion, and it is a major forcing source for the motion of large and mesoscale synoptic systems.In detail, the atmospheric motion is decomposed into advection process and adjustment process. The advection process always causes ageostrophic motion in synoptic systems, and the geostrophic adjustment and adaptation process makes it adapt to geostrophic state.The interaction between the two processes could be used to discuss clearly the destruction and recovery of balance in synoptic systems, and can reveal the variation mechanism of weather systems, which is favorable to understanding the dynamical mechanism of severe synoptic process. To illustrate usefulness and significance of this method, ageostrophic splitting of evolution and adjustment process for Meiyu front and vortex in Yangtze River and Huaihe River Valley is to carry out based on comprehensive data of observation, reanalysis data and mesoscale model simulation. Combining the interaction of advection and adjustment progress in Meiyu front rainfall with thermal and dynamical analysis, it is expected to promote our knowledge on dynamics process of Meiyu front rainstorms, which in turn contribute to advances in research and forecast of Meiyu Front rainstorm in Yangtze River and Huaihe River Valley.

基于有限区域风场分解技术，考虑边界和重力惯性波的影响，将全球区域准地转框架下的地转演变与调整适应分解分析方法发展为有限区域非地转过程的演变与调整适应的分解分析方法。即：把大气运动分解为平流过程和地转调整过程，其中平流过程导致系统出现非平衡，地转调整则使系统向地转平衡适应，这两部分之间的相互作用能较好诊断天气系统内部平衡状态的破坏和平衡恢复的调整过程，可较清楚地揭示天气系统发展演变的动力机理，提升对变化剧烈的天气系统发展演变机制的认识。以常造成我国江淮流域暴雨灾害的梅雨锋及其上低涡系统为例，基于融合了观测资料、分析资料和数值模拟的连续演变的气象场信息，利用有限区域非地转的平流与调整适应的分解分析方法，研究梅雨锋暴雨系统发展演变中平流过程及调整适应过程的相互作用，结合梅雨锋锋面和低涡发展热力动力条件的分析，可深化对梅雨锋暴雨过程动力机理的认识，对推进江淮流域梅雨降水过程的研究及预报有重要意义。

基于有限区域风场分解理论及计算，考虑边界和重力惯性波的影响，将全球区域准地转框架下的地转演变与调整适应分解分析方法发展到有限区域非地转过程的演变与调整适应的分解分析方法。即：把大气运动分解为平流过程和地转调整过程，其中平流过程导致系统出现非平衡，地转调整则使系统向地转平衡适应，这两部分之间的相互作用能较好诊断天气系统内部平衡状态的破坏和平衡恢复的调整过程，可较清楚地揭示天气系统发展演变的动力机理，提升对变化剧烈的天气系统发展演变机制的认识。以造成我国华南、华北及华中地区暴雨灾害严重的2006年登陆热带气旋Bilis暴雨增幅过程、2012年北京“7.21”暴雨及2016年6月30-7月3日的长江中下游梅雨锋暴雨过程为例，基于再分析资料和高分辨的数值模拟得到的连续演变的气象场信息，对暴雨过程常规天气诊断和高分辨数值模拟结果的精细结构分析基础上，利用有限区域风场分解及非地转分解分析理论对几次暴雨过程进行了有限区域非地转的平流与调整适应的分解分析，指出在暴雨增强前期，均存在明显的非地转位势平流的增强，由此强迫出的非地转气压梯度力驱动暴雨区上空维持一致向外的加速运动，由此调整出大气低层到中高层明显加强的非地转垂直运动，配合低空急流输送的水汽及水汽的辐合抬升，造成了后期暴雨的增强。研究结果揭示了前期非地转位势平流异常的区域，一般会有暴雨的增强和维持，这对后期的暴雨落区和强度预报有指示意义，也深化了对暴雨过程动力机理的认识。