粤桂汛期暖区暴雨的触发机理及对比研究

The warm-region heavy rainfall (WHR) show significantly different features in Guangdong and Guangxi provinces. However, very few studies focus on this important scientific question. This project is planned to address this knowledge gap by conducting statistical analysis and objective classification study on the WHR events, determining the triggering mechanisms for different types of WHRs, and comparing the WHRs in Guangdong and Guangxi provinces thoroughly. Firstly, based on the previous definition of a WHR, we plan to apply a detailed statistical study on the WHR events in Guangdong and Guangxi provinces during the flooding seasons (April - September) of 1982-2015 by using hourly station observational data. Secondly, according to the influencing weather systems, surface features, and precipitation intensity, etc., the WHRs in Guangdong and Guangxi provinces will be classified objectively into several subtypes by using the “Self-organizing feature map neural network” method. Based on these objective WHR classifications, composition studies and quantitative diagnoses will be conducted on different WHR types, so as to reveal their circulation feature, three-dimensional structure, diurnal variation, phase propagation, moisture transport/source, baroclinity, energy conversion. These features will be compared in detail to show primary differences between different WHR types. Finally, by using the WRF model, numerical semi-idealized simulations will be set up following the composition of different WHR types. Sensitivity experiments and quantitative diagnoses will be employed to determine the triggering mechanisms of different WHR types. Also, different types of WHR in Guangdong and Guangxi provinces will be compared, so as to propose schematic model of different WHR types.

粤桂两省的暖区暴雨有明显差异，而相关的对比研究却开展很少。本项目拟统计粤桂两省1982-2015年汛期（4-9月）的暖区暴雨个例并进行客观分类，进而开展粤桂两地暖区暴雨的触发机理及对比研究。首先，利用地面观测站逐小时降水资料普查粤桂两省的暴雨过程，并基于前人关于暖区暴雨的标准挑选暖区暴雨个例，结合影响系统、地面特征、降水强度等因子利用“自组织特征映射神经网络”的客观算法对粤桂地区的暖区暴雨进行分类。然后，基于分类对不同类型暖区暴雨进行合成和定量诊断分析，揭示不同类型暖区暴雨的环流特征、三维结构、日变化、传播、水汽输送及源地、斜压性强弱及能量转换等特征，并作对比。最后，基于合成的结果，开展高时空分辨率的中尺度理想实验，对各类暖区暴雨的三维结构特征、演变过程、地形影响、日变化特征和能量过程等进行分析。通过对模拟结果的诊断分析揭示粤桂两省各类暖区暴雨的触发机理，并建立相应的概念模型。

粤桂两省的暖区暴雨有明显差异，而相关的对比研究却开展很少。本项目主要开展了三个方面的研究工作：粤桂汛期暖区暴雨事件的筛选、时空分布特征、分类和环流特征，南方型暖区暴雨的理想模拟和形成机理，以及华南地区对流系统的雷达回波组织类型和发生环境特征。. 根据本研究给出的定量识别标准，筛选出1982-2015年华南暖区暴雨共有177例，暖区暴雨占所有强降水事件的比例为16.86%。大部分暖区暴雨事件发生4-7月。主要分布在以钦州为中心的广西沿海，以龙门为中心的粤北山地，以阳江、恩平为中心的粤南沿海和以汕尾市为中心的粤东南沿海四个区域。暖区暴雨形成的主要天气类型分为四类：切变线型、低涡型、南风型和回流型。其中南风型数量最多，影响较大，切变线型和低涡型频次基本相当，回流型较少。四类暖区暴雨对于两广地区沿海和内陆的影响不同，广东沿海受到四类暖区暴雨影响，且南风型发生次数最多。广东内陆地区南风型和切变线型是两类较为重要的形式，影响广西沿海地区的主要是低涡型暖区暴雨，对于广西内陆地区切变线型暖区暴雨是一类较为重要的形式。. 对华南地区4-9月中尺度对流系统进（MCS）的雷达回波组织形态进行了分类，包括6类线状系统，2类单体类对流系统和非线状对流系统（NL）。发现地形对对流的触发有重要的影响，不同类型的系统所产生的天气现象也有差异。通过个例模拟、半理想模拟和敏感实验，发现广东地区南风型暖区暴雨发生时，对流层低层湿度较大，抬升凝结高度较低，对流有效位能较小，地形和低空急流对于此类暖区暴雨的触发至关重要。地形的动力作用对于南风型暖区暴雨的影响更显著，热力作用影响较小。地形高度对南风型暖区暴雨的落区和移动速度影响不大，对降水中心位置有一定影响。南海北部地区初值湿度场的不确定性可以显著影响广东沿海地区对流的预报。近海对流的发生发展会改变沿海地区的温度梯度、风场辐合等特征，从而影响陆地上中尺度对流系统的触发、强度和移动路径。. 通过以上研究建立粤桂两省各类暖区暴雨的天气学环流特征概念模型和近海湿度初值场和对流影响陆地和海岸对流发展过程的物理模型。项目执行期共发表学术论文13篇，其中SCI论文6篇，培养博士生2名。