华南暖区暴雨统计特征和数值预报能力研究

Warm-sector heavy rainfall (WHR) in Southern China pre-rainy season, characterized by its strong convection and high impact, remains an operational challenge. Due to the limitation in observing strategy, previous research was mainly focus on case studies of synoptic-scale characteristics associated with WHR, our understandings of its fine features and forecasting skill are rather mited. Based on recent observation data from automatic weather station, Doppler weather radar, meteorological sounding, objective analysis as well as scientific experiments, it is proposed (1) to systematically study spatial distribution, diurnal variation and fine features associated with the formation and development of WHR and examine the impact of boundary-layer circulation over complex terrain on WHR, (2) to comprehensively evaluate numerical weather prediction capability of WHR. This project aims to deepen our systematic understandings of WHR over South China and provide scientific basis for evaluating and improving regional numerical weather prediction models.

华南前汛期暖区暴雨对流强、影响大，一直是业务预报的重点和难点，数值预报模式对其预报能力严重不足。限于观测资料限制，以往华南前汛期暖区暴雨的研究大多以个例的天气尺度特征分析为主，而对暖区暴雨的基础特征和预报性能的规律性认识十分有限。本项目拟利用华南区域近十年大力发展的稠密自动气象站和多普勒天气雷达配合气象探空、客观分析和科学试验等观测资料，系统地研究华南暖区暴雨的空间分布、日变化和发生发展的基础特征，考察海岸带地形背景下边界层环流特征及其对暖区暴雨基础特征的影响；在此基础上，对高分辨率数值模拟和业务模式的暖区暴雨预报能力进行综合评估，分析探讨数值天气预报模式对暖区暴雨基础特征的模拟和预报能力。通过上述两方面研究，以期加深对华南暖区暴雨的系统性认识，为区域数值预报模式评估改进提供科学依据。

华南前汛期暖区暴雨突发性强、雨量很大、致灾严重。由于缺乏“锋面、切变、低涡、冷空气”等经典天气尺度强迫着眼点和观测资料限制，其预报难度很大，有时甚至事后都难以解释。以往研究以个例和天气分析为主，人们对该类暖区暴雨的基础特征和预报能力的系统性认识仍十分有限。本项目利用华南区域近年大力发展的气象观测资料，首次较系统地研究华南暖区暴雨的时空特征，考察了海岸带地形背景下海陆边界层环流的综合影响，并分析探讨了数值预报模式对暖区暴雨的模拟和预报能力。研究主要有以下四点发现：.（1）较之锋面暴雨具有随锋面南传的移动性和中心在相对内陆地区，弱天气强迫背景下暖区暴雨往往发生在沿海地区，降水常具有空间持续性。两类暴雨中心均主要发生在海陆交界及山地的西南气流迎风坡一侧。.（2）相对于锋面暴雨在前汛期各月发生频次较均匀，暖区暴雨则随着南海季风的爆发，其频次在4-6月逐月显著增加。日变化方面，暖区暴雨降水峰值往往在清晨到上午，这与海上季风边界层急流夜间加强以及陆风夜间加强共同导致在海岸地区辐合抬升密切相关；而锋面暴雨则峰值在午后，与白天陆地加热和东南传的降水系统有关。.（3）暖区暴雨的发生与华南近海低空急流关系密切，且低空急流的垂直中心高度较低（925hPa附近）。复杂海岸带地形背景下，大尺度海陆效应相关的季风边界层急流和局地海陆效应相关海陆风共同作用，产生的边界层环流对暖区暴雨的发生发展具有重要作用。.（4）相对于锋面雨带，业务数值模式往往难以有效预报暖区暴雨的发生。对暖区暴雨的总体偏差，与模式对西南气流预报总体偏强和偏北，造成对流无法在海岸带辐合发展有关。集合敏感性试验表明，夜间海上低空急流加强和山区降温（陆风）预报能力不足，是制约暖区暴雨预报的两个敏感误差来源。在针对性的预报偏差/误差分析基础上，构建科学的风暴尺度集合预报系统是未来提升暖区暴雨预报能力一个重要方向。