华南锋面和季风对流降水系统环境特征及加热结构差异

Using the multi-year data of ECMWF high-reserlution reanalysis data, the frontal and monsoonal convective systems in Southern China are identifided based on the influence of large-scale circulation on precipitation.Comparing the meso-scale environmental characteristics between frontal and Monsoonal convective systems, the differences of typical meso-scale environmental characteristics between them are revealed. Based on the inverted heating profiles from reanalysis data, TRMM PR and TMI as well as sounding data, heating characteristics and their differences of frontal and monsoonal convective systems are exposed and the e differences of heating profiles from the observation and current model are shown. Throung the evluation of meso-scale numerical model on the simulated results of envionmental characteristics and heating profiles from different precipitation convective systems, the possible problems of meso-scale numerical model simulating both precipitation systems are revealed.

利用多年的ECMWF高分辨率再分析资料，基于影响降水的大尺度环流系统区分华南锋面和季风两类降水，对比分析华南锋面和季风两类降水的中尺度环境特征，揭示两类降水对流系统的典型中尺度特征差异；利用再分析资料、TRMM测雨卫星雷达（PR）和微波成像仪（TMI）资料以及探空资料反演的加热廓线，从观测资料揭示不同降水对流系统垂直加热廓线的特征及差异并给出目前模式模拟加热廓线的水平，归纳总结出锋面和季风两类不同降水对流系统典型的垂直加热廓线。通过中尺度模式对两类不同类型降水对流系统环境特征和加热廓线模拟效果的评估，揭示目前中尺度模式对两类降水模拟可能存在的问题.

研究背景：由于华南暴雨既受西风带系统影响，又受热带地区天气系统影响，暴雨往往是在这些中低纬不同尺度系统相互作用下由频繁活动的中尺度对流系统造成，且受华南地区复杂地形、海陆界面差异等因素的影响，暴雨预报还存在相当的难度。至今，人们对这些直接带来暴雨的中尺度对流系统形成发展过程仍不够深入，而且目前中尺度模式还难于对降水对流系统的活动进行显示预报，这涉及到了如何改进模式降水物理过程等问题。因此，针对华南地区暴雨的这种特点，对锋面和季风两类不同降水对流系统开展更加有针对性的对比研究，这无疑对深入理解这些不同类型降水对流系统的形成发展过程很有帮助，对模式降水预报技术改进来说也是一项很重要的基础性研究工作。.研究内容: 从各个方面的技术方案改进和提高GRAPES模式降水预报；利用ECMWF高分辨的资料选取典型的季风和锋面降水个例，从环境场配置、动力热力结构、水汽输送等方面对比了影响两类降水的大尺度环境，并基于云图和雷达及地面资料探讨了两类降水的中尺度特征及结构；利用雷达资料反演典型降水个例的潜热加热，分析了两类降水的潜热加热垂直结构的差异；利用GRAPES-3km模式，对两类降水的影响系统及降水和潜热进行模拟评估。. 重要结果及科学意义：模式初始场中云参数、对流参数化方案的改进以及耦合城市冠层模式等方面的研究能有效提高模式降水的临近预报、强降水中心和落区的预报；季风降水主要受边界层内辐合及高温高湿影响，中尺度雨团沿海岸线向东移动，潜热加热中心位于5-6km，锋面降水受低层锋面系统影响，低层辐合，水汽输送深厚，斜压结构明显，中尺度雨团在一条西南-东北走向的雨带上不断向东南方向合并发展，潜热加热中心有两个，分别位于1-2km和6-7km；模式对季风降水模拟效果较差，可能是模式预报的南风偏强及特殊地形的影响，对锋面降水强度预报偏弱，可能是微物理参数化方案引起。这些研究结果不但使人们充分了解华南这两类降水的本质差异，而且对提高模式对华南降水预报性能有很大帮助。