华南前汛期降水的可预报性研究

The presummer rainy season in South China is the first rainy season to occur in China. The frequent heavy rainfalls usually result in catastrophic consequences such as sudden floods or persistent floods, which in turn causes the flooding of rivers and lakes, urban waterlogging, landslides and flash floods, leading to considerable damage to human society and natural environment. Hence, it is of vital importance to understand and accurately predict these heavy rainfall events. However, the influence of the complex underlying surface (e.g., topography, land-sea boundary, cities) on the triggering and development of convection, the microphysical process and its feedback, the characteristics of the rainstorm system itself, directly affects the predictability of the presummer rainfall over South China, the prediction of which is important and difficult for the operational forecast center. To systematically study the mechanism and predictability of the presummer rainfall over South China, this project utilizes the climatological initial and boundary conditions to perform high-resolution numerical simulations of the presummer rainfall over South China. By designing sensitivity experiment and conducting ensemble forecast, the practical and intrinsic predictability are discussed, including the error source and forecast limits, aiming to offer a theoretical reference for improving the ability of the numerical prediction on the presummer rainfall over South China.

华南前汛期是每年在我国最早开始的雨季，期间频发的暴雨常导致突发性洪水或持续性洪涝灾害，进而造成江河湖泊泛滥，城市内涝，山区诱发泥石流、山洪等地质灾害，给当地的经济建设、人民的生命财产及自然环境造成巨大的威胁和损失。准确的预报华南暴雨对防灾减灾尤为重要。然而，对流触发及发展过程中华南地区复杂的下垫面（地形、海陆分界、城市）、云降水微物理过程及其反馈作用以及暴雨系统本身的特征都直接影响暴雨的可预报性，目前对华南前汛期降水的预报是气象业务的难点和重点。为了系统地研究华南前汛期降水的发生发展机理和可预报性，本项目拟利用气候态的初边界条件对华南前汛期降水进行高分辨率的数值模拟，通过敏感性试验和集合预报等方法考察华南前汛期降水预报的误差来源和预报能力的极限，以讨论华南前汛期降水的实际可预报性和本性可预报性，对改进华南前汛期降水预报能力提供理论参考依据。

华南前汛期是每年在我国最早开始的雨季，期间频发的暴雨常导致突发性洪水或持续性洪涝灾害，进而造成江河湖泊泛滥、城市内涝、山区诱发泥石流、山洪等地质灾害，给当地的经济建设、人民的生命财产及自然环境造成巨大的威胁和损失。然而目前对华南前汛期降水的预报是气象业务的难点和重点。本项目遵循从“统计规律”到“典型个例分析”的路线，通过集合预报及敏感性试验，考察环境场、海陆边界、地形等影响华南降水预报的机理，深入探讨了华南降水的实际可预报性问题，主要研究内容和结果如下：（1）起报时间影响华南前汛期降水的预报能力及其关键因子。研究表明，从季节尺度来说，模拟的雨带位置受到模拟的夜间向岸气流的显著影响，较短（12小时）起报时间的预报对近海和海岸边界层气流强度的模拟优于较长（36小时）起报时间的预报，表现为较好地模拟了雨带位置和降水强度。另外，即使是较短起报时间的预报也低估了城市表面的夜间气温，可能导致上岸气流较弱，从而对模拟的降雨偏弱有一定贡献。研究结果不仅证实海岸夜雨的强度和位置受到南海北部边界层气流强度的显著影响，而且指出群山环绕的珠三角城市群的热力状况可能也是其影响因子之一。（2）考察不同边界层参数化方案重现华南前汛期降水及其环境场的能力。研究结果表明，可能没有一种“万能”的边界层参数化方案能够预报好所有的物理量。如BouLac方案预报关键区的季节平均降水分布与观测最接近，然而明显高估午后降水和地面温度；MYNN对午后降水峰值把握较为准确，但对夜间至清晨的降水有轻微低估；TEMF则由于过度预报温度和湿度，使得预报过程中产生虚假对流。以上结果说明，选择参数化时需要根据所关心的问题进行选择。（3）研究华南对流触发的特征、对流发展的热动力过程，发现对流触发的高值区出现在海岸带，触发后双低空急流及复杂城市下垫面均对强降水的发展起到重要作用。以上研究加深了对华南降水的发生发展机理及可预报性的认识。