江淮地区暖季夜发中尺度对流系统的触发机制

Nocturnal convection is the mainly contributor of nocturnal torrential rain in China. Due to the lack of observation above stable boundary level at night, the initiation of nocturnal convection is a difficult and important research area in modern atmospheric science. The Yangtze-Huai River Valley of China keeps the highest number of MCS (mesoscale convective system) in warm season China. There were two peaks of the diurnal variation of MCS in this area. One is in afternoon and the other is in early morning. However, mesoscale numerical model can only simulate the afternoon peak in this area. Furthermore, the forecast TS score from Chinese Meteorological Center show worse performance of nocturnal convection than daytime for recent years. The understanding of initiation mechanism of nocturnal convection is limited. This project will focus on the nocturnal convection of Yangtze-Huai River Valley of China in warm season and try to give more description of physical mechanism about its initiation. Doppler radar observation data and intensive surface meteorological data from CMA and FINCAST (Fine-Scale Analysis and Nowcast System, whose formal is VDRAS system) from NCAR will be used in the project. The output with high spatial resolution from FINCAST will provide detail story about the initiation of nocturnal convection, and can be used to do statistical analysis from dynamic and thermodynamic view. This research will provide theoretical clue for people to improve the forecast skill of nocturnal convection in Yangtze-Huai River Valley of China. Hopefully, the result of this project could shed some light on the design of further field campaign project in this area in the future.

夜发中尺度对流系统（MCS）是夜间暴雨的主要贡献者，其中尺度触发机制是当前国际大气科学领域的前沿研究问题。江淮地区是我国暖季MCS的高发区，其发生频率的日变化呈现明显的双峰特征(午后和凌晨)，而现有的中尺度模式不能模拟出凌晨的峰值，中央气象台近年对夜发对流的预报水平也有限，其原因是人们对其触发机制还不甚了解。项目以江淮地区暖季夜发对流的触发机制为研究对象，具有重要的科学和实际应用价值。项目将利用美国国家大气研究中心开发的FINECAST（Fine-Scale Analysis and Nowcast System，前身VDRAS）来将加密地面观测、多普勒雷达资料通过变分同化分析与模式数据融合，得到高分辨率的中小尺度分析场，对江淮地区的暖季夜发对流触发中尺度特征进行普查，综合天气学和动力学方法揭示夜发对流的中尺度动力触发机制，为提高该区域夜发对流的预报技术提供理论依据。

夜发中尺度对流系统是夜间暴雨的主要贡献者，其触发机制是当前国际大气科学领域的前沿研究问题。江淮地区是我国暖季对流的高发区，其发生频率的日变化呈现明显的双峰特征(午后和凌晨)，而现有的中尺度模式不能模拟出凌晨的峰值，中央气象台对夜发对流的预报水平也有限，其原因是人们对其触发机制还不甚了解。项目以江淮地区暖季夜发对流的触发机制为研究对象，具有重要的科学和实际应用价值。项目利用美国国家大气研究中心开发的FINECAST（Fine-Scale Analysis and Nowcast System，前身VDRAS）来将加密地面观测、多普勒雷达资料通过变分同化分析与模式数据融合，得到1-3km高分辨率的分析场，对2016-2021年江淮地区的6个梅雨季对流触发环境特征进行普查，共发现86,099个对流触发事件，这些事件的时空分布受大尺度环流形势及其与地形的相互作用影响。综合天气学和动力学方法揭示了两类不同的对流触发环境：日间午后对流触发事件主要发生在山脉附近具有较高的最大有效位能和弱垂直风切变（0-3km），但是夜发对流事件主要发生在平原，具有强的垂直风切变和较低的最大有效位能。在大样本统计的基础上，也选取了2个夜发对流触发的个例，一个发生在夜间平原地区，一个发生在傍晚山脉附近，用定量动力学分析方法，诠释了其完全不同的触发机制。夜间平原地区的对流触发属于高架对流，白天上游发生对流的残留涡旋下传，在边界层之上加强的水平气压梯度导致强的水平辐合激发对流触发；傍晚山脉附近的对流触发个例，受日间山谷风的崩溃后下坡风迅速加强与大尺度西南风发生强的水平辐合，激发对流。这些结果揭示了梅雨锋面附近对流触发的大样本统计规律，但同时每个对流的触发机制具有多样性。这些发现为提高梅雨季节江淮地区对流的预报技术提供理论依据。