我国冰雹频率与强度的变化机制研究

As solid precipitation, hail is a kind of high-impact weather in China and also play an important role in the hydrologic cycle in the world. Because recent observation show an increasing of extreme precipitation events under the global warming, the study of the climatology of hail and its long term trend will help us to understand the change of extreme precipitation. Hail frequency and intensity is poorly known in the past due to the limit of hail observation system in China. This project will provide new insight to hail climatology and its long term trend from 1960 to now, using the historical surface record, satellite observation and simulation with high-resolution mesoscale model. We plan to describe the detail climatology of hail frequency and intensity, try to understand how and why they change with the changing environment, and finally, to project their change in the future. This research will provide theoretical clue to the decision maker to prevent disaster of China in the future.

冰雹是影响我国的高影响天气，同时作为固态的降水，冰雹是全球水循环的一部分。在全球降水形势变化多端的气候背景下，了解我国冰雹频率和强度的气候特征及其变化机制对人们了解冰雹乃至极端降水的变化都有重要的科学意义。但是过去受到冰雹观测条件的限制，人们对冰雹发生频率以及代表其强度的尺度的长期变化规律认识有限。本项目将以中国历史观测的冰雹频率和强度资料为基础，配合卫星反演分析和高分辨率数值模式模拟诊断方法，研究1960年到现在冰雹发生频率和强度的气候特征和长期演变规律，建立不同环流天气型背景下影响冰雹频率与强度变化的物理模型，揭示我国冰雹形成和演变的物理机制，探索气候变化背景下我国未来冰雹频率和强度的可能变化趋势，为我国防灾减灾策略的制定提供重要的科学理论依据。

冰雹是一种小尺度高影响灾害天气，在全球气候变化背景下，冰雹频率和强度(直径大小）的变化机制近年来备受关注。受观测条件和全球模式对小尺度天气现象模拟的局限性，2013年IPCC把冰雹这种小尺度天气发生频率的变化趋势归为低信度。因此研究气候变化背景下中国冰雹频率和强度的气候特征及其变化机制是一个具有挑战性的重要科学前沿问题。 .本项目重新建立中国地面站尽可能多的长期历史资料，围绕冰雹频率和强度的气候特征及其变化机制这个核心问题，把珍贵的地面人工观测资料和卫星观测资料结合，利用再分析资料和高分辨率数值模式模拟等研究方法，首次全面揭示了冰雹频率高原高平原小和冰雹强度高原弱平原强的事实，以及高原冰雹频率减少始于1980s，伴随着零度层高度上升和垂直风切变的减弱；而北方冰雹频率减少始于1990s，伴随着东亚夏季风强度的减弱和北方暖季中低层槽的填塞；同时项目通过中美对比研究提出了中美同等强度的冰雹云具有相似的特征并建立了基于降雨雷达的全球冰雹云的判据；项目进一步探讨了北方一次冷涡天气过程冰雹降水强度对大尺度环境初始水汽场的响应先单调后是非单调的原因是冷池和微物理过程之间的非线性作用；发现孤立雷暴中初始云凝结核浓度所造成的冰雹降水量和强度的不确定性远远大于热力动力场；由此不同天气过程中的冰雹化学分析表明冰雹中的水溶离子浓度与地面观测PM10有着强的正相关；最后项目指出未来如果CO2排放是工业革命前的3-4倍，中国的雷暴冰雹等强对流天气频率会显著增加。.项目不仅按照计划揭示了过去中国冰雹频率和强度的物理变化机制，展望了未来可能变化趋势，而且计划外探讨了气溶胶变化对冰雹的可能影响，开辟了冰雹化学分析方法研究气溶胶对深对流云的影响研究，开发了基于卫星降雨雷达的冰雹云识别方法，为我国乃至全球防灾减灾策略的制定提供重要的科学理论依据。在即将发表的“全球冰雹研究综述”文章中，本项目贡献了十九分之二的附图。