京津冀地区短时强降水的演变特征及机理研究

The long-time series of hourly precipitation data will be established in this project. The studies of the short-time heavy precipitation processes will be carried out by the classification of the weather patterns and objective statistical analysis method. Firstly,it can be expected that the heavy precipitation temporal and spatial features are analysed, which include the frequency, intensity, duration, diurnal variation of weather . Secondly, the short-time strong precipitation process will be simulated by using the ensemble simulation technology and the mesoscale three-dimensional structure will be analysed. In addition, the short-time heavy precipitation mechanism will be revealed by the diagnosis and analysis of the convection triggering and the organization, water vapor concentration, and the unstable energy. Finally, the conceptual mode of the short-time heavy precipitation will be set up and the forecasting parameters will be provided in the research..This research aims to analyze the temporal and spatial features of the short-time precipitation over Beijing, Tianjing and Heibei province and reveal its meso-scale structure and the formative mechanism and improve the predcition of the heavy rainfall.

本项目首先建立长时间序列的逐时降水资料集，采用合成分析及EOF、SVD方法，进行京津冀短时强降水的天气类型客观分型研究，分析不同天气类型下短时强降水频次、强度、持续时间、日变化的时空演变及多尺度特征；其次利用WRF、APRS数值模式，采用集合模拟方法，精细模拟不同天气类型的短时强降水过程；诊断分析不同天气类型短时强降水的中尺度三维热动力及微物理结构， 研究其对流触发与组织、水汽输送及集中、不稳定能量形成及释放、地形影响等短时强降水物理机制；发展不同天气类型短时强降水物理概念模型及相应的预报指标体系。. 本项目将研究出京津冀短时强降水的天气类型及时空演变特征；揭示出不同天气类型短时强降水系统的细致结构及形成机理；建立不同天气类型的短时强降水物理概念模型及相应预报指标体系，丰富京津冀短时强降水预报手段，为京津冀短时强降水预报提供重要的理论和技术支撑。

近年来在全球气候变暖背景下，京津冀地区短时强降水事件有日益增加的趋势，随着城市化发展，不仅降水极值范围扩大，降水量值也显著增加。京津冀地区是我国三大城市群之一，经济发达，人口稠密，北京是全国政治、经济和文化中心，重大社会活动频繁，一旦遭遇强降水事件，常造成重大经济损失和人员伤亡。因此京津冀地区短时强降水的演变特征及机理研究，会显著提升津冀洪涝及次生灾害的防灾减灾能力，是国家的重大需求。.本项目的主要研究内容包括：1）京津冀短时强降水的形成及发展机制；2）京津冀强对流天气短时临近的精细化数值预报技术；3）精细化的京津冀强对流天气的客观预报技术。. 本项目经过四年研究，在京津冀短时强降水的天气分型；降水频次、强度、持续时间、日变化的时空演变及区域特征；短时强降水的中尺度三维热动力及微物理结构；云微物理、云微物理、边界层、精细化陆面方案及城市冠层等关键物理过程的影响；京津冀短时强降水的客观预报技术和方法等方面取得了一系列的研究过程，其主要研究进展和重要结果详述如下：1）完成了京津冀短时强降水的天气分型，揭示了京津冀短时强降水的频次、强度、持续时间、日变化的时空演变及区域特征；2）完成了京津冀短时强降水的云微物理结构及时空演变的融合分析，揭示了京津冀短时强降水的云微物理的三维结构及时空演变特征；3）分析出京津冀强降水系统的三维精细结构，建立了不同天气类型下京津冀强降水的物理概念模型；4）探讨了云微物理、边界层、陆面及城市冠层对京津冀短时强降水的影响机制，揭示了其形成及演变机理；5）发展了京津冀短时强降水的客观预报技术，建立了京津冀短时强降水的客观预报系统。.本项目揭示了京津冀短时强降水的天气类型及时空演变特征，建立了不同天气类型的短时强降水物理概念模型及相应预报指标体系，加深了京津冀短时强降水的科学认识，丰富京津冀短时强降水预报手段，为京津冀短时强降水的精细化预报提供重要的理论和技术支撑。