亚洲季风区的强雷暴特征及其对夏季风的响应研究

Thunderstorm is a kind of destructive severe weather in terms of short duration, small scale, local and unpredictable in meteorological disasters. The Asian monsoon region (AMR) is one of the world's worst disaster areas affected by thunderstorms. Frequent intense convection over the AMR including the Tibetan Plateau is an important pathway for near surface water vapor and pollutants to enter the stratosphere. The present project intends to systematically study the temporal and spatial distribution of different kinds of thunderstorms over the AMR from convective intensity and radar echo structure based on the 16 years TRMM satellite data. The thunderstorm activity during different periods before and after the summer monsoon will be analyzed to enhance the understanding of climatological characteristics and possible causes of thunderstorm over the AMR. The convective features of intense thunderstorm over different regions, the correlation between the different parameters and their responses to the summer monsoon will be studied using multiple parameters. Then, based on the NCEP reanalysis data, their formation mechanism will be investigated by using several atmospheric parameters which are closely related to the occurrence and development of intense convection. Finally, by the comparative analysis of occurrence frequency and geographic distribution of thunderstorms in stronger and weaker summer monsoon year, to explore the response mechanisms of thunderstorm to summer monsoon. The results not only can further enhance the understanding of the formation mechanism of intense thunderstorm, but also can provide important theoretical basis for the warning and forecast of intense convection.

雷暴是一种历时短、天气剧烈、破坏性强的灾害性天气。亚洲季风区是世界上受强雷暴灾害最严重的地区之一，同时，包括青藏高原在内的整个亚洲夏季风区内频繁的强对流系统也是近地面层水汽及污染物输送进入平流层的重要来源。本项目拟基于TRMM卫星16年的观测资料，从对流强度与对流结构等方面对亚洲季风区不同类型强雷暴的时空分布特征进行系统研究，对夏季风爆发前后不同阶段雷暴活动的发生进行分析，以增进对亚洲季风区强雷暴气候特征及其成因的认识；利用多个参量分析不同区域内强雷暴的对流特征、不同参量间的关系及其对夏季风的响应，结合NCEP再分析资料中与对流活动发生、发展密切相关的大气参量对雷暴的形成机制进行探讨；对比分析夏季风偏强年份与偏弱年份雷暴活动的地理分布以及发生频数的异同，探讨雷暴活动对夏季风强弱的响应机制。研究结果不仅能够增进对强雷暴形成机制的认识和理解，而且也能为强对流灾害性天气的预警预报提供重要的理论基础。

亚洲夏季风是全球最强的季风系统，在与青藏高原热力-动力作用的共同影响下，极端对流天气频发，是全球强雷暴灾害最严重、受灾人口最多的地区；同时频繁的深对流活动与南亚高压相耦合，也使得该区域成为对流层水汽及污染物进入平流层的重要通道。因此，系统研究亚洲季风区强雷暴活动对夏季风的响应对于深入理解极端对流天气形成的物理机制及其与夏季风的关系有着至关重要的作用。因此，本项目利用长达16年的TRMM卫星高质量的综合观测资料，对亚洲季风区内的雷暴以及极端对流活动的气候特征进行了系统分析，并从对流强度与对流深度两个方面分别对东亚及南亚季风区内极端对流天气对夏季风的关系进行了系统的研究。获得了亚洲季风区内雷暴与极端对流天气的气候特征、两类极端对流系统的区域特征；进一步明确了夏季风爆发对雷暴活动地理分布以及对流属性特征的影响；发现长江以北区域的雷暴与极端对流系统跟东亚夏季风指数存在显著的相关关系，而长江以南地区则表现出相对较弱甚至没有明显的相关性关系；这与在南亚季风区得到的结果相一致，位于内陆地区（夏季风边缘）的雷暴与夏季风强度存在显著的相关关系，而在夏季风的上游地区由于充沛的水汽供应而导致对流活动与夏季风的强弱并没有明显的相关关系。研究发现，南亚季风区陆地尤其是内陆地区雷暴的形成主要受到来自孟加拉湾西南夏季风的水汽输送的影响而不是来自阿拉伯海。同时也证实了来自阿拉伯海的西南气流经过塔尔沙漠感热加热将更多的热量输送到了喜马拉雅山脉最西端的凹痕区域，并没有从阿拉伯海带来更多的水汽。较强的印度夏季风将孟加拉湾的水汽输送到更偏西北的内陆地区，更多的水汽供应导致该区域的雷暴云能够发展到更高的高度，但并没有让极端对流天气的发生更频繁。这一发现在认识极端对流天气对全球气候变化的响应方面具有重要的科学意义。