江淮流域强天气过程中对流云合并现象之地空联合观测分析研究

对流云的合并是产生暴雨、冰雹等强对流性天气的重要过程之一，而我们对此过程的机理认识却十分有限，导致了其预报的困难性。本研究针对强对流天气活动频繁且灾害频发的江淮区域，在已有对流云合并普查结果的基础上，利用常规的气象观测、天气雷达和气象卫星资料，结合973项目"我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究"、美国大型外场试验大气辐射测量计划（ARM）以及国家自然基金项目"江淮夏季对流云合并的观测和机理研究"在研究区域内综合观测的云雷达、风廓线雷达、微波辐射计、雨滴谱仪等特殊观测资料，通过强天气过程中对流云合并前后动力、热力以及水汽等因子变化的对比分析，从云团动力和热力结构及外部环境场特点的角度，来认识对流云合并的机理，达到建立强天气过程中合并的卫星云图概念模型、雷达回波概念模型以及水汽分布概念模型的目的。

对流云的合并是产生暴雨、冰雹等强对流性天气的重要过程之一，而我们对此过程的机理认识确十分有限，导致了其预报的困难性。为此，项目在前期工作的基础上，对江淮流域强对流天气过程中的对流云合并现象进行观测分析，并从对流云合并过程中去寻找暴雨、冰雹预报的线索。研究由观测技术、对流云合并普查以及典型过程机理分析三部分组成。在观测技术方面，重点引进国内外先进的技术方法，得到了适合于江淮流域的多通道伪彩色合成分析方法、上冲云顶识别技术以及改良后的对流云跟踪方法。对流云合并的普查工作，主要是利用静止气象卫星的资料，对35次暴雨过程和43冰雹过程进行特征统计。结果显示，只有65%冰雹过程中出现对流云合并，平均每个过程出现1.9次合并；而暴雨过程中，不仅有94%出现了合并，而且平均每个过程发生合并的频次也高达11.6次。通过进一步分析数值特征，得到不同云顶亮温最低值Tmin和最低亮温差异dTmin组合下，两强天气过程中不同合并过程发生的可能性，并结合云团间距离、面积比得到了区分对流云合并后是产生冰雹还是引起暴雨的线索。最后，从观测分析与数值模拟两个方面对典型合并过程的机理进行分析。综合观测显示，合并过程存在着大尺度环境场中垂直运动存在的水平不均匀性、显著地面气压梯度、一个云核的下沉气流加强了另一个云核的上升气流等三个方面的动力因素。通过偏振雷达对两次合并起始部位不同的过程进行观测分析，还发现只有在合并开始于中下上部的过程中才会出现固态的降水。此外，数值模拟结果表明，对流云合并过程可引起回波增强、云顶抬高、云水、冰相物质含量增加、降水增加现象。当两个单体都处于相近的发展增强阶段，合并后单体发展增强；当一个单体处于发展期，另一个单体处于发展成熟至成熟后的衰减期，合并后一个单体得到增强，另一个单体减弱消亡。项目所取得的三个方面的成果不仅提高了江淮流域强对流监测的能力，还进一步加深了对流云合并的科学认识，并从对流云合并的角度找到了卫星云图上区分暴雨和冰雹的线索，为深入了解对流云合并过程在灾害性强对流天气形成中的作用奠定了基础。