华南西部中尺度对流系统发生发展的中尺度环境场研究

The research of the National Natural Science Foundation of China (Grant 40965003) has found that, for the three common convective systems of weak cold air intrusion, vortex and local convergence in the west of South China, the mesoscale convective system mainly occurs and develops in the mesoscale katallobaric field; the formation and enhancement of mesoscale katallobaric field generally happens about 2-5 hours before the mesoscale convective system occurs. These features are clear, specific and have strong indication. The following characteristics are studied from both depth and width point of view in the project plan: (1) Whether the universality of these characteristics has general regularity or not. (2) A study of the formation and mechanism of mesoscale allobaric field with significant structural characteristics based on the mesoscale katallobaric field. (3) A study of the relationship and mechanism between the configuration of mesoscale allobaric field, flow field and humidity field and the occurrence and development of mesoscale convective system. (4) Devolpe 4D conceptual models for the occurrence and development of mesoscale convective system based on the mesoscale environmental field in the west of South China. (5) Devolpe empirical formulas for predicting mesoscale convective system in the west of South China.

国家自然科学基金（40965003）研究发现，华南西部常见的弱冷空气入侵、低涡和局地辐合等三大类对流过程中，中尺度对流系统主要在中尺度负变压区内发生发展，中尺度负变压区的形成或加强一般超前于中尺度对流系统发生约2-5小时，这些特征清晰、具体、指示性强。项目计划从深度和广度继续研究这些特征：（1）这些特征的普遍性程度，是否具有一般规律性；（2）以中尺度负变压区为核心的，具有明显结构特征的中尺度变压场形成过程和机理；（3）中尺度变压场、流场和湿度场的配置与中尺度对流系统发生发展的关系和机制；（4）建立华南西部基于中尺度环境场的中尺度对流系统发生发展4D概念模型；（5）建立华南西部中尺度对流系统预报经验公式。

项目基本完成了计划任务研究内容，针对动力学方法对华南西部MCS发生发展机理解释和预报的困难，应用热力学熵和信息熵原理，创新成交叉学科的强降雨熵原理和方法，在此基础上发展出成体系的强降雨预测新方法，并用大量的实例进行了验证和示范。项目主要创新和特色是：（1）建立了强降雨熵原理模型，提出“负熵源→负熵汇→负熵流”机制，成功解释了造成强降雨的大、中、小尺度天气系统相互关系和MCS发生发展机理；（2）建立中尺度变压场和MCS发生发展概念模型，明晰了负熵源和负熵汇的有利配置型式，用负熵流观点解释了MCS发生发展过程；（3）提出了“相对基准信息量”、“预测信息量”、“预测可靠性”和“协调因子系数”概念，发展出基于信息量的准定量预测方法；（4）建立了大、中尺度环境场信息提取模型；（5）模拟研究发现：暖输送带大尺度上升运动起基础性作用，摩擦作用使局部区域辐合加强，暖湿空气辐合堆积形成中尺度负变压区，弱冷空气入侵中尺度负变压区抬升作用触发对流运动；（6）资助发表研究论文8篇，完成研究专著1部和配套的实例库，为华南西部强降雨预报提供了理论和技术基础。