中尺度带状对流性天气的发展机理和数值模拟研究

As the main maker of weather hazards, such as rainstorms, thunderstorms, and gale, mesoscale linear convective system is a focal point for atmospheric science research and also a difficulty to the fine short-term forecasting and nowcasting. .In this project, the conventional meteorological data, observational data from weather satellites and radars, and the refined data from the atmospheric scientific experiments are used to summarized the temporal and spatial distribution features of mesoscale linear convective systems in China. Our key research target is to study the genesis and development mechanism of mesoscale linear convective weather through the dynamic diagnosis and numerical simulation to the typical cases. .There are two main research contents.① Analyzing the dynamic enhancement effects of instability mechanism, including vertical convective instability, conditional symmetric instability and △M adjustment, and environment conditions, such as vertical shear and the inrush of arid cold air, on the mesoscale linear convective systems, then obtaining the conceptual model to explain how the cumulus convections develop to deep convections and then organized to mesoscale linear convective system.② Invesgating the co-existence and Interaction of vertical and slantwise convection in the genesis and development process of linear cloud and precipitation, and designing the mixed vertical-slantwise cumulus convection parameterization. All these studies will provide theoretical basis and technical supports to improve the mesoscale convective weather fine forecasting ability.

中尺度带状对流性天气系统是暴雨、雷暴大风等灾害性天气的主要制造者，是当今大气科学研究的重点和精细化预报的难点。本项目利用卫星、雷达和常规天气观测资料，并结合已有大气科学试验的加密观测资料，在总结我国中尺度带状对流性天气系统时空分布特征基础上，选取典型个例，通过动力诊断和数值模拟试验，重点研究中尺度带状对流性天气发生发展机理。分析研究垂直对流不稳定、条件性对称不稳定和绝对动量距平调整等不稳定机制以及环境风垂直切变、干冷空气侵入等环境条件对带状对流系统发展和增强的动力学原因，构建普通积云对流发展为深厚对流并组织化为中尺度带状对流系统的概念模型。分析垂直和倾斜对流在带状云和降水形成和发展过程中的共存和相互作用的机理，设计垂直-倾斜混合型积云对流参数化方案，为提高中尺度对流性天气的精细化预报水平提供理论基础和技术支撑。

项目在分析总结我国带状和整个中尺度对流系统（MCSs）时空分布特征基础上，通过个例分析和数值模拟，重点研究了中尺度带状对流性天气的发生发展机理。.1、揭示了影响我国带状MCSs的时空分布特征。根据FY-2C/E、TRMM卫星等资料分析表明，我国及周边地区MCSs主要分布于20°、30°、50°N附近的三个纬度带。带状MCSs约占整个MCSs的6%，多产生于5-10月，以6月最多，在夏季带状MCSs最强，拉长状MCSs其次，准圆状MCSs最弱，其他季节则相反。.2、提高了对带状MCSs发展演变机理的认识。基于个例分析和数值模拟试验，分别研究了飑线后方入流、冬季冷锋上高架雷暴和梅雨锋对流系统的形成发展机制，提出了中尺度带状对流性天气的概念模型。分析了后方入流与飑线生成、发展的关系，提出了后方入流是地面大风和飑线双回波带形成的主要原因。讨论了冬季高架雷暴形成过程中M调整、条件性对称不稳定、锋生和地形强迫等的共存、转化和相互作用机制，提出了倾斜运动的持续发展使对流得到组织化，产生带状对流云和降水，并形成雷暴天气的机理。分析了梅雨锋降水减弱再增强过程与多种不稳定机制的关系，提出了干侵入是梅雨锋附近强对流再次发展的外源强迫机制。.3、提出了海气相互作用对台风带状MCSs的影响机制。海气间潜热通量为台风眼墙带状对流活动维持和发展提供了主要的水汽来源，感热通量对螺旋雨带的发展和传播有着重要贡献。台风引起的海表面温度响应使台风带状MCSs的非对称性增强，海气相互作用对眼墙中涡旋热塔的数量和分布有着重要影响。.4、设计了垂直-倾斜混合型积云对流参数化方案。给出了倾斜对流不稳定能量的触发条件和释放方式，设计发展了垂直-倾斜混合型积云对流参数化方案，改进了对流系统结构和降水强度的模拟精度，为增强中尺度带状对流天气的精细化预报提供了一定技术支撑。.项目发表论文59篇（第一标注25篇），其中SCI收录 32 篇（第一标注13篇）；培养研究生31名（博士7名，硕士24名），2篇博士论文获江苏省优秀博士论文，1篇获军队优秀博士论文。