中尺度混合波对暴雨影响的动力学研究

本项目研究中尺度混合波触发暴雨过程的机制，探讨暴雨预报的思路，以期为暴雨天气的理论与预报研究提供科学基础。本项目在研究方法上体现了理论与实际相结合的特点，基于大气动力学理论，深入研究中尺度混合波的特性；选取有代表性的中尺度暴雨过程进行精细分析，讨论在实际天气过程中这种中尺度混合波是如何被激发的，又以何种方式影响暴雨系统的发生发展；在此基础上，针对此类天气过程，提出影响因子和预报思路，并采用支持向量机（SVM）的方法，建立预报模型。综上所述，本项目有重要的理论意义与应用价值。

暴雨是我国最重要的灾害性天气之一，从动力学角度研究影响暴雨发生发展的波动性质，对大气科学研究和天气预报服务都有着重要的理论意义和应用前景。项目立足于大气动力学理论，采用理论研究和诊断分析相结合的方法，揭示了中尺度混合波的性质及其对暴雨发生、发展的影响，进一步丰富与完善了大气波动理论的研究，为暴雨预报提供有效、可靠的依据和方法，具有较好的理论意义和应用价值。. 项目首先通过数值计算方法研究了扰动的波谱和谱函数，重点分析了在凝结加热条件下扰动不稳定的性质及特征，在大尺度和中α尺度波段，风切变有利于不稳定的发展，由风切变造成的动力学不稳定是主要的；而在中β尺度波段，风切变则是抑制不稳定发展的，此时凝结加热造成的热力学不稳定处于主要地位。. 其次，项目分析提炼了中高纬地区出现涡旋-重力惯性混合波的必要条件，即混合波只出现在具有明显基流切变的中小尺度系统中。并且指出这种混合波的性质特点：第一，混合波必以连续谱波包的形式出现；第二，混合波不能被区分为快波或慢波；第三，在垂直（水平）方向上，混合波在某些区域体现重力惯性波的特点，在另一些区域则体现涡旋波的特点；第四，混合波不稳定增长率与垂直风切变、凝结加热都有密切的关系。风切变是抑制混合波不稳定发展的，而凝结加热是促进混合波不稳定发展的。. 在理论研究的基础上，对实际暴雨天气过程进行诊断分析，证实在实际暴雨发生前的确存在非平衡混合波的不稳定，其性质与理论分析的一致，且这种不稳定起到了触发位势不稳定的作用，使其从潜在转化为真实，从而导致暴雨的发生。. 考虑到雨团是一种重要的致洪系统，项目采用圆柱坐标下非轴对称扰动的数学模型来研究雨团中扰动的波谱特征及其位势稳定度，探讨了湿层结参数的垂直分布与位势稳定度的关系，得到了位势不稳定判据，给出了不稳定模态增长率和稳定模态振荡频率的上、下界，以及模态垂直结构的分布规律。在垂直方向，当湿层结参数某处小于０时，可有位势不稳定。结果与实际情形大体相一致。. 最后，引入支持向量机（SVM）方法，根据降水量的大小采用不同的分级方式，分别构建降水预报模型，对24小时降水量进行预报。其预报准确率均在70%以上，特别是对暴雨的预报，其准确率可达96%。可见，选取的预报因子是有效的，用支持向量机方法对降水量进行预报也是可行的。