夜间飑线发生发展的机理研究

The nocturnal squall(NS) often causes great damage and the loss of life and property. This project conducts a application research on the convection initiation and evolution processes of NS. Based on observations and historical cases, the research will focus on analyzing the characters of background, low-level jet (LLJ) and storms related to NS, exploring the mechanism of the NS initiation and evolution from elevated and surface-based storms, and investigating interactive mechanism between NS and background, bores and solitary waves and NS’ structure, such as inflow jet（RIJ）, cold pool and physical processes using ideal and sensitive test of numerical prediction model. The meso-NWP performance on the nocturnal squall forecast will be verified by the real cases. The objective of this project is to improve the nocturnal squall forecast capability.

夜间飑线是常造成重大人员伤亡和财产损失的灾害性天气。本项目针对夜间飑线预报中待解决的科学问题，在开展综合观测和收集历史个例资料的基础上，对夜间飑线的环境场特征、边界层特征和飑线结构特征进行分类统计，诊断分析高架（elevated）对流和地面（surface-based）对流触发并发展成为夜间飑线所需具备热力和动力条件。通过敏感性试验，研究低空急流（LLJ）、冷涡、中高空干空气等环境条件对夜间飑线发生发展所起的促进作用、涌或孤立波与边界层对夜间飑线发生发展的作用机制、以及对流自身结构对夜间飑线发生发展的影响。基于统计和诊断分析结果，研究建立夜间飑线发生发展的概念模型，为提高夜间飑线的预报提供理论依据。针对发生在不同天气背景下的夜间飑线典型个例，开展中尺度数值预报模式对夜间飑线的模拟和预报能力评估研究，以此促进和推动我国对夜间飑线预报预警能力。

围绕夜间飑线发生发展机理研究的主要目标，从观测技术和观测分析入手，研究环境条件对夜间飑线形成和发展的作用机制，评估中尺度数值预报模式对夜间飑线的模拟能力，为提高夜间飑线预报预警能力提供技术支撑。. 研究表明：在影响上海的夜间飑线中，离散区线型（BA）占70%， 80%夜间飑线在副热带高压边缘低槽东移天气背景下产生。高空强冷平流强迫背景下产生的夜间飑线需关注阵风锋、阵风锋后侧的强冷池、雷暴高压产生的变压风以及动量下传等作用。高空干入侵、低层暖湿平流、逆温层顶的条件不稳定层结有利于夜间飑线的发展，飑线前侧的雷暴可能对飑线的近风暴环境产生影响，海风锋在夜间飑线的发展和维持中起重要作用，基于上述分析，建立了概念模型。中层湿度增加，有利于飑线增强。湿度减小，有利于飑线结构和强度的维持和地面最大风速波动性的增大。低层风切变的增大，有利于飑线增强和移速减慢，但更弱的环境垂直风切变更容易出现脉冲风暴地面强风。对流有效位能越大，越有利于夜间飑线增强，但在弱切变环境下，中等大小的对流有效位能更有利于成熟夜间飑线强度和结构的维持。尽管对流有效位能低值不利于夜间飑线发展，但在中空高湿环境条件下依然能形成成熟飑线。低空急流的走向和强度变化直接影响着夜间飑线的移动和强度变化。飑线位于低空急流南侧，其动力、水汽和稳定度条件有利于夜间飑线的发展，但过弱或过强的低空急流都不利于夜间飑线的发展和维持，低空急流强度增强比飑线强度增强提前约2个小时。模式分辨率达到1km时，Thompson微物理方案、YU边界层参数化方案、显式积云参数化方案表现出了较好的模拟性能，但模拟的夜间飑线移速偏慢。上述成果能为夜间飑线的预报预警能力提升提供技术支撑。. 此外，还开展了组网雷达观测技术、移动式风廓线雷达性能评估等技术工作。完成论文11篇，其中一级核心4篇，另有4篇已投稿。发表发明专利4项、软件著作权1项。