北京MCS椭圆形暴雨云团的组织化机理研究

影响北京城区的"突发性"局地强暴雨经常和MCS椭圆形暴雨云团相伴随，这类局地暴雨的预报十分困难。本项目将通过典型个例探索"MCS椭圆形暴雨云团的对流组织化机理"。项目有助于增进对局地暴雨的直接制造者- - 暴雨云团的发生、发展规律的认识，为首都超大城市局地暴雨的定时、定点、定量预报提供理论基础。. 主要研究内容：利用北京多种类型的高时空分辨率观测资料，对典型个例进行基本观测特征分析；通过"同化GPS水汽等资料"及"耦合城市冠层模式"等技术方法，实现对椭圆形暴雨云团生成过程的云尺度分辨率的数值模拟，并进行充分的观测及理论验证；然后利用高时空分辨率的模拟资料，对暴雨云团的深对流组织化过程进行比较深入的热动力学研究，理解冷池出流、复杂地形、城市效应在椭圆形暴雨云团形成中的作用。

自Maddox（1980）发现了“椭圆形”的中尺度对流复合体（MCC）以来，椭圆形暴雨云团一直受到科研人员的高度关注。随着雷达观测研究的深入，发现MCC云团是由一些积云深对流组织化发展的结果，而且深对流往往对应着中-r尺度的强降水中心。深对流的组织化机理，是当前国际上关于MCC研究的热点和难点，其直接关系到局地暴雨的发生时间和落点，是开展对局地暴雨定时、定点、定量精细化预报的重要科学基础。就我国而言，目前关于MCC的深对流组织化机理研究很少。就北京而言，有些类似MCC的椭圆形暴雨云团发生在大尺度背景条件不很有利的情况下，因此其发生、发展及其产生的局地暴雨更具“突发性”，值得深入研究；深对流的组织化与水汽的短时快速集中有密切联系，这也是理解在水汽条件不充分的北京地区的局地暴雨的水汽快速集中难题的重要突破口。深入揭示北京MCS椭圆形暴雨云团的深对流组织化机理具有重要的科学意义和应用价值。. 项目系列研究结成果指出，卫星云图上观测到的北京椭圆形MCS局地暴雨云团，是深对流组织化发展演变的结果，是在大尺度天气系统、复杂地形、雷暴冷池出流等共同作用下形成的。项目在统计分析的基础上，开展了“干湿雷暴”观测和数值模拟对比研究，指出北京地区对流层低层偏东风的水汽输送，是深对流新生及发展的关键环境条件之一；通过国内外罕见的“双对流云线”的组织化机理研究，揭示了北京地区MCS暴雨云团复杂性和特殊性；通过“雷暴新生与增强研究”，提出复杂地形作用一种新机制，上游移进北京的强雷暴受地形强迫作用，雷暴冷池出流被抬高，使得山前边界层热力和动力不稳定度增强；通过“强降水超级单体极端降水事件”的研究，指出对流层低层暖湿空气与雷暴冷池出流相互作用，产生强烈边界层辐合，实现了水汽的短时快速集中，进而形成强降水超级单体；通过“雷暴群”的组织化机理研究，指出复杂地形与雷暴冷池出流作用相结合，主导了雷暴新生地点的变化，进而影响中-γ尺度强降水中心的变化。