我国南方暴雨过程β中尺度系统生命史及模式可预报性研究

利用最新高时空分辨率的暴雨野外试验中尺度分析资料，研究我国南方暴雨过程β中尺度系统的生命史，并检验WRF模式对β中尺度系统的可预报性，为暴雨精细化预报提供理论依据和预报参考。具体研究内容包括：利用2008-2009年我国南方暴雨野外科学试验5 km水平分辨率、垂直21层、3 h时间分辨率的LAPS中尺度分析场资料，滤波分离不同尺度天气系统，采用诊断分析方法研究南方典型暴雨过程中，由雨团引发的β中尺度系统和生成雨团的β中尺度系统的发展演变生命史，揭示具有较普遍意义的两类β中尺度系统的生命史长度；将包含不同尺度信息的LAPS分析场作为WRF模式初始场，采用数值模拟方法，对比研究在初值中包含和不包含β中尺度信息的情况下，两类β中尺度系统的模式可预报性，包括模式是否可预报该系统、可预报时效、最大提前预报时间等。

为研究南方典型暴雨过程β中尺度天气系统的生命史、结构及其模式可预报性等，（1）课题首先建立了一套融合了地面、高空观测、天气雷达、风廓线雷达、FY2卫星资料和微波辐射计等资料形成的2008-2010年5-7月逐小时 0.045°×0.045°水平分辨率的LAPS中尺度再分析数据集，为中尺度系统生命史的研究提供了基础数据；（2）采用Barnes带通滤波方法提取了LAPS再分析资料中的β中尺度系统，根据中尺度系统与雨团出现的先后顺序，将β中尺度系统分类为产生降水的中尺度系统（第一类）和由降水催生的中尺度系统（第二类）两类。推导出了非绝热的扰动位涡倾向方程并验证了扰动位涡对中尺度系统的指示意义，为利用方程计算凝结加热潜热，从物理意义上区分两类中尺度系统提供了可实际操作的方法，并验证了两种分类法的一致性；（3）利用LAPS资料统计对比了两类中尺度系统的特征，发现大部分降水过程中两类中尺度系统共存但性质差异较大。第一类中尺度系统偏冷性，出现频率高，生命史长，移动速度快，对降水贡献大；第二类中尺度系统偏暖性，出现频率低，生命史短，准静止，对降水贡献略小；（4）实现了WRF模式的热启动，检验了WRF模式对两类中尺度低压系统的生命史、结构等的预报能力，发现WRF模式能够预报出两类中尺度低压，但对第一类中尺度低压的预报能力更强；（5）提出了湿误差能量的概念，利用误差能量倍增判识了中尺度系统的可预报时效，发现第一类中尺度低压的可预报时效为35~40h，第二类为15~20h；（6）试验了暴雨对模式初值的敏感性，发现暴雨对扰动温度场和风场最敏感。. 课题成果丰富了气象工作者对β中尺度系统和暴雨相互作用关系的认识，定量指出了引发降水的中尺度系统和降水催生的中尺度系统在生命史、结构、可预报时效和模式预报能力等方面的差异，为预报由不同类型中尺度系统引发的暴雨的强度和持续时间提供了理论依据。