长江中下游地区极端强降水过程中准静止对流系统的维持机制研究

In recent years, extreme heavy precipitation events occur more and more，and lead to severe disasters,the anticipating and forecasting of such weather is one of the greatest challenges in operational forecasting. In the warm season in the Middle- lower reaches of Yangtze river area, most extreme heavy rainfall events are associated with Quasi-Stationary mesoscale convective systems (MCS), but we do not yet know the environmental conditions, maintenance mechanism and the new cell trigger mechanism of the quasi-stationary MCS. Using all kinds of operational observation data, new soundings data and NCEP daily reanalysis data, the observational facts of Quasi-Stationary, Extreme-Rain-Producing Convective Systems that occurred in the Middle- lower reaches of Yangtze river area are analyzed. Then the representative cases are selected to be simulated, done sensitive experiment and ideal experiment, and environmental condition of Quasi-Stationary MCSs are more diagnosed. We stress to research the characteristics of organizational structure and continuous mechanisms of Quasi-Stationary MCSs,and trigger mechanism of new cell. We expect to get new progress on the research for Quasi-Stationary, Extreme-Rain-Producing MCSs, and summarize the key influence factor of persistence mechanisms for Quasi-Stationary, Extreme-Rain-Producing MCSs.

近年来极端强降水事件频发，灾情惨重，预报预警该类天气是当前业务天气预报的难点和重点之一，准静止MCS是造成极端强降水的重要影响系统，而准静止MCS发生发展的环境条件是怎样的？长生命史的维持原因和新对流触发机理又是什么？我们尚不清楚。本项目利用多种观测资料、新型探测资料(GPS加密探空、风廓线、微波辐射计、GPS/MET等)及再分析资料，对长江中下游地区造成极端强降水的准静止对流系统的活动特征、组织结构、天气尺度和中尺度环境条件进行观测事实分析；在此基础上，选取典型个例进行高分辨率的数值模拟、敏感性试验和多种理想试验，进一步诊断长江中下游地区造成极端强降水准静止对流系统发生发展的环境条件，研究准静止对流系统的组织结构特征和维持机理，探索新对流单体的激发机制。通过这些研究，可望对长江中下游地区造成极端强降水的准静止MCS研究有新的进展，提炼出造成极端强降水准静止对流系统维持的关键影响因子。

长江流域极端强降水事件频发，灾情惨重，预报预警该类天气是当前业务天气预报的难点和重点之一。本项目对准静止MCS的组织结构、时空演变、中尺度环境条件及其维持机制进行了观测分析和数值模拟研究，主要结果如下：①选取了由准静止MCS造成极端降水过程27次。这些MCS分为线状MCS和非线状MCS，其中线状MCS组织类型为TL/AS MCS、BB MCS、LL MCS三类。②揭示了在近地层因降水蒸发产生的冷出流与环境暖湿气流相遇辐合上升激发新对流，冷池强度与环境气流达到动力平衡是TL/AS MCS准静止维持的重要机制。解释了近地层饱和，无蒸发作用，低空急流加强使得风垂直切变随高度强逆转，中层风垂直切变主要平行于对流线是TL/AS MCS 准静止维持的另一种机制。③揭示边界层小尺度涡旋和切变线发展使近地层辐合上升气流增强，激发新对流的机制，并从扰动能量转换角度解释了MCV与BB MCS相互作用发展增强的机制。④提出了梅雨期边界层的扰动不需要大尺度系统的影响，丰沛的水汽辐合形成非线状对流系统化的机制，理想试验证实了对流层中层水汽含量增加有利于上升运动增强，进而新对流激发和MCS维持的机制。⑤ 提炼了TL/AS MCS 发生发展的物理概念模型和暴雨发展维持的环流模型，指出风垂直切变、冷池、水汽是准静止MCS维持的关键影响因子。⑥揭示了长江中下游地区是日极值降水相对大值区域之一的观测事实，日极值降水事件随年际呈增加趋势，7月份发生日极值降水最多。并解释了梅雨锋两侧大气温压场的日变化差异导致梅雨锋强度和结构昼夜不一样，从而造成对流强降水日变化的可能原因。⑦建立了长江中游地区极端降水资料库，并评估了多源探测资料在长江流域强降水过程的适应性。⑧本项目在国内外期刊发表论文27篇，其中SCI(E) 5篇，核心期刊22篇。