一个适合描述中国强对流天气的云微物理方案的构造

Firstly, several damaging convective weather events in China are analyzed by using the multi-source observational data (satellite, operational weather radar, dual polarimetric weather radar, microwave radiometer and raindrop spectrometer) and the cloud-resolving simulation results. Based on this, the size-distribution spectra of the hydrometeors in the East Asian monsoon region under the environment with high humidity and weak baroclinic will be studied. Secondly, the feedback mechanism of micro-α-scale cloud microphysical process to the meso-γ-scale convective systems is explored by using the high-resolution simulation data so as to provide a clear picture and physical conceptual model of how cloud microphysical will influence the severe convective weathers. Thirdly, the size growth and phase transformation process of cloud droplets will be described and a new cloud microphysical parameterization scheme that is suitable for the severe convective weathers in China will be developed.. This research aims to analyze the structures and features of the size-distribution spectra for different hydrometeors and develop a multi-moment cloud microphysical parameterization scheme that is suitable for the severe convective weathers in China. Therefore, the understanding and prediction skills of the severe convective weathers will be improved.

本项目针对我国近年来重大强对流天气事件，首先进行多源资料（卫星、布网天气雷达、双偏振雷达、微波辐射计、雨滴谱仪和其它云参数观测及反演）的观测研究，结合云分辨尺度的数值模拟，诊断分析我国东亚季风高湿度、弱斜压性环境下，水物质及滴谱时空分布和细致结构；其次，基于云分辨尺度的模拟资料，探究微α尺度云微物理过程对γ中尺度强对流演变的反馈机制，建立云微物理影响强对流天气形成发展的清晰图像和物理概念模型；在此基础上，提出我国强对流天气云粒子群尺度增长和相变过程的描述机制，建立适合我国强对流天气的云微物理方案。. 本项目将研究出我国强对流天气多相态水物质结构和滴谱分布特征；揭示云微物理过程影响强对流系统形成及发展的机理；构造适合于描述我国强对流天气的多参数云微物理方案。本项目将加深我国强对流天气发生发展机理的科学认识，提高我国强对流天气的预报水平和能力。

强对流天气是一类发展速度快、局地性强、破坏性大的高影响灾害性天气。强对流天气包括短时局地强降水、雷暴大风、冰雹、雷电、龙卷等。近年来，在全球气候变化和城市化进程加快的背景下，我国强对流天气灾害频发，对人民生命财产安全和国民经济造成重大危害。然而，我国目前对强对流天气尚无可靠的预报能力，一个关键的原因是缺乏适合描述我国强对流天气的云微物理方案。.本项目主要研究内容包括：1）不同微物理方案或不同云微物理敏感参数对我国典型强对流天气的模拟及预报性能评估；2）基于观测研究和云微物理方案效果评估，发展适合描述我国强对流天气的云微物理方案；3）基于精细化的数值模拟结果，细致的分析我国典型强对流天气的发生发展机制以及云微物理对其的影响。.本项目经过四年研究，较圆满地完成了项目的研究目标。其主要研究进展和重要结果如下：1）利用不同云微物理方案模拟了我国典型的强对流天气，对比分析了目前常用云微物理方案的模拟、预报性能，为后续构造适合描述我国强对流天气的云微物理参数化方案提供必要的基础；2）基于前人研究结果和观测证据，针对云微物理方案的典型参数和云微物理过程进行了改进，发展了一个适合描述中国强对流天气的云微物理参数化方案；3）利用改进后的云物理参数化方案，可以成功地再现我国多种典型高影响天气，如暴雨、强对流、台风、龙卷等；4）利用改进后的云微物理参数化方案，项目组在成功模拟多种强对流天气的云微物理特征的基础上，进一步细致的分析了我国典型强对流天气的发生发展机理。.本项目构建了适合描述我国强对流天气的云微物理方案，模拟再现了多种强对流天气过程，建立了不同强对流天气的发生发展机制，建立了云微物理过程与天气尺度或中尺度环境的相互作用机制，并建立了相应的物理概念模型，加深了对我国典型强对流的发生发展机理的科学认识，为我国强对流天气的的精细化预报提供重要的理论和技术支撑。