东北冷涡强对流系统云微观物理过程与动力过程相互作用研究

The interactions between cloud microphysics and cloud dynamics remain a focal scientific problem in cloud precipitation study in particular and meteorology research in general. This project will conduct comprehensive field observations targeting the Cold Vortex in Northeast China (NECV) by utilizing existing modern meteorological observation network and enhanced with various types of special equipment including airborne instruments, X-band dual polarimetric radar, millimeter wave radar, ground based microwave radiometer, and automatic rain gauge network. All data obtained will be analyzed and merged. Numerical simulations will be performed to replicate the observed NECV systems by improving initial conditions, data assimilations, model microphysics adjustment, and sensitivity experiments. Synoptic and dynamic diagnostic approaches will be applied to investigate the characteristics of dynamics, thermodynamics, and microphysics in deep convections in various stages of the NECV. Dominant physics process over different stages of NECV associated deep convections will be identified, in order to gain more in-depth understandings on the interaction of cloud microphysics and cloud dynamics and to provide theoretic foundation toward more accurate prediction of the NECV associated weather.

云的微观过程与宏观动力过程相互作用的机理一直是云降水物理研究领域乃至于气象科研领域的焦点问题之一。本项目拟以东北冷涡这一典型天气系统为载体，以气象事业现代化所建立的观测网为基础，辅以必要的特殊探测手段，如飞机入云观测、X波段多参量雷达、毫米波雷达、地基微波辐射计、雨强计网等，对东北冷涡进行全方位观测；在对不同观测手段能力认识的基础上，进行资料融合分析；利用数值模拟方法，通过对初始场的改进、实测资料的同化等技术、模式微物理过程的改进、敏感性试验等手段，对产生强对流的的冷涡过程进行再现模拟研究；利用已有的的各种天气学、动力学诊断方法进行理论分析，研究东北冷涡不同发展阶段，强对流系统的动力、热力学结构、微物理结构的异同；研究东北冷涡强对流系统不同发展阶段起主导作用的物理过程，丰富对云微物理过程与动力过程相互作用机理的认识，进而为东北冷涡期间强天气的预报提供理论基础。

云的微观过程与宏观动力过程相互作用的机理一直是云降水物理研究领域乃至于气象科研 领域的焦点问题之一。本项目以东北冷涡这一典型天气系统为载体，以气象事业现代化所建立的观测网为基础，辅以必要的特殊探测手段，如飞机入云观测、毫米波雷达、地基微波辐射计、雨强计网等，对东北冷涡进行全方位观测；在对不同观测手段能力认识的基础上，进行资料融合分析；利用数值模拟方法，通过对初始场的改进、实测资料的同化等技术、模式微物理过程的改进、敏感性试验等手段，对产生强对流的的冷涡过程进行再现模拟研究；利用已有的的各种天气学、动力学诊断方法进行理论分析，研究东北冷涡不同发展阶段，强对流系统的动力、热力学结构、微物理结构的异同；研究东北冷涡强对流系统不同发展阶段起主导作用的物理过程，丰富对云微物理过程与动力过程相互作用机理的认识，进而为东北冷涡期间强天气的预报提供理论基础。.本项目结合模式推导出利用尺度分析得到的强对流天气发生发展的必要条件，并选择典型东北冷涡背景下的飑线过程，以高精度水平网格距进行数值模拟和对比试验，验证理论结果的同时得到东北冷涡飑线形成的条件。利用NCEP分析资料、多普勒雷达观测资料、常规气象观测资料以及数值模拟结果，对多例发生在华北和东北地区的强飑线过程中后向入流的演变及成因进行研究。利用数值模拟的方法，讨论了利用微降水雷达雷达功率谱密度反演降水参数时，米散射效应、垂直气流对数浓度、雷达反射率、雨强和液态含水量等参数的影响。针对WRF模式中WDM6方案模拟结果雨滴数浓度及比含量偏大和雨滴平均直径偏小的问题，改进了WRF模式中WDM6微物理方案，对云凝结核活化、云滴蒸发以及雪、霰融化过程进行了修正。