长江中下游日对流降水的启动、组织和维持机理研究

长江中下游是我国对流暴雨洪涝灾害频发地之一，但目前中尺度数值模式对该流域对流暴雨事件的预报水平还很低，这很大程度上归咎于对流降水日变化在模式中不能得到合理的模拟。本项目针对该流域对流降水在午后至傍晚和午夜至清晨存在降水峰值的观测事实，选取对流降水日变化典型事件，利用地面和探空加密资料、GPS水汽、风廓线、卫星和雷达等观测资料以及再分析资料，分析与对流降水密切相关物理量（包括环境场）的水平和垂直分布及其日变化的主要观测特征；在此基础上，进行实际个例模拟和敏感性试验，并有针对性地开展理想数值研究，揭示该流域复杂中小尺度地形的热力动力效应在日对流降水启动中的作用及其相对重要性，研究环境场及其日变化在零散对流组织发展成长生命史的中尺度对流系统并造成该流域午夜至清晨降水峰值中的作用及其主要物理机制；最后概括出该流域对流降水日变化的物理图像，并为暴雨数值模式中对流降水日变化的模拟改进提供科学依据。

本项目通过观测分析、云分辨尺度数值模拟、数值敏感性试验以及理想数值研究等方法，深入探讨了长江（中下游）流域大气和对流降水日变化的特征、大气日变化对暴雨中尺度对流系统发生发展的影响以及日对流降水的启动、组织和维持的物理机理等，主要完成了以下研究内容：（1）分析了长江中下游大气探空物理量的日变化特征以及地面要素的日变化特征以及大气日变化对对流降水发生发展的可能影响；（2）通过理想数值试验研究了大气日变化对地形对流降水发生发展的影响，并探讨了上游地形扰动对下游地形对流降水的可能影响；（3）利用典型梅雨锋暴雨个例，研究了大气日变化对暴雨中尺度对流系统启动、组织和维持的影响；（4）利用复杂地形区中尺度对流系统引发局地特大暴雨的个例，研究了大气日变化-低空急流-暴雨中尺度对流系统间相互作用的内在物理机制；（5）探讨了长江上游（四川盆地）夜间强降水形成的物理机制；（6）对江淮流域夜间降水峰值特征及其成因进行了分析，并开展了积云分辨尺度数值模拟；对青藏高原中部午后降水峰值和南部夜间降水峰值进行了积云分辨尺度数值模拟，并对其形成物理机制进行了解释。（7）对华南前后汛期的降水日变化特征进行了分析，开展了数值模拟研究，并探讨了日变化形成的主要物理原因。主要研究进展如下：（1）提出了边界层振荡-低空急流-暴雨的耦合发展机制，解释了暴雨中尺度对流系统在夜间至清晨发生发展的观测事实；（2）指出了大气日变化对中尺度对流系统组织化影响的主要物理机制，发现夜间稳定均匀的大气边界层是对流组织发展成线状中尺度对流系统的主要原因；（3）提出了太阳辐射日变化位相与移近的天气尺度强迫在时间上的耦合（锁相），是长江上游零散对流在夜间组织化发展成长时间维持的中尺度对流系统的重要原因；（4）发现夜间至清晨附近的大气层结有利于对流降水的激发，即夜间至清晨的大气探空在地形下游激发出强对流降水，而其它时间大气探空模拟的地形下游降水很弱，部分解释了长江中下游夜间至清晨梅雨锋上激发出强对流降水的观测事实；（5）提出了梅雨锋上暴雨中尺度对流系统长时间准静止维持的主要动力机制，即梅雨锋上对流降水系统产生的地面冷出流与环境气流达到一定的准平衡状态是中尺度对流系统的长时间准静止维持机制。本项目取得的主要研究成果为：在国内国际学术期刊上发表科技论文23篇，其中SCI（E）论文4篇，一级核心论文12篇，二级核心论文7篇。