夏季大别山地区中尺度涡旋的频发机理及其对背景场的反馈

The regions surrounding the Dabie Mountain are one of the most important two mesoscale vortex sources over the Yangtze River Basin during the summertime. The mesoscale Dabie vortex (DBV) that forms around the Dabie Mountain is an important trigger for many types of high impact weather (e.g., torrential rainfall, lightning, thunderstorms, windy weather, etc.). Therefore, special attention should be paid to these vortices. Thus far, most of the researches on the DBVs are case studies, which lack the ability to reveal their climatological and statistical features. The mechanisms accounting for why the Dabie Mountain can form a vortex source remain unclear. The interactions between the DBVs and their background circulations, particularly the feedback effects of the DBVs on their background circulations are rarely investigated. As mentioned above, this project will show main climatological and statistical features of the DBVs by a comprehensive analysis based on the CFSR dataset, station observation and the satellite precipitation estimate. This project will focus on the mechanisms accounting for the frequent occurrence of the DBVs, and a comparison between the DBV and the southwest vortex will also be conducted. Quantitative diagnoses based on the temporal and spatial separation methods will be used to analyze the interaction between the DBV and its background circulations. A corresponding schematic illustration will be constructed to reveal the dynamical and thermodynamical mechanisms underlying the interactions. This project is helpful to enhance the understanding of mesoscale vortices over the Yangtze River Basin, furthermore, it can also be used as a useful reference for related vortex studies and disastrous weather forecasting.

夏季，大别山地区是长江流域中尺度涡旋最重要的两个源地之一。初生于此的中尺度涡旋（简称大别山涡）常常引发暴雨、雷电、大风等多种高影响天气，致灾性不亚于西南涡，同时具有不同于西南涡的鲜明特征，值得深入研究。目前，对于大别山涡的研究多为个例研究，缺乏对其统计特征的系统表述；大别山地区之所以成为一个重要涡旋源区的原因未明；此外，大别山涡与其背景场之间的相互作用，特别是其对背景场的反馈作用罕有研究。鉴于此，本项目拟利用近三十五年的CFSR再分析资料结合多种观测资料，揭示大别山涡的主要统计特征及各类灾害天气的发生象限和概率；利用数值试验和动力诊断相结合的方法揭示大别山地区涡旋频发的原因，并对比其与西南涡频发机理的异同；利用基于时、空尺度分离的诊断方法定量计算大别山涡对其背景场的反馈并揭示其内在机理。本项研究有助于深化对长江流域中尺度涡旋的认识，从而为相关的涡旋理论研究和灾害天气预报提供一定参考。

大别山及其周边地区是长江流域中尺度涡旋最重要的两个源地之一。初生于此的大别山涡常常引发暴雨、闪电、大风等多种高影响天气，致灾性强、成灾频繁，值得深入研究。然而，目前对大别山涡的研究仍缺乏对其统计特征的系统表述；大别山及其周边地区之所以成为一个重要涡旋源地的原因未明；且大别山涡与其背景场之间的相互作用，特别是其反馈作用研究尚少。鉴于此，本项目开展了对大别山涡的系统研究，在一定程度上弥补了现有研究的不足，取得的主要成果如下：（1）发展了具有实际业务应用前景的全新高精度中尺度涡旋客观识别算法。（2）建立了1979-2020年共42个暖季（5-9月）的大别山涡活动综合数据集，这为深入研究大别山涡提供了有力的数据支持。（3）发现大别山涡在1991-2000年以及2009-2015年两个时期内呈现出显著的增长趋势，该增长趋势主要由大别山及其周边地区辐合的增强趋势所主导，这对理解全球变化条件下我国中尺度涡旋相关灾害的变化具有较重要的科学意义。（4）揭示了大别山涡高发、平发、低发三类年份背景场环流的主要特征及异同，发现更深的对流层中层西风带短波槽与更强的低空急流是大别山涡高发年份的主要特征，这为我国长江流域降水的季节预报提供了有益的参考。（5）首度揭示了大别山涡的频发主要受青藏高原以东短波槽与长江流域东西向横槽相互叠加的影响，而受大别山及其周边地区的地形及水系分布的影响较小，这为大别山涡的预报提供了参考。（6）定量地揭示了大别山涡与其背景场之间的相互作用，厘清了背景场中不同信号对大别山涡的作用，并建立了大别山涡动力、热力反馈的物理图像，这在一定程度上深化了对涡旋相关多尺度相互作用的理解。（7）发现大别山涡频发的气候反馈效应主要影响长江流域，使得该地区高层辐散增强、中层的短波槽加深、低层急流与水平辐合增强、近地面冷池增强，从而最终导致该地区的降水显著增加。（8）以知识产权形式取得的成果为SCI文章14篇，核心文章6篇，国家发明专利2项。