梅雨期大别山地区中尺度涡旋的活动特征及演变机理研究

Dabie mountain is an important source for mesoscale vortcices during the meiyu period. More than a half of the Dabie mountain vortices (DBV) produce heavy rainfall events, which sometimes cause severe floods in the Yangtze-Haihe River Basin, therefore the DBV should be paid special attention to. However, till now, studies on the DBV are not enough, besides, the researches on the DBV mainly focused on individual cases, thus a more comprehensive and thorough study is really necessary. This project application will firstly examine the activities of the DBVs during the meiyu period of 2000-2011 based on the NCEP/CFS data, routine observations, intensive observations, and the observations from the rainstorm scientific experiments; then classify the DBVs reasonably ; and finally make thorough studies on the environmental conditions, structure, maintaining and precipitation mechanisms of the DBV. Comparison between the DBV and the mesoscale convective vortex in North America as well as other kinds of mesoscale vortices in China will be made. An conceptual model of the DBV will be created based on the observations and results of dynamical diagnoses, which would be beneficial to the forecasting of heavy rainfall events associated with the DBVs.

大别山地区是梅雨期江淮流域中尺度涡旋的重要源地，半数以上的大别山地区中尺度涡旋（简称大别山涡）引发了强降水，造成了严重的洪涝灾害，因而此类涡旋值得重点关注。我国对大别山涡的研究不多，且主要为个例研究，不够系统和深入，因而需要进一步开展研究。本项目拟采用NCEP/CFS资料，结合多种常规、非常规观测资料以及我国暴雨野外科学试验的外场资料较系统地研究2000-2011年梅雨期大别山涡的活动特征，进而对之分类，然后针对每类大别山涡采用合成分析与典型个例分析相结合的方法从共性和个性上较全面地揭示各类大别山涡的环境场条件、结构特征、发生发展演变机理、引发强降水的机制及与梅雨锋的相互作用。对比大别山涡与北美中尺度对流涡旋以及我国其他类中尺度涡旋的异同，建立以观测事实为基础的梅雨期各类大别山涡环境、结构、演变机理及引发降水的物理模型，从而为大别山涡暴雨的预报提供一定的科学依据，达到防灾、减灾的目的。

中尺度涡旋是造成我国长江流域洪涝灾害的重要天气系统之一，西南低涡已经广为所知，然而，产生于长江中下游地区的其它类中尺度涡旋却鲜有系统的研究。基于此，本项目利用2000～2013年夏季（6～8月）NCEP 六小时一次，水平分辨率为0.5度的CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）再分析数据结合3小时一次的地面观测数据以及12小时一次的探空数据对产生于大别山周边地区的中尺度涡旋（大别山涡）进行了识别，共统计得到了513例涡旋，其平均的月频数为12.2，这表明大别山涡是一类高发的涡旋系统。结合地面观测的分析表明，约有92％的大别山涡产生了降水，引发雷暴的大别山涡约为83%，这表明大别山涡的致灾性不容忽视。绝大多数的大别山涡是短生命史的涡旋，维持时间超过12小时的个例仅为100例，约占总数的19.5%。大别山涡主要位于对流层的中低层，其中心层次约位于850 hPa，水平尺度上属于中-α 尺度的系统。大别山涡具有很强的移动性，偏东路径和东北路径是其主要的移动路径，最远它可以影响到我国东北、朝鲜半岛以及日本的本土。相比于西南低涡，大别山涡的发生频数略低，垂直层次更低，水平尺度更大，强度更强，维持更长，引发降水更强。 .在十四年涡旋统计的基础上，根据涡旋生成前地面气压场和降水的特征，对大别山涡分别进行了分类对比和合成。研究表明，水汽凝结潜热释放与大别山涡的三维结构、强度和生命史演变密切相关；大别山涡的各个象限都有着显著的不均匀性，其中涡旋移动的前方和右侧是有利于涡旋发展和降水发生的区域，而涡旋移向的后方和左侧则有着相反的特征。辐合作用是大别山涡发展和维持的主导因子，而倾斜项的作用则是涡旋消亡的主要因子。长生命史的大别山涡有着较强的斜压性，斜压能量转换是其长时间维持的主要能量来源；而正压能量转换起初有利于大别山涡的发展和维持，后期则主要导致了涡旋的消亡。.利用中尺度数值模式WRF的理想实验表明，位于我国二级地形东部边缘的500 hPa短波背风槽以及位于我国江淮流域的对流层低层横槽及其切变线是大别山涡生成的必要条件。他们分别决定了大别山涡的经度和纬度。凝结潜热释放不是大别山涡生成的必要条件，但它是大别山涡长生命史维持的必要条件。夜间的低空急流活动会大大增强大别山涡南部的辐合和对流活动，这两个因子又大大增强了大别山涡的强度，延长了其生命史。