青藏高原东移低涡降水精细化演变过程特征的模拟评估与改进研究

The Tibetan Plateau vortex (TPV) is an important rain-bearing synoptic system. But the numerical models can hardly simulate the evolutions of TPVs, which greatly affected the accuracy of rainfall prediction of the TPVs, even the entire Tibetan Plateau. The limitations in the cognition of the fine-scale rainfall features and the definition and attribution of the bias in the simulations mainly lead to the above situations. This proposal plans to process comprehensive and detailed assessments of model results using the fine-scale rainfall features in the evolution of TPVs, to enhance the understanding of the biases and to improve the simulations. The research contents of the project include: (1) Analyzing and classifying TPV processes by the hourly fine-scale rainfall features, building physical models for different stages of TPVs, and establishing metrics for model evaluation; (2) Evaluating the simulation of different stages of TPVs, designing sensitive experiments to understand the source of the biases, and putting forward an overall improvement scheme.

青藏高原东移低涡是影响我国广大地区产生暴雨等灾害性天气的重要系统，但目前数值模式对高原涡演变过程及降水的模拟能力仍十分有限，严重影响了高原涡甚至是整个高原下游降水的预报准确率。这与对高原涡降水精细化特征认识的局限性以及对模式降水模拟偏差判定和归因方法的局限性有关。本项目拟以高原涡发展不同阶段小时尺度降水演变过程特征为标准，对高原涡降水模拟结果进行细致评估，加深对模拟偏差的理解并提出改进方案。研究内容包括：（1）依据高原涡演变过程中降水小时尺度精细化特征及演变（如强度结构、空间均匀度、降水时间等），将高原涡发展过程分为不同阶段，给出物理模型并建立模式评估参照标准；（2）利用高分辨率区域模式设计数值试验，细致考察不同阶段高原涡降水与环流偏差特征，分别设计敏感性试验以确认偏差来源，给出改进方案。项目成果将有利于增强数值模式对高原涡降水模拟能力，为防灾减灾工作提供科技支撑。

项目按照原定计划开展了相关研究工作，完成了各项目标。本项目关注东移高原涡及其对应降水和环流系统的演变特征，首先对东移高原涡事件进行分析，揭示了其对应的以高层冷异常为主导的三维环流结构模型，建立了数值模式评估参照标准；完成了WRF模式的动力框架替换，实现了FY-3C/3D微波湿度计观测在WRF中的直接同化，且接入WRFDA系统，并通过一系列数值试验验证了新框架和新同化方案的合理性和有效性。进一步选取典型个例，设计环境场逼近试验、同化试验等敏感性试验，明确了高层温度以及风云卫星观测在东移高原涡模拟中的重要作用，提升了对模式对高原涡降水和环流场模拟能力的认识和理解。基于项目研究成果，发表学术论文11篇，其中SCI论文9篇，部分项目成果已在中国气象局《区域高分辨率数值预报检验评估业务规定》中应用。