我国江淮流域形成地面大风的线状对流系统的结构特征研究

我国春夏季节强对流天气发生频繁，然而我国对造成强对流的中尺度系统缺乏系统的研究，预报难度很大。本项目首先收集近几年的强对流天气发生时的雷达、卫星和地面观测资料等，利用这些资料统计我国江淮流域造成强天气，特别是产生地面大风的线状中尺度对流系统（QLCS）的生命史、传播速度和路径等分布特征，通过大量个例的合成研究给出此类系统形成的环流背景和关键环境要素条件。在统计研究的基础上，利用雷达观测、地面自动站等高分辨资料分析产生地面大风的线状中尺度对流系统（QLCS）的结构特征，同时，对典型个例进行数值模拟，利用模拟结果细化此类线状中尺度对流系统（QLCS）的结构特征及其可能的发展机理，特别是地面大风的形成机理；综合观测分析和数值模拟结果研究，发展我国江淮流域造成大风灾害天气的线状中尺度对流系统（QLCS）的物理概念模型。本研究不仅对我国的中尺度气象学的发展有意义，而且可能为实际的业务预报提供参考。

本研究利用雷达、卫星和地面观测资料等统计我国江淮流域造成强对流天气的线状中尺度对流系统（QLCS）的特征，给出不同类型QLCS系统形成的环流背景、关键环境要素条件；利用雷达观测和数值模拟结果给出此类线状中尺度对流系统（QLCS）的结构特征及可能的发展机理，特别是地面大风的形成机理。主要的研究结果如下：（1）将6-9月份发生在江淮和黄淮流域的中尺度对流系统按照雷达形态线状回波分为无层云的线状系统（NS），前部层状云的线状系统（LS），嵌入型线状系统（EL），后部层状云的线状系统（TS），平行层状云线状系统（PS）和弓状回波（BE）。其中BE类型是所有类型中产生强对流天气最强的类型。根据整层可降水量小于或大于等于50 mm将这些个例发生的环境分成干环境和湿环境。干环境下发生强对流的天气形势可以分为槽后型和副高边缘型，湿环境下的天气形势可分为槽前型、副高边缘型和槽后型。湿环境下有明显的暖湿区配合，槽前型发生的概率最高，地面系统较为复杂，而干环境下在本研究的个例中无槽前型发生，干环境下槽后型的发生概率较高。. 对产生地面大风的强飑线过程（弓状回波）的结构和大风形成机制的研究发现在系统成熟阶段地面存在明显的雷暴高压、冷池、出流边界、尾流低压等特征，在发展阶段和成熟阶段对流区有比较强烈的下沉气流，系统的后部的中层入流可能会加强这个下沉气流。中层入流是地面大风形成的重要原因之一；垂直于飑线系统主要有三股气流，包括从飑线前部向后的入流和中层从后部到前部的入流，以及前部的低层入流到高层的出流。通过水汽试验表明，水汽的垂直分布线状对流的组织结构和强度有很显著的影响。中层的干空气（即“上干下湿”的层结）有利于线状回波和雷暴大风的形成，对雷暴高压的增强、地面风速的增强有重要作用，但不利于整个对流系统的长时间维持。在保持整层水汽含量不变的情况下，线状对流易发生在中层干、低层(特别是850 hPa以下)湿的环境中。尽管地面大风的形成和强度受很多动力、热力因子影响，但环境场中的水汽含量，会影响对流的组织形态、维持时间和强度，从而影响下沉气流和冷池的强度和地面风速。