夏季秦岭地形降水机理观测与模拟研究

Direct observation, combing with the statistical analysis and numerical simulation, is mainly used to investigate effects of thermodynamics and microphysics of aerosol for topographic precipitation. Profile observations from valley to mountain ridge will be carried out in the area of Qinling Mountains along its northern and southern slopes and northern slope of Bashan Mountains, the distribution of orographic precipitation will be completely obtained. Atmospheric circulation will classified by sounding and re-analysis data, combing with cloud microphysical observations of clouds at top of Mountain Huashan, 4 main types of microphysical properties and their topographic distribution of orographic clouds, and provide the basis for the model parametrization, which will be used to investigate the relationship between atmospheric circulation and stratification stability, and to further observationally study mechanism of orographic precipitation so as to provide the scientific basis, for the mountain disaster prevention and the rain enhancement. All the observation data will be used to validate the simulation results and constrain the WRF model. By adjusting the model parameters, the model simulation will be used to study the effects of atmospheric circulation and stratification stability, cloud microphysics as well as topography on the orographic precipitation, and finally to reveal the mechanism of orographic precipitation, and establish the basis for improving the model prediction in mountainous area.

采用观测为主、统计、模式模拟结合方法，研究地形降水热力、动力作用和云微物理影响。开展秦岭山区从谷底到山顶的剖面观测，涵盖秦岭南北坡、巴山北坡，完整地得到降水随地形高度分布特征；结合加密探空和再分析资料、华山云微物理等观测，了解地形云的云微物理特征，得到4种主要类型秦岭山区降水随地形高度分布、随时间演变特征，为防御山洪灾害、山区人工增雨提供科学依据；在华山开展云微物理观测，云底附近的云凝结核（CCN）、云滴谱，通过分类研究，建立不同热动力条件下CCN与云滴谱的关系，揭示不同条件下对云微物理影响；模拟机理研究，利用WRF-Chem模式从物理意义上验证、改进地形降水机制了解大气环流、云微物理、地形高度等对降水影响，为改善山区模式预报及参数化提供依据。

地形复杂性及其对气流的非线性强迫作用，导致对云降水认识不够全面，影响降水定量预报准确性。而地形云又是最为适宜的人工增雨云系，需深入了解其云微物理结构与降水形成过程。针对以上问题，本项目开展了针对秦岭地形降水热动力机制的研究；利用剖面观测以及高山云微物理观测，开展了秦岭云降水微物理特征研究；紧跟国际大气科学领域气溶胶-云-降水相互作用的热点科学问题，不断完善独创性的卫星反演技术，在利用卫星反演云滴数浓度（Nd）、云凝结核（CCN）等方面取得有效进展，建立了气溶胶-云-降水相互作用之间更为紧密联系的桥梁；在提高认识的基础上，开展了气溶胶间接效应的深度研究，并取得重要突破，大大扭转了原来被严重低估的气溶胶对海洋低云及其辐射强迫的影响。.通过秦岭6要素剖面观测、探空华山云微物理、卫星等的综合观测，结合再分析资料，深入分析了秦岭地形云的云微物理特征，发现了一些新的观测事实，对秦巴山区气象要素特别是降水垂直分布特征有了较全面认识。通过卫星反演和云微物理观测，研究了秦巴山区CCN特征和云滴谱特征，揭示了气溶胶对云的微物理影响，为云微物理参数化提供观测基础。利用14时加密探空和再分析资料对大气环流进行分类，分析了东风气流，西风气流，东部西风、西部东风气流，南风气流等4种低层主导气流下的热动力条件。分析了秦巴山区最大降水、最大雨强发生高度，与地形关系和与大气环流的联系，为防御山洪灾害、山区人工增雨、改善山区模式预报及参数化提供了依据。以海洋性层积云作为研究云辐射效应的代表云系，分析了Nd、云降水形成过程、云量、气象条件等与云辐射强迫之间的相互关系，揭示了气溶胶的间接气候效应，研究成果在《Science》上发表，把气溶胶的间接气候效应研究推到了一个崭新高度。对于量化气溶胶引起的气候间接效应，人类活动引起气候变化以及未来气候预估等具有重要意义。项目共发表研究论文9篇，其中5篇SCI，4篇国内核心期刊。