冷涡背景下强对流天气特征及形成机理研究

冷涡是一种深厚的涡旋系统，移动缓慢，维持时间长，在维持少动和旋转的过程中，旋转下来的冷空气产生的突发性和局地性雷暴大风、短时强暴雨、冰雹和强雷电等气象灾害频繁发生，给人民生产生活和公共安全带来严重危害。然而这类天气的出现有许多不确定性。其突发性强，给预报带来很大的困难。本项目试图利用高性能计算机和日渐丰富的各种常规和非常规观测资料、更加精细化的再分析资料等，采用诊断和天气动力学理论相结合方法、数值模拟研究等研究冷涡背景下不同强对流天气过程的时空分布特征，引发强对流天气的冷涡天气系统发展演变规律及其与强对流天气过程的关系；探讨引发冷涡背景下的强对流天气的中尺度对流系统的启动机制、演变规律和结构特征；建立该类MCS的概念模型，为冷涡背景下强对流天气预报方法的研发及预报思路的建立提供理论依据，最大限度地提高这类强对流天气过程的预报准确率。

冷涡背景下的强对流天气具有许多不确定性，其突发性强，造成的灾害严重，预报准确率不高。本项目利用各种常规和非常规观测资料，采用诊断和天气动力学理论相结合方法、数值模拟研究等研究冷涡背景下不同强对流天气过程的时空分布特征，引发强对流天气的冷涡天气系统发展演变规律及其与强对流天气过程的关系；探讨引发冷涡背景下的强对流天气的中尺度对流系统（MCS）或中尺度对流涡旋（MCV）的启动机制、演变规律和结构特征；研究这类MCS或MCV特别是飑线系统与强对流天气事件的内在联系，为冷涡背景下强对流天气预报方法的研发及预报思路的建立提供理论依据，最大限度地提高这类强对流天气过程的预报准确率。主要研究结果：1、冷涡5月最多，9月最少。平均持续3.7天，主要形成在贝加尔湖东部在蒙古和东北地区。2、冷涡背景下的MCS通常产生东北和华北。6月最多，9月最少。MCS形成于下午和傍晚，夜间发展成熟，至凌晨-日出消散。多数是从西向东偏北移动，与中纬度西风带天气系统的移动路径基本一致。主要产生在冷涡的发展阶段。主要形成在冷涡的东南部。MβCS系统发展较MαCS系统快，持续的时间也较MαCS短。冷涡背景下MCS发生前具有有利的热动力、水汽和不稳定条件。最优抬升指数、最大对流有效位能、K指数；表征湿度的因子和近地面850hPa水汽通量散度；温度平流、涡度平流和垂直速度均为特征物理量。3、冷涡背景下连续降雹具有明显日变化。次数从西北向东南随高度递减，山区多于平原。能够发生在冷涡各个阶段，在成熟期站数最多，消亡期日平均站数却较大。主要位于偏南方约600-800km，不同移速冷涡产生的位置不同。建立京津冀地区降雹中尺度概念模型。分析深厚与浅薄冷涡背景下连续降雹特点。4、冷涡背景下的短时强降水主要集中在京、津和冀东南及东北平原，7月最多，午后至傍晚（15-20时）时段多发。强度20-30mm/h。各个时期都能产生短时强降水，发展时期最多。大都发生东南或西南。快速东移冷涡，降水区相对于冷涡中心点向西移动，而缓慢移动的冷涡在西南和东南方向一直有短时强降水。建立了冷涡背景下短时强降水天气学概念模型。5、冷涡背景下的飑线7月最多，日变化明显；主要形成在冷涡南部，在不同时期飑线形成的位置不同；飑线生成后主要向东移动；冷涡背景下飑线过程大都伴随短时强降水，主要形成方式为EA型。