华南地区典型飑线系统三维结构及维持机制的雷达观测研究

Squall line, a typical mesoscale convective system, attracts lots of attention from both operational and research commuinities because of its severe weather and well-organized structure. Due to the lack of fine observations, we only have limited knowledge about the archetype and dynamic structure of squall lines in China. Recently, radar and automatic station observation network have been established. They provide a great chance for the research communities to study the suqall lines. The purpose of this project is to study the general characteristics of squall lines based on the radar and automatic station observations. The work will be done in two steps. First, the radar observation data will be collected, typical squall lines of each archetype will be chosen, and they will be investigated using Dual-Doppler Radar data.3D-dynamic and thermo-dynamic structure of the squall lines will be retrieved. Mechanisms for maintenance of the squall line will be further examined by mass and momentum budget analysis based on the thermo-dynamic retrieval and Dual-Doppler wind analyis results.Secondly, radar data will be assimilated to reappear the squall-line. As a supplementary of observations, simulation results will be used to analysis detail squall-line structure and maintain mechanism.

飑线系统是我国华南地区多发的中尺度对流系统,具有突发性、移动速度快的特点，系统过境时常伴随大风冰雹等灾害性天气。但目前为止，对于飑线系统的三维动力结构特征和维持机制仍相当有限。本课题首先根据常规探空及自动站资料分析飑线系统发生的必要环境条件和地面中尺度特征。并重点借助雷资料，结合单、双多普勒雷达反演技术对近年来发生在华南地区的飑线系统三维动力和热力场进行分析，并结合数值模式，通过动量质量诊断方式进一步讨论系统维持机制。

本项目针对2007年04月23日发生于华南地区的一次飑线过程，使用高时空分辨率的雷达资料对此次过程进行研究。首先使用观测资料分析了对此次飑线过程的发生、发展及成熟期的回波结构特征。其次，改进雷达反射率同化方法，通过数值模式对此次飑线系统进行预报，为动力学分析奠定基础。. 成熟时期的飑线系统包括对流区、层云区和过渡带。数值模拟中，飑线的层云区和移动速度往往是预报难点。近年来，随着微物理方案的深入研究，对流参数化方案由单参数方案发展至双参数甚至于三参数方案。国内外研究结果表明，双参数方案相对于单参数方案，能够更好的预报对流系统内部的水物质分布、冷池和对流结构。针对飑线系统使用双参数方案进行预报时，能够捕捉到飑线的层云区，获得更准确的系统移动速度等。如何让雷达资料的同化模块正确初始化数值模式中的双参数方案是当前研究的重要议题之一。. 针对该问题，我们提出根据外场极化雷达对降水粒子的划分原则，在云分析同化雷达资料中增加霰分类，完善云分析粒子分类类型；采用根据含水量对雨滴谱中截断参数的诊断方法，将目前仅限于应用于单参数微物理对流参数化方案的云分析方案扩展至双参数方案。实验结果表明，当使用新方案同化反射率和双参数化方案进行预报时，分析场与观测间的偏差减小。预报中能够获得明显的对流区、层云区和过渡带；霰的加入提高了对极端降水的预报能力。