高原切变线与高原低涡相互作用的动力学机理研究

The Tibetan Plateau shear line (TPSL) is usually accompanied the Tibetan Plateau vortex (TPV)，this phenomenon is one of the assembled weather systems over the Tibetan Plateau (TP) and its surrounding areas. This assembled system plays a very important role in the high impact weather process in the TP and East China, however it is not clear for the relationship and the physical mechanism of the interaction between TPSLs and TPVs as well as some high impact weather initiated by them. We plan to answer this interesting question involved in a dynamic mechanism of the interaction between TPSLs and TPVs mainly based on the theoretical study related to the wave analysis and the wave- current interaction, combining other methods such as weather statics, diagnostic analysis and numerical experiment. It is extremely useful to better understand the activity rule of the TPSL-TPV and their impacts on the strong precipitation, and to put forward a formation mechanism of the TPVs induced by the TPSLs. The results will contribute to reveal the structures and conversions of physical fields like divergence, vorticity, deformation, energy etc. in the interaction of TPSLs and TPVs, and to know the mechanism of the interaction between TPSLs and TPVs from the dynamic behaviors of systems. Therefore this project is really quite import for theoretical development of weather dynamics of the TP, and expected to provide a theoretical guide for severe weather analysis and forecast over the TP and its neighborhood.

高原低涡、切变线是高原及周边地区一类常见的天气组合系统，对高原以及我国东部的灾害性天气有重要影响，但对这两类高原低值系统之间关系的理论认识分歧较大，两者相互作用进而引发高影响天气过程的物理机理尚不清楚。我们拟采用基于波动分析和波流相互作用等动力学理论研究为主，并结合天气统计、诊断计算、数值试验等方法手段，探索高原切变线与高原低涡相互作用的动力学机理这一科学问题，以加深对高原低涡、切变线活动规律及其影响下降水特征的认识，阐明高原切变线诱发高原低涡的动力学机理。研究结果有助于揭示高原切变线与高原低涡相互作用过程中散度、涡度、变形、能量等动力学物理量场的结构特征与转化途径，从动力学本质上认识高原切变线与高原低涡相互作用的物理机理。本研究对推动青藏高原天气动力学的理论发展具有重要科学意义，可为高原灾害性天气分析预报的应用实践提供理论指导。

高原切变线与高原低涡均为青藏高原及周边地区极具特色而十分重要的中尺度灾害性天气系统，两者往往伴随出现并且协同对高原以及下游地区产生重要天气影响。虽同属高原低值天气系统，但两者的形态迥异，人们对两者关系的认识分歧较大，一种观点认为高原切变线可以激发或诱发高原低涡(先线后涡)，而另一种观点却认为高原低涡是高原切变线形成的基础(先涡后线)，天气预报员则笼统称之为“低涡切变”，并且两者相互作用的机理也不清楚。本项目在统计高原切变线的观测事实，摸清高原低涡、切变线的活动规律及其降水特征的基础上，进行高原低涡、切变线天气动力学诊断计算分析，揭示高原切变线与高原低涡相互作用过程中物理量场的基本特征与转化规律；开展高原切变线、高原低涡相互作用过程的高分辩数值模拟，对动力、热力和水汽影响因子进行数值敏感试验；通过高原切变线影响高原低涡发生发展的波动理论研究，重点提出高原切变线诱发高原低涡的动力学机理，并探讨高原低涡发展对高原切变线维持和移动的影响。通过四年系统性研究，本项目揭示了高原切变线与高原低涡相互作用造成强降水天气过程的动力学结构特征与演化规律，可为该类天气的业务预报提供技术方法的参考、借鉴。阐明了高原切变线上波动形成进而影响高原低涡发生发展的物理机制，并探讨了高原低涡发展对高原切变线维持和移动的影响，为高原切变线与高原低涡相互作用这一科学问题提供机理解释，在理论上获得了新认识。项目构建了近30年高原低涡、近11年高原切变线以及近12年高原低涡与高原切变线伴随出现的三套数据集，可为今后相关研究提供基础数据。综上，本项目揭示了高原切变线与高原低涡相互转化的条件和途径，提出高原切变线与高原低涡相互作用的物理机理，初步解开了高原低涡与高原切变线关系之谜，提升了对高原天气系统的科学认知水平，对高原天气系统的影响及其灾害的预报、预警亦有应用价值。