国家973“南方致洪暴雨”项目组建跨课题的中尺度强对流天气系统综合分析研究组

国家973“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究”页目（简称“南方致洪暴雨”项目）实施1年以来，在中尺度暴雨系统的研究与典型暴雨过程的分析上做了大量的工作。为了整合研究力量，加强研究积累，提高中尺度暴雨的机理和结构分析研究水平；同时为了配合2007年实施的我国南方暴雨野外科学试验的资料分析研究工作，项目组建了中尺度强对流天气系统综合分析研究组，研究组由项目首席科学家张人禾研究员、倪允琪教授、张大林教授、谈哲敏教授和张庆红博士、孙建华博士、张福清博士共30余人组成，我国著名科学家陶诗言院士任科学顾问。     

“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究”通过中期评估并获高度评价

由中国气象科学研究院承担的国家重点基础研究发展规划项目“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究”圆满完成项目任务书规定的研究任务，于2006年12月11～12日顺利通过了中期评估，并获得高度评价。经过研究人员两年的努力，已经在南方致洪暴雨的中尺度结构、机理以及监测与预报理论和方法研究方面取得重要进展，研究成果显示出良好的业务应用前景，圆满完成了头两年任务书所规定的目标与任务，为后3年的研究奠定了良好的基础。     

中国长江中下游梅雨锋暴雨形成机理以及监测与预测理论和方法研究

国家重点基础研究发展规划项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”经过项目全体科学家的 5a研究 ,取得了一系列重要的研究成果 :(1)提出了基于多种实时观测资料的梅雨锋暴雨的多尺度物理模型 ;(2 )建立了梅雨锋暴雨的天气学模型 ;(3)梅雨锋是由多个不同尺度系统构成的梅雨锋系 ,它具有介于温带锋系结构与热带辐合带结构之间的副热带锋系结构 ,在长江中下游有时可表现为双锋结构。锋前的湿物理过程与锋上强对流系统发展形成的正反馈过程以及梅雨锋系的不同尺度系统的相互作用是梅雨锋维持与发展的重要机制 ;(4 )提出了多种中尺度暴雨的定量卫星遥感反演理论和方法 ,并形成一系列新的反演产品 ;(5 )成功地研究了双多普勒雷达同步探测和反演中尺度暴雨三维结构的理论和方法 ;(6 )发展了配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值预报模式系统 ,在 2 0 0 3年淮河抗洪救灾中发挥了积极作用。上述研究成果表明该项目已经圆满地完成了预定的目标与任务。     

中尺度气象学研究与中国气象科学研究院

近50年来, 中尺度气象学研究一直是中国气象科学研究院的首要课题。早在1963年, 中国气象科学研究院就开始参与主持国内首次长江三角洲地区中尺度气象学试验。此后, 又先后主持了“京津冀灾害性天气监测和超短期预报基地” (1986—1990年)、“海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究” (1997—2003年)、“我国重大天气灾害形成机理与预测研究” (1998—2003年) 以及“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究” (2004—2009年) 等国家重大科技项目。在这些项目中, 中国气象科学研究院与有关单位密切合作, 独立自主地完成了数字天气雷达系统、多普勒天气雷达系统、车载多普勒天气雷达系统、风廓线雷达系统、全自动扫描双通道微波辐射计、自动气象站网、中尺度气象资料自动收集、处理、分析及显示集成系统等研制工作, 并且研制发展了中尺度非静力大气数值预报模式。利用现代中尺度大气探测网, 组织实施了多次中尺度暴雨等大气综合观测试验, 取得了丰富的中尺度观测资料, 为我国中尺度气象发展奠定重要的科学与技术基础, 做出了重大贡献, 先后获得了16项国家科技奖励。     

长江中下游一次非典型梅雨锋中尺度暴雨过程的分析研究

利用T10 6物理分析资料、地面与高空加密观测资料和TBB资料对 2 0 0 1年汛期一次非典型的梅雨锋中尺度暴雨过程进行天气学和动力学诊断分析 ,并与 1998年典型的梅雨锋中尺度暴雨过程作一些比较。首先分析了该次暴雨过程的大尺度背景场 ,发现与 1998年典型的梅雨锋形势不同的是 ,5 0 0hPa环流形势表现为贝加尔湖地区是阻塞高压 (阻高 ) ,南海季风涌形式不明显 ,南亚高压位置偏东南 ,高空辐散气流较弱。接着对该暴雨系统的结构进行诊断分析 ,揭示了该非典型梅雨锋中尺度暴雨系统的三维结构 ,包括各物理量如涡度、散度、假相当位温、水汽的通量以及湿位涡等的结构特征。分析表明 ,总体来说 ,该次暴雨过程的强度要比 1998年典型的梅雨锋暴雨要弱 ,相应的各物理量的三维结构与 1998年典型的梅雨锋中尺度暴雨系统的三维结构相比有明显差异。     

我国长江中下游梅雨锋暴雨研究的进展

我国长江中下游梅雨锋暴雨研究在最近五年中取得了明显的进展,其中有：第一,提出了基于多种实时观测资料的梅雨锋暴雨的多尺度物理模型;第二,建立了梅雨锋暴雨的天气学模型;第三,提出了梅雨锋的详实结构及其维持机理;第四,提出了多种中尺度暴雨的定量卫星遥感反演理论和方法,并形成一系列新的反演产品;第五,成功地研究了双多普勒雷达同步探测和反演中尺度暴雨三维结构的理论和方法;第六,发展了配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值预报模式系统,在2003年淮河抗洪救灾中发挥了积极作用。     

用双多普勒雷达反演降水系统三维风场试验研究

双多普勒雷达是探测云和降水三维风场比较有效的手段 ,双多普勒雷达同步观测可以获取到散射体两个方向的径向速度资料 ,这两个方向的风场资料与其他约束条件如质量连续方程结合就可以得到风场的三维结构[1～ 3] ,双多普勒雷达已经应用于龙卷、对流云等中尺度风场的探测和分析以及大型活动的气象保障中。为了研究我国长江流域梅雨锋暴雨的三维中尺度结构 ,2 0 0 1年 6～ 7月 973“中国暴雨试验研究”项目在长江中游和下游开展了梅雨锋暴雨的外场试验 ,在合肥、马鞍山和宜昌、荆州设置了两个双多普勒雷达观测系统 ,以获取暴雨系统的三维结构 ,…     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究若干进展

梅雨锋暴雨中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,对其结构特征、活动规律及其发生发展的物理机制的深入研究,对提高梅雨锋暴雨的预报能力有重大意义。近年来对梅雨锋暴雨中尺度对流系统的研究取得了很大进展,文章对梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究的若干进展作了简要综述,包括梅雨锋暴雨云系多尺度结构、梅雨锋暴雨的β和γ中尺度系统发生发展的环境条件和结构、云微物理分布和转化特征及其对热力动力过程反馈等方面,并对有关问题进行讨论。     

梅雨锋对引发暴雨的中尺度对流系统发生发展影响的研究

针对梅雨锋(湿度锋)上或附近偏南暖湿气流一侧中尺度对流系统不断发生发展和长时间维持而引发长江流域暴雨的观测事实,利用中尺度数值预报模式WRF(V3.1.1)设计了一系列三维理想数值试验,研究了梅雨锋两侧自身水汽差异效应,探讨了基本气流和风垂直切变对梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的影响,揭示了梅雨锋对中尺度对流系统的组织...     

梅雨锋暴雨的Doppler雷达观测研究:中尺度对流回波系统的结构和特征

详细分析了１９９１年７月９日发生在江淮地区的一次梅雨锋大暴雨过程,研究了梅雨锋中尺度对流回波系统的形态、结构以及与它相伴随的中尺度天气系统,提出了梅雨锋内弱的低层辐合下暴雨对流回波的中尺度回波增强区（ＭＥＥＲ）概念,并与台湾地区中尺度试验（ＴＡＭＥＸ）中的梅雨锋暴雨研究结果作了比较     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

Study on Formation Mechanisms of Heavy Rainfall Within the Meiyu Along the Mid-Lower Yangtze River and Theories and Methods of Their Detection and Prediction

As the project of National Key Basic Research Development Program: Research on Formation Mechanisms and Predictive Theories of Major Weather Disasters in China has been fulfilled by 5-yr efforts of Chinese scientists, achieving results of great significance are as follows: 1) development of multi-scale physical models for Meiyu frontal heavy rainfall based on a range of real-time observations; 2) construction of synoptic models for such heavy rainfall; 3) the Meiyu front found to consist of multi-scale systems that represent a subtropical front, which shears structural features of an extratropical front and ITCZ, displaying sometimes a bi-front feature in the mid-lower Yangtze Basin (MLYB). The positive feedback between pre-frontal wet physical processes and over-front strong convective activities as well as interactions among multi-scale systems of the Meiyu front act as the important mechanism for the maintenance and development of the Meiyu front; 4) proposal of theories and methods for quantitative retrieval of multiple mesoscale torrential rains from satellite remote sensings, leading to a line of products; 5) investigation of applicable theories and techniques for retrieving the heavy rainfall system's 3D structure from dual-Doppler synchronous detectings; and 6) development of a system for meso heavy rainfall numerical prediction models with a 3D variational data assimilation scheme included, a tool that played an active role in flood combating and relief activities over the Huaihe River Basin (HRB) in 2003.     

121 a 梅雨序列及其时变特征分析

对2001--2005年长江中下游梅雨期进行了划分。确定的梅雨参数包括梅雨集中期、梅雨长度、梅雨量、梅雨强度、入梅日期和出梅日期等。然后对1885--2005年共121a的长江中下游5站逐年的梅雨参数进行时间演变分析。从各梅雨参数趋势变化上可估计,在未来10a里,梅雨量仍将偏多,梅雨长度将偏长,入梅日期将偏早,出梅日期也将偏早。对梅雨参数进行Morlet小波分析得出,从1980s开始,入梅日期和出梅日期都出现明显的2～3a和6a的年际振荡周期;入梅日期还出现明显的12a左右的年代周期,出梅日期出现了16a左右的年代际周期。进入1990s后,梅雨长度出现了8a的年际周期,梅雨量则出现明显的4a和8a的年际周期以及一个近16a的年代际周期。     

近50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝特征对比分析

利用全国160站逐月降水资料,统计分析了1951～2000年50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝事件的分布特征,结果表明:近50年无论是华南前汛期降水、江淮梅雨还是华北雨季,旱(涝)事件频率相当,华南和江淮洪涝强度大于干旱强度,华北干旱与洪涝强度相当,华南前汛期降水和华北雨季总体呈趋旱的趋势,而江淮梅雨呈趋涝的趋势;华南前汛期降水年际变化最为显著,江淮梅雨次之,华北雨季最弱,年代际变化的情况正好相反;从同期500 hPa高度场来看,华南前汛期降水多少与其北侧有无低值系统向南发展关系密切,江淮梅雨和华北雨季均与副高相关显著,不同在于前者还和鄂霍茨克阻塞高压呈显著正相关,而后者受其西北侧中高纬地区的环流影响较大;从前期海温来看,华北雨季与大西洋西部和北太平洋海温关系比华南前汛期降水和江淮梅雨更为密切,江淮梅雨与中国近海海温相关关系最为显著,而华南前汛期降水与孟加拉湾附近海温相关最明显.     

武汉地区少梅年一次局地强降水中尺度系统 特征的分析

2000年以来长江流域未见到很典型的梅雨暴雨,尽管如此,所谓"不典型"的区域性致洪暴雨仍时有发生,甚至造成严重洪涝。利用NCEP资料、常规和SCHeREX计划期间的6h一次的高空探测资料和大量的地面自动站资料、多普勒雷达、FY-2C卫星黑体温度资料及NOAA的CMORPH资料,分析了2009年6月29日00:00(协调世界时,下同)至30日00:00引发武汉严重洪涝的强降水。结果表明,尽管中高纬环流和槽脊系统有"错位"现象,但东亚地区鞍形场的存在有利于高原东侧中尺度低压(扰动)的发生发展。随着高原槽东移和西太平洋副热带高压突然西伸,在四川—重庆地区诱生出中尺度涡旋及明显的低空急流,同时上层冷干、下层暖湿空气叠置而形成较强的位势不稳定层结,在低层辐合场的触发下,使致洪暴雨得以发生。该年有较好的水汽输送条件,主要源地在南中国海。因此,即使在大尺度环流不是非常"典型"的情况下,一旦武汉地区存在有利的天气尺度和中尺度系统,且有足够的水汽供应,暴雨仍有可能发生。     

形成2015年浙江省梅汛期暴雨的控制环流及梅雨锋结构

本文利用NCEP/NCAR全球再分析逐日资料、地面观测资料和自动站降水资料,在分析了2015年浙江省梅汛期强降水特征、水汽输送和局地环流的基础上,从西南季风进退、副热带高压、南亚高压及西风带波动等方面对2015年形成梅汛期暴雨的控制环流进行了分析。结果表明：2015年整个浙江省梅汛期降水量较常年显著偏多,浙江中部地区降水量比历史同期偏多接近一倍。丰沛的水汽从孟加拉湾经中南半岛向东输送,与西太平洋副热带高压西侧的西南气流相合并,在梅雨锋南侧形成异常辐合,为强降水提供了水汽条件。这次持续强降水由三次强降水过程构成并由西风辐合型锋生引起。第二次强降水过程中大气强对流性不稳定利于梅雨锋上中尺度对流系统发展,导致强降水呈现明显的局地性。而第一次和第三次过程中梅雨带附近大气基本处于对流稳定或中性,以斜压性降水为主。在对流层低层,副高较常年偏东偏南,其西北侧西南暖湿气流与北侧冷空气交汇于浙江省,利于梅汛期强降水集中期的出现。在对流层上层的南亚高压较常年位置偏东,其北侧的西风急流强度偏强,东亚急流核入口区右侧的强辐散利于造成强烈的上升运动。在对流层中层,贝加尔湖阻高的东侧有明显的波动能量向东向南传播并在长江中下游积聚,利于浙江地区扰动的维持,形成持续稳定的梅雨锋和中低空切变线,造成梅雨强降水过程的持续。2015年春夏季热带中东太平洋海温正异常分布有利于梅汛期降水偏多的异常环流的形成。     

1998 SCSMEX期间亚洲30－60天低频振荡特征的分析

对１９９８年 ５－８月南海季风试验（ＳＣＳＭＥＸ）期间东亚地区 ８５０ ｈＰａ中低纬环流指数、东亚季风指数和长江中下游降水进行了Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析,结果表明在此期间这些要素均有明显的３０－６０天周期低频振荡。在此基础上对 ５－８月每隔 ５天的 ８５０ ｈＰａ低频流场进行分析,结果表明：（１）１００°－１５０°Ｅ间东亚从中国东中部大陆经南海和西太平洋的南北半球中明显的存在一个以３０－６０天低频荡为特征的东亚季风低频环流系统,东亚季风活动主要受东亚季风系统中低频活动影响;（２）５月第５候南海热带季风爆发、６月中旬长江中下游人梅及产生大暴雨以及７月中旬以后的该地区大暴雨均与低频气旋带在该地区活动有关,而８月长江上游大暴雨则与低频反气旋伸人到大陆有关;（３）ＳＣＳＭＥＸ期间东亚低频振荡系统的源地有二个,即南海赤道和北半球中太平洋中高纬。南海低频系统向北传播,而中高纬低频系统自东北向西南传播为主。长江中下游６、７月二次大暴雨均与上述二个低频气旋系统自热带向北和中高纬向西南传播并于长江中下游汇合有关;（４）５－８月间东亚季风系统中有二次低频气旋带和二次低频反气旋带活动,这些低频环流系统的活动与印度季风低频环流系统活动并无明