湖南贵州冻雨天气形成的动力过程与预测方法研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
40930950
项目类别：
重点项目
资助金额：
180.0万
负责人：
高守亭
依托单位：
中国科学院大气物理研究所
学科分类：
D0504.大气动力学
结题年份：
2013
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
高守亭；武文辉；杜小玲；杨帅；孙石沿；许鹏程；郑作环；周冠博；梁钊明；邓涤菲；
关键词：
准静止锋冻雨大气内斜压过程冻雨形成机理与预测方法

项目摘要

本项目抓住造成湖南贵州冻雨灾害的准静止锋天气系统，进行其动力过程和预测方法的研究。利用可收集到的观测个例资料（含雷达、卫星等遥感资料）来诊断分析造成冻雨的准静止锋天气系统的基本结构特征，采用国内外先进的区域数值模式WRF及GRAPES来模拟冻雨天气系统生消演变的过程，并进行2次局部范围内的由车载雷达、加密探空、GPS等设备组成的，有针对性的关于湖南贵州冻雨天气过程的观测试验。利用以上所有可得资料，从动力、模拟及诊断的角度，来深入研究冻雨的形成机理、地形影响下的冷空气侵入与水汽输送特征。研究大气内部斜压过程对准静止锋天气系统的维持及对冻雨的形成作用。寻找出能反映其动力并具有物理意义的预报因子，发展预报冻雨天气的集合动力因子方法，为湖南贵州冻雨高影响天气的预报奠定扎实的理论基础，并提供科学的预报新方法。该项目的研究不仅具有重要的科学意义，也是我国在该方面的迫切需求，可为防灾减灾做出实质性贡献。

结项摘要

本项目实施过程中紧紧围绕湖南贵州冻雨天气系统的结构特征、动力过程及其预测方法进行研究，项目书中涉及的研究内容及预期研究成果均已经全部完成。.通过对湖南贵州冻雨典型个例的观测分析和数值模拟，我们发现贵州冻雨并不符合台站中提到的三层融化机制，而是以两层暖云降水机制为主的结构特征，这改变了我们传统台站中认为的冻雨是三层融化模型的结构特征。.在冻雨发生的动力机制的研究方面，我们集中分析了冻雨区上空的垂直环流特征及其暖层维持原因这两个关键问题。.考虑到湖南贵州冻雨受地形强迫引起的气流扰动，同时受高低空锋区与急流的快速变化等影响，必定会造成湖南贵州上空大气地转平衡破坏，使得准地转关系及其准地转ω方程在湖南贵州冻雨区上空的天气分析已不再适用。我们引入非地转位势的概念，并在原始方程下推导出一个包括非地转位势强迫项的广义非地转ω方程，用于冻雨区上空的垂直速度分析。运用得到的广义非地转ω方程诊断出的贵州冻雨区上空的垂直速度分布显示，贵州冻雨区上空存在着两个垂直环流圈，不同于一般暴雨过程高低空垂直环流相互耦合，冻雨区上空的两个垂直环流圈相互抑制，低层垂直环流圈利于近地面冷层和其上暖层的维持，而中高层垂直环流圈的下沉支可延伸到对流层中层，一定程度上阻碍了冻雨区上空低层垂直环流的发展，抑制了低层强对流的发生，而冻雨恰是在这种环境中产生的。.此外，利用气压扰动诊断方程，我们从气团受力角度继续分析了冻雨区暖层长期稳定维持的原因，结果表明，虽然暖层内有向上的浮力作用，但存在向下的扰动气压梯度力与之平衡，暖区内不会产生强烈的上升运动，从而得以长期稳定维持，利于冻雨的产生。.为了回答冻雨发生频率最多贵州地形到底对于冻雨形成和发展有什么作用，我们还进一步利用WRF模式，设计了贵州地形敏感性试验，分析结果表明，无论贵州地形增高还是降低，贵州冻雨发生区域、冻雨发生时间都会发生极大的变化，贵州特殊地形对冻雨形成确实有着很重要的作用。.在此基础上，根据相关的研究结果，我们提出了判断冻雨落区的动力因子诊断预报方法，能较准确的判读冻雨的落区，一定程度上弥补了目前数值模式直接输出量中没有冻雨这一降水类型的不足，该方法已在贵州省气象局和湖南怀化地区气象局得到了很好的应用。