中国天山西部区域云降水物理野外观测科学试验研究若干进展

天山西部区域是中亚地区降水量最多的区域,其向西开口独特河谷地形与西风环流构成了中亚区域独有的云降水物理过程,降水形成积雪、冰川和径流对中亚社会经济和生态环境形成重要影响。随着国家“丝绸之路经济带”建设的推进,对中亚水资源、气象防灾减灾和生态环境保护提出了严峻的科技挑战,而该区域云降水物理过程的观测和研究是科技基础,仍处于起步阶段,不能满足国家战略和中国气象事业发展需求,为此于2019年建设了天山西部区域云降水物理野外观测科学试验基地,并对云宏微物理、层状云/对流云雨滴谱、中/西天山雨滴谱特征异同、冷锋暴雪微物理等开展了相关研究并取得了前沿成果,本文对此进行提炼总结,以期推动中亚地区云降水物理学科发展。

中国西天山两次短时强降水过程雨滴谱特征研究

2020年8月2日和18日(简称8∙2和8∙18过程)中国西天山新源站出现短时强降水,应用自动气象站、GPS/MET水汽探测仪、二维视频雨滴谱仪、风云2G静止卫星等高时空分辨率观测资料,研究降水过程的环流背景和雨滴谱特征。结果表明:(1)两次过程均是在中亚低涡有利的背景下产生短时强降水,8·2过程降水阶段性强,由低涡前部西风气流中生成的孤立β中尺度对流系统(Mesoscale convective system,MCS)造成,水汽源自低涡本身,水汽输送和辐合相对弱;8∙18过程持续100 min阶段性不明显,由低涡层云中β中尺度MCS造成,水汽不仅来自于低涡而且还有新疆以外充沛水汽输送。(2)两次短时强降水天气雨滴谱特征有明显差异。两次过程雨滴粒子直径(D_(m))<2 mm的粒子频数占比约为97%左右,即降水过程小粒子占绝大多数。8∙2过程D_(m)<2 mm粒子对降水量贡献达66.75%,D_(m)超过4 mm的大粒子对瞬时强雨强贡献大,对流降水粒子谱分散,既有粒子大、浓度小的雨滴,又有粒子小、浓度高的雨滴;而8∙18过程D_(m)<2 mm粒子对降水量贡献达86.34%,其中D_(m)为1~2 mm粒子对降水量贡献达71.99%,且无D_(m)>4 mm粒子,对流降水粒子谱相对集中,D_(m)>2 mm粒子远少于8∙2过程,水平极化雷达反射率(ZH)、差分反射率因子(ZDR)和差分相移率(KDP)平均值和最大值比8∙2过程均明显偏小。(3)应用2020~2021年夏季探测资料研究对流性降水雨滴谱,对流性降水雨滴谱特征年际差异大,呈雨滴粒子大、浓度低特征,表现出大陆性对流降水性质,ZDR和KDP比季风区对流降水明显偏小,加入偏振量的R(ZH,ZDR)、R(KDP,ZDR)拟合关系明显好于R(ZH)、R(KDP)关系。

中亚低涡及其对新疆强降雨影响研究进展

中亚低涡是中亚干旱气候和独特地理结构背景下形成的具有区域特色的切断低涡系统,是影响中亚天气气候的重要天气系统。从20世纪60年代开始我国气象学者就关注并对其天气学特征进行了初步研究,直到2000年以后随着观测资料不断丰富和气象学理论发展,学者对中亚低涡定义、分类、活动特点、形成机制及其对新疆强降雨的影响进行了深入研究。本文梳理和总结了近20 a中亚低涡系统活动特征及其对新疆降雨影响研究,以及中亚低涡背景下典型暴雨天气环流配置和水汽特征、与暴雨和短时强降水相关的中尺度系统、暴雨多尺度天气系统协同作用等方面的进展,并提出需要进一步深入研究的科学问题。