华南季风降水试验(SCMREX)外文翻译资料

 2022-11-24 11:42:34

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华南季风降水试验(SCMREX)

Luo, Y., R. Zhang, Q. Wan, B. Wang, W. Wong, Z. Hu, B. Jou, Y. Lin, R. Johnson, C. Chang, Y. Zhu, X. Zhang, H. Wang, R. Xia, J. Ma, D. Zhang, M. Gao, Y. Zhang, X. Liu, Y. Chen, H. Huang, X. Bao, Z. Ruan, Z. Cui, Z. Meng, J. Sun, M. Wu, H. Wang, X. Peng, W. Qian, K. Zhao, and Y. Xiao中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京，中国

中国广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室，广州，中国
中国气象局武汉暴雨研究所 ，武汉，中国

香港天文台，香港，中国

台湾大学大气科学系，台湾

教育部地球系统模拟重点实验室，地球系统科学研究中心，全球变化研究联合中心（JCGCS），清华大学，北京，中国

科罗拉多州立大学，科林斯堡，美国

美国海军研究生院，加利福尼亚，美国
美国国家环境预报中心，美国国家海洋大气管理局，马里兰大学帕克分校，马里兰州，美国

南京信息科技大学气象灾害预警与评估协同创新中心，南京，中国

马里兰大学帕克分校大气与海洋科学系，马里兰州，美国

北京大学物理学院大气与海洋科学系，北京，中国
中国民航局华东地区空中交通管理局，上海，中国
中国科学院大学，北京，中国

石家庄气象局，石家庄，中国

南京大学，南京，中国

摘要

在华南前汛期（四月至六月）中，华南地区经常出现极端降雨，导致严重洪涝灾害。为加快提高定量化降水预报（QPF）在预报华南前汛期降水量中发挥的作用，中国气象局（CMA）发起了一个名为华南季风降水试验（SCMREX）的全国性的合作研究项目，这个项目作为世界天气研究计划（WWRP）中的一个研究与研发项目（RDP），获得了世界气象组织（WMO）的支持。 SCMREX RDP（2013-2018）包括四个主要组成部分：场地试验，数据库管理，强降水事件的云物理机制研究以及允许对流的数值实验，其中包括数据同化的影响，物理模型的评估/改进，以及集合预报。试点实地试验是在2013年5月初至6月中旬进行的。本文：（一）描述SCMREX的科学目标，试点实地试验和数据共享成果;（二）对在2014年SCMREX强化观测期间发生的极端强降水事件做了概述;和（三）提供初步研究成果的例子，并解释了未来的研究机会。

1、简介

华南前汛期（四月至六月）出现在东亚夏季风的早期，其降水量约占年降水量的一半，最大的季节性降雨量累积量在一些地区超过800毫米（图1）。在华南前汛期的降水量达到峰值期间，其强降水事件值频次和最大日降水量到达了五月份南海（SCS）季风爆发时期的值（丁1994;见表3.2）。六月中旬，当在华东地区的季风雨带向北移动至长江流域时，华南前汛期结束，江淮梅雨季开始。华南前汛期的大部分降水是具有中尺度组织特征的对流性降水（Luo et al。2013; Xia et al。，2015）。降水多数发生在冷锋或准静止锋前几百公里处（在暖区内），其累计降水量通常比与冷锋附近地区密切相关的地区大（黄等人1986; 丁 1994）。

在华南前汛期，华南及其附近经常发生强降水天气过程，导致严重的洪涝灾害。这些风暴危及人民的生命安全，造成严重的财产损失，经常会带来毁灭性的经济损失。为了提高对华南前汛期降水的科学认识和实际预报，在1977 - 1981年（黄1986），1998年（Zhou 2003）以及2008-2009年（Zhang et al。2011），在中国分别进行了三个研究和实地试验。然而，在华南前汛期，我们对于华南地区强降水的形成与演变机制的认知仍有很大的局限，特别是对于与中尺度对流系统（MCSs）及与大尺度天气系统的相互作用有关的机制还未研究清楚，这是由于复杂的多尺度大气过程，复杂的下垫面（陆地/海洋对比，地形和城市下垫面）（图1b），以及缺乏全面的高分辨率观测资料而造成的。定量化降水预报技术对预报华南前汛期中出现的暖区极端降水的预报准确率仍比北京国家气象中心应用全球和广州区域模式预报的准确率低。

为了加快提高定量化降水预报对华南前汛期降水的预报能力，中国气象局（CMA）发起了一个名为华南季风降水试验（SCMREX）的全国性的合作研究项目，这个项目作为世界天气研究计划（WWRP）中的一个研究与研发项目（RDP），在2012年获得了世界气象组织（WMO）的支持。SCMREX项目的科学目标是：（1）更好地了解控制产生强降水的中尺度对流系统的形成，演化，形态，组织和持续时间的物理机制，而这决定了精细化降水预报在极端降水事件中的预报能力; （2）更好地了解产生强降水的中尺度对流系统的云物理机制和运动学结构，确定短时雨强，并验证与数值天气预报（NWP）模型中与云降水微物理过程相关联的参数化方案; （3）为了提高多尺度的定量化降水预报能力，评估将高分辨率观测资料同化到允许发生对流的数值模式中（1-4公里的水平网格间距），并研究数值模型对QPF的影响，提高小尺度QPF的预报能力，以及评估和改进可发生对流模型中的云微物理参数化方案。

原计划是2013年至2015年的3年期项目，随后于2015年10月由WMO延长至2018年。RDP由四个主要的部分组成：实地试验，数据库管理，强降水事件的云物理机制研究 ，以及允许对流发生的数值天气预报（NWP）试验，其中包括数据同化的影响，物理模型的评估/改进以及整体预测。 定点实地试验分别在2013，2014和2015年的5月初至6月中进行的。目前已经建立了一个数据库系统，用于共享从实地试验中收集到的观测数据。 可以通过在线申请（http://scmrex.camscma.cn）访问数据，其中还提供了SCMREX的实施计划。

2.场地试验

SCMREX的实地试验部分旨在获得综合高密集观测值，以查清华南前汛期降水的大气环境和暴雨系统内部结构。 2013年的密集观测期（IOP）为15天（2013年5月8日至17日和，24日至28日），而2014年和2015年的密集观测期为从5月1日至6月15日的连续观测。观测区覆盖广东，广西东南部，海南，香港和南海海域（图2a）。观测网建立在国家气象局的操作气象观测网络基础上，其中包括探测站，多普勒天气雷达，风廓线雷达（WPR），自动气象站（AWS），广东 - 港澳闪电定位系统（LLS）和中国的风云（FY）卫星。华南地区的多普勒雷达在硬件和软件上都类似于美国的天气观测雷达1988多普勒（WSR-88D）（Zhu和Zhu，2004）。在广东省和广东中部沿海地区的数值天气预报模式中，将边界层分为17层，用来持续观测对对流的形成和发展特别重要的行星边界层（PBL）和对流层低层的中尺度风场。广东 -港澳闪电定位系统（LLS）（图2b）中有17个传感器，采用组合磁方向（MDF）/回波时间（TOA）技术来检测云对地面的闪电雷击信息（Cummins et al。 1998）。闪电检测效率和行程检测效率分别为95％和90％，位置误差的中位数约为410 m（Zhang et al。2014）。 FY-2D和FY-2E地球同步卫星在正常运行情况下每天可以生成28张云图，而FY-3A和FY-3B极轨卫星每天在目标区域内每天收集两次成像和声波数据。 中尺度对流系统的结构，相关的运动及对流特征，以及云/降水微物理参数的结构不仅可以从多普勒雷达和广东 - 港澳闪电定位系统的测量结果中推断出来，也可以从分布在广东西部沿海地区和珠江三角洲地区的一系列便携式遥感仪器的检测结果中推断出来。下图列出了一些参与此次实地试验的主要仪器。

在2013年的SCMREX IOP中，广东省的四个探测站除了进行常规探测（0000UTC和1200 UTC）之外，每天还会进行两次额外的探测（即0600 UTC和1800 UTC）。在2014年和2015年，广东，海南，香港分别有五个和六个探测站每天增加两次探测，在广西东部和东南部分别有三个和两个探测站每天会进行一次额外的探测（06:00 UTC ），另外在密集观测期间，每10天还有一次额外的探测（1800 UTC）。此外，在全面维修后，香港政府飞行服务队在2014年6月16日早上进行科学研究飞行（2300UTC-0200UTC）。已计划准备在2017-2018年的实验期间，使用装备有探空测量系统和就位数据探测系统的新式飞机，在香港飞行情报区收集观测资料（探测区为图中的绿线位置）。

为了获得关于暴雨的微物理性质和运动学结构的信息，实地试验中安装了许多便携式仪器，包括两个C波段偏振（C-POL）雷达，一个C波段调频连续波（C- FMCW）雷达，两个8毫米波长云雷达（MMCR），一个微雨雷达（MRR），几个雨滴辐射计和一个微波辐射计（图2b;表1）。虽然一些仪器的位置在两年之间略有变化，但这些仪器大多参加了2013年和2014年的实地试验。为了方便采用双重多普勒测量的风廓线，2013年和2014年的IOP（即图2b中的鹤山C-POL雷达）位于广州的天气雷达西南部约48.5公里的C-POL雷达，而另外一架C-POL雷达位于2013年和2014年的IOP（分别标记为A2和B2）的东北52.5公里，阳江运行的S波段雷达西北27.0公里处。在2013年和2014年期间，MMCR和MRR分别放置在三水（图2b中标记为A1）和阳江（C-FMCW雷达）（标记为图2b中的B1）。 MMCR，C-FMCW和C-POL雷达的规范可以参见刘等的文献。此外，一架S波段偏振（S-POL）雷达于2014年初开始在珠海正常运行，2014 - 2015年IOP期间的观测资料归档于SCMREX数据库。雨滴分布仪在2011年IOP期间和2013年IOP期间放置阳江地区，在2015年放置在珠海地区，以此来完善极化雷达，并有助于估算雨滴的尺寸分布。其他便携式仪器（例如，C-POL雷达，MMCR，C-FMCW雷达）没有参加2015年的IOP。在SCMREX 2016-2018现场活动期间将使用更多设施，包括二维视频曝光仪（2DVD）（Schouml;nhuber等人2007），并且会增加一个C-POL雷达。

3.2014年华南季风降水试验期间暴雨事件概述


如图，它显示了广东省的增强观测区（110°-117°E，20°-25°N）的雨量计的时间序列，它在2013-2015年的IOP期间分别记录了极端日降水量（gt; 100或200毫米/天）和每小时降雨量（gt; 20 mm h-1）。可以观察到，在每个IOP期间发生了许多强降水事件。然而，为了方便起见，下面仅描述2014年IOP期间的主要强降水天气过程。 2014年IOP发生的最严重的降水事件发生在5月8日，11日，22日和23日（下图），分别有89个，155个，34个，98个站的日降雨量超过100毫米。 5月11日和23日，45和35站的日均降雨量甚至超过200毫米。 5月11日到5月23日的北部内陆地区数据显示，沿海地区的降水量最大。

3.1降雨分布和中尺度对流系统的演变
2014年5月8日，日累计降水量超过50毫米的地区呈东西向带状分布，从广西东南部延伸至珠江三角洲地区，在雨带的东部，最大日降水量为100-200毫米。 5月8日深夜至下午，在广东西南广西，湛江以东邻近海域可以观察到大量对流云系。虽然只有少许对流云团在沿海水域发展，但一些对流云团由于受到地形作用的影响而不断增长，导致深圳广东沿海地区在傍晚形成准线性MCS（图5b）。 5月8日，线性MCS持续10小时，依据北京标准时间（BST; BST = UTC 8小时，BST早于广东省当地太阳时间约11-41分钟）计算是在5月8日至5月9日期间。 2014年5月8日的日总降水量占到了珠江三角洲及其西部地区的累计降水量的90％左右。

5月11日，广东省中部沿海地区受到极端降雨的影响，降水主要位于珠江三角洲沿岸地区。 2014年5月11日沿广东沿海地区的强降水过程主要是由沿线沿阳江到深圳顺序移动的两条直线形MCS造成的。两个MCSs具有相似的组织特征，即由东北“回波列车效应”的对流单体组成（Doswell等，1996）。在发展过程中，MCSs西南边缘不断产生新的对流单体，导致MCSs的增长和持续发展。另一个线性MCS起源于广西，在下午（约1700BST）与当地新生成的MCS A2合并。

5月22日，广东省除西南部以外，均有大范围降水天气过程。然而，每天超过100毫米的大雨仅限于北部山区，降水区域为狭窄而接近西东向的雨带，其中有五个雨量计记录的每日降水量超过了200毫米。极端降水是由两个MCS中标记为“B1”和“B2”的顺序产生的。第一个MCS是在午夜左右广东北部迎风坡上开始的，移动相当缓慢，持续时间约为9小时（0200-1300 BST）。其他MCS是前一天下午在广西北部形成的一条飑线，于五月二十二日晚上十二号左右东南移入广东省，并在十一个小时内通过广东。准静态MCS B1和快速移动all线MCS B2分别为广东北部这一极端降水事件的总降水量的贡献了60％和40％。

5月23日，即日降水量超过50毫米的第1天，从广东东北向沿海地区从香港延伸至汕尾，累计降水量超过200毫米，雨带主要位于广东省及其沿海地区。产生极端雨量的MCS包括许多西南 - 东北走向的带状对流降水区域，这些区域

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