成果简介：

    中尺度系统常引发暴雨及强对流等灾害性天气，其形成物理机制复杂，发展迅速，预报准确度较低，很难满足我国经济发展和防灾减灾需求，对其进行研究是我国的重大科学课题。中尺度热动力学理论及预报方法也是国际研究的难点和热点。本项目从我国重大需求出发，紧扣国际科学研究前沿，系统开展了广义位温、中尺度波流相互作用、冷云和暖云地面降水物理过程等新理论及预报新方法和新技术研究，取得如下重要成果：

1．    非均匀饱和湿大气位温理论针对实际湿大气某处饱和，周围不饱和的特点，提出非均匀饱和广义湿位温的概念。它具有比相当位温更严谨的守恒性，能够较客观地描述实际大气的热力状态。以此为基础创建了一系列中尺度系统热动力学理论，如：广义湿位温守恒理论和由此发展的广义湿位涡理论，成功应用于暴雨及“桑拿”天气机理分析和预测；提出了非均匀饱和非地转Q矢量理论，为研究实际湿大气垂直运动提供新方法；建立了动力涡度矢量和对流涡度矢量理论，揭示出中尺度强对流发生发展机理，对中尺度暴雨落区演变和移动具有较好指示作用。

2．    中尺度波流相互作用理论如何准确地描述中尺度系统与大尺度环流之间存在的波流相互作用是大气科学研究的关键问题之一。波流相互作用包括波对平均流的反馈作用和平均流对波的强迫作用两个方面。在波对平均流的反馈方面，利用波动能变化项代替病态条件项，提出广义E-P通量理论，把原来只适用于正压大气的E-P通量理论推广到斜压大气。该理论可以科学地解释高空急流加速现象，为预测暴雨等灾害天气提供了重要依据。在平均流对波的强迫方面，依据大气动量和能量守恒特性，避免纬向平均，采用Casimir方法得到三维非地转和非静力平衡的中尺度波作用方程，能够描述叠加在基本气流上三维中尺度系统的发展演变，解决了过去大尺度波流相互作用理论不能用于中尺度暴雨研究的问题，把波流相互作用理论从大尺度拓展到中尺度领域。

3．    冷云和暖云地面降水方程针对冷云和暖云发展的不同特点，建立了云微物理地面降水方程，实现降水物理机制的定量化分析。利用该方程可以解释夜间长波辐射冷却对降水日变化影响，揭示出垂直风切变、辐射和冰云影响降水过程的物理机制，使降水系统结构及物理过程分析更加合理且能定量化。该方程是降水过程宏、微观定量诊断的重要工具，为改进高分辨数值模拟及改善定量降水预报提供了有力支持。

4．    提出暴雨预报新方法和新技术，服务于国家重大需求利用理论研究成果，根据不同地区天气特点，提出了针对西风槽、台风、锋面和复杂地形影响的“集合动力因子”暴雨预报新方法。大量个例和长期预报检验表明，该方法对不同类型暴雨有良好预报效果，为提高暴雨预报准确率开拓了新途径。

本项目的理论研究深化了对中尺度系统发生发展规律的认识，推动了该领域的发展；这些研究对于加强中尺度理论研究、提高暴雨预报水平有重要的科学意义和实际价值。