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梅雨锋中尺度对流性暴雨的定量(定时、定点、定量)预报及其可预报性问题近几年来越来越受到重视，本文利用四维变分同化以及伴随技术分别来研究提高梅雨锋暴雨定量预报和暴雨触发有关的敏感性问题。首先利用非静力中尺度数值模式(MM5)及其四维变分同化系统(MM5—4DVAR)，对2003年7月4日到5日在长江中下游地区发生的一次特大梅雨暴雨过程进行了四维变分同化降水试验，重点研究了观测降水同化改进中尺度暴雨系统模拟的机制。通过降水同化，模式能够准确地模拟出对流启动的时间与位置，从而改进了中尺度对流系统(MCS)的发展与空间分布的模拟，然后通过MCS与其他不同尺度的天气系统(如：低空急流，梅雨锋等)之间的相互作用，进而提高了对整个梅雨锋暴雨系统的模拟效果，并且这种效应一直持续至同化窗之外的12小时。以上分析表明，降水同化首先在对流尺度上提供了有效的改进，随后这些对流尺度的扰动逐渐增长至中尺度及次天气尺度，从而影响整个梅雨锋暴雨系统。另外，分别利用降水同化之后各变量的初始增量场进行敏感性试验的结果表明：初始时刻湿度场与南风分量增量在对流的启动阶段起到更重要的作用，但当对流系统充分发展之后，各种变量的作用趋于一致。
本文利用MM5伴随模式对这次特大梅雨锋暴雨过程进行了高分辨率的伴随敏感性试验，采用了上一部分工作中经过四维变分同化改进的模拟结果作为背景场来计算伴随敏感性，消除了初始场的不平衡性，大大减小了模式调整时间，并很快地激发出了强对流，使得在高分辨率条件下计算与中尺度强烈的湿对流有关的敏感性成为可能。首先进行的切线性近似的检验结果表明，在高分辨率条件下，切线性近似的有效区间将大大减小，就本次个例而言，如果包含水汽和非绝热加热过程，切线性近似的有效区间只有3-4个小时。选取了降水中心的垂直涡度、低空急流中心的水平风速以及对流中心的垂直速度场三个与对流密切相关的预报量作为目标函数进行敏感性计算。敏感性分析表明：与对流启动有关的敏感性主要分布在中低层，且位于目标区上游附近，水平尺度在100-300 km左右；非绝热加热过程对伴随敏感性有着强烈的增幅作用；温度、湿度的敏感性比水平风场敏感性要大得多，这就意味着初始时刻温、湿场的误差对梅雨锋暴雨预报的影响更大。通过三组基于伴随敏感性的观测系统模拟试验表明：伴随扰动可以有效地提高梅雨锋暴雨的定量预报，伴随扰动试验在目标时间之后的3个小时仍然有较高的ETS，利用伴随敏感性可为改进梅雨锋暴雨的定量预报提供一种有效的途径。利用伴随模式研究了与快速发展的理想中纬度斜压波及气旋有关的湿敏感性问题，进一步理解了湿过程在对天气系统敏感性计算中的影响。首先利用Tan et a1．(2004)发展的基于位涡反演方法构造的理想中纬度斜压波快速发展的初始条件，分别模拟出中纬度干、湿斜压波的发展，然后进行切线性近似的检验。切线性检验的结果表明：在一定水汽条件下，尽管有强烈的湿对流出现，切线性模式在48小时之内仍然能很好地代表非线性模式的扰动发展：而对不考虑水汽的干过程来说，切线性近似的效果更好，切线性扰动与非线性扰动在第48小时的相关系数仍然达到97％以上。选取了第48小时的地面最低气压、垂直涡度两个预报量作为目标函数，重点讨论了湿条件下，这两个预报量对于初始变量的敏感性问题。经过伴随敏感性分析发现：初始时刻在中低层的气旋性扰动将有利于斜压波、地面气旋的快速发展；敏感性垂直分布呈西倾结构，同时中低层温度场其敏感性要强于其他物理量；湿过程会增大各物理量敏感性的振幅。在研究第48小时地面最低气压对不同时刻的敏感性之后可知，槽后冷平流与槽前暖平流将有利于斜压波气旋的快速发展。