2026年10月12日下午，由南京大学大气科学学院主办的“风云英华”学术讲座第122期在大气楼D103报告厅顺利举行。中山大学大气科学学院杜宇教授应邀作题为《华南暴雨物理机制:低空急流、重力波和冷池的作用》的学术报告。报告由南京大学大气科学学院徐昕教授主持，学院师生踊跃参加，现场学术氛围热烈。
杜宇教授现任中山大学大气科学学院教授、副院长、博士生导师，是国家自然科学基金青A、青B项目（原杰青、优青）获得者，长期从事中小尺度气象与动力学研究，重点关注暴雨、强对流等灾害性天气的发生发展机理、降水日变化以及中尺度数值模拟与预报。此次报告中，杜宇教授围绕低空急流、冷池和重力波三类关键中小尺度因子，系统介绍了团队在华南暴雨触发、组织发展与传播机制方面的研究进展。
报告伊始，杜宇教授指出，暴雨预报的难点不仅在于判断大范围降水形势，更在于准确把握局地暴雨发生的时间、位置和强度。相较于受天气尺度强迫影响较明显的锋面暴雨，远离锋面的华南暖区暴雨缺少直接的锋面抬升，其形成更加依赖中小尺度过程。低空急流能够输送暖湿空气并提供动力抬升，降水蒸发形成的冷池可以促进对流组织发展，而对流激发的重力波则能够调制周围环境，影响新对流的发生与系统传播。三者相互作用，贯穿暴雨发生发展的多个阶段，是理解华南暴雨物理机制的重要切入点。
围绕低空急流对暖区暴雨的影响，杜宇教授首先介绍了“双低空急流耦合”概念模型。报告将低空急流区分为位于边界层内、具有明显日变化的边界层急流，以及主要受天气尺度系统驱动的天气尺度低空急流。在华南地区，南海边界层急流出口区的低层辐合，可以与天气尺度低空急流入口区的辐散相配合，形成有利于对流触发的上升运动。在暖湿条件充足的环境下，这种耦合作用能够帮助气块突破自由对流高度，为解释远离锋面的暖区暴雨触发提供新的动力学认识。
杜宇教授进一步讨论了低空急流影响沿岸暴雨的动力与热力过程。急流出口区辐合、海陆摩擦差异引起的辐合以及沿岸地形抬升，可以共同促进对流发生，但急流增强并不必然对应更强降水。在北部湾附近，较强急流可能伴随更多来自中南半岛的较干气流，加之气流翻越安南山脉后的下沉增温作用，对流抑制能反而增大，因而不利于对流触发。
报告还介绍了利用机器学习重构海上风场、融合不同预报产品的成果。团队利用U-Net模型学习海表风与950 hPa风场之间的联系，再输入卫星观测的海表风，重构边界层风场。现有船载探空资料的检验表明，重构风场的误差较ERA5有所降低，为弥补海上边界层急流观测不足提供了新的途径。由于EC预报与盘古模型对低空急流的强度、范围和风向较ERA5存在不同偏差，团队利用U-Net融合两类预报，改善了相关预报检验指标。与此同时，观测系统模拟实验和实际个例同化试验表明，补充急流上游及出口区等关键位置的风廓线观测，有助于改善初始场中的急流结构及辐合位置，进而提高沿岸暖区暴雨的预报效果。
随后，杜宇教授介绍了冷池精细垂直结构及其与低空急流相互作用的研究。冷池由降水蒸发冷却等过程形成，其边缘能够抬升环境暖湿空气，触发新的对流并促进对流系统组织化。针对以往地面观测难以揭示冷池垂直结构的局限，研究团队利用深圳气象梯度塔连续三年的观测资料，精细刻画了冷池经过时温度、气压、湿度和风速变化的垂直特征。
报告还指出，较强对流并不一定产生更强冷池。相关统计发现，有低空急流时，对流虽然更强，冷池却可能更弱。一方面，急流输送的暖湿空气提高了环境湿度，抑制雨水蒸发冷却；另一方面，较强垂直风切变有利于湍流混合，促使冷池与周围暖空气混合，从而削弱冷池。进一步的理想数值试验表明，与经典的RKW理论中线性风切变的理想环境不同，急流核上下风切变方向相反，使冷池演变出双台阶结构，进而改变上升运动分布、对流触发高度及后续层状云区的发展。
在重力波研究方面，杜宇教授对比了第一模态（n=1）与第二模态（n=2）重力波的生成及其对环境的影响。深厚对流加热激发的n=1重力波，可通过下沉增温使周围环境趋于稳定；层状云降水阶段上层加热、下层冷却所激发的n=2重力波，则可通过中低层上升增湿，降低自由对流高度，为新对流发生创造有利条件。通过模态分离与理想数值模拟，杜宇教授揭示了不同重力波交替影响飑线前方云体生成、消散和对流触发的过程，并指出，靠近冷池前缘的对流触发与较远处的对流触发，可能分别更多受到冷池动力抬升和重力波环境调制的影响。
结合华南典型暴雨个例，杜宇教授进一步展示了锋面暴雨通过重力波影响暖区暴雨的机制。研究发现，北侧锋面对流激发的n=2重力波能够向南传播，使远离锋面的暖区中低层环境增湿，并减小对流抑制。在此基础上，双低空急流耦合提供的动力抬升进一步促成暖区对流触发。这一结果表明，空间上相隔较远的锋面降水与暖区降水之间，可以通过重力波建立联系；重力波对环境的预先调制与低空急流的动力作用共同参与了暴雨形成过程。
报告最后，杜宇教授介绍了海陆热力差异激发重力波及其影响沿岸降水传播的研究。理论模型、统计分析和数值试验表明，海陆热力差异产生的重力波能够向内陆和外海传播，并影响降水日变化及传播特征。沿岸地形还可通过改变加热层厚度和波动垂直结构，调节重力波传播速度。
在互动交流环节，现场师生围绕报告内容踊跃提问，就海上低空急流为何在夜间增强、重力波如何影响周围对流，以及新生对流发生升尺度增长的条件等问题，与杜宇教授进行了深入交流。师生还讨论了如何将这些前沿研究成果转化为模式中的参数化方案，使模式更合理地描述相关物理过程，进而改进暴雨预报。杜宇教授结合观测、理论模型和数值试验对相关问题进行了细致解答，现场交流充分、讨论热烈。
本次学术讲座聚焦低空急流、冷池和重力波在华南暴雨触发、发展和传播中的作用，系统展示了从外场观测、理论分析到数值模拟和预报应用的研究进展。报告揭示了三类中小尺度因子相互作用、共同影响暴雨发生发展的物理机制，深化了学院师生对暖区暴雨触发、对流组织发展及降水传播过程的理解。讲座在热烈的掌声中圆满结束。