2005年7月22～24日(简称“05.7”暴雨)及8月16～17日(简称“05.8”暴雨)华北地区出现了两场大范围的暴雨天气过程，造成了重大影响。本文利用NCEP再分析资料、FY2卫星资料、全国气象台站降水量资料及中尺度模式WRF和ARPS的模拟结果分别对这两场暴雨过程进行了观测分析和模拟研究，分析了暴雨发生发展的水汽、热动力场、干冷空气活动、水平风场及垂直运动等中尺度结构特征，揭示了华北暴雨发生发展和维持的热动力机制，最后总结出华北暴雨中尺度结构特征的物理概念模型。得到如下结论：　　 1.华北两次暴雨过程与中尺度对流系统的生消、发展和演变密切相关　　 “05.7”暴雨过程的云系发展演变过程中主要包括2个中尺度对流系统的生消过程，其中MCS1经历了一个从产生、发展、成熟到分裂和减弱的过程，它是造成雨区南部降水的直接影响系统，MCS2主要造成雨区北部的降水。“05.8”暴雨过程发生在冷锋云系前部的暖区中，暴雨过程中先后有2个中尺度对流系统在华北地区形成和发展，MCS1是造成这次暴雨过程的主要影响系统，虽然与MCS2相应的云系发展的高度较高，但低层系统较弱，无强降水配合。对流单体之间的相互合并是中尺度对流系统发展的重要原因之一，中尺度对流系统的生消、发展和演变直接与降水的发生发展相联系。　　 两次暴雨过程各层流场的分析表明在降水中心形成前后对流层低层均有中尺度低涡形成和发展，中尺度低涡的存在从流场上进一步证实了中尺度对流系统的存在，且与暴雨中心的形成密切相关。　　 2.暴雨期间水汽场和热动力场的最优互配是暴雨中尺度系统发生与加强的重要机制　　 台风低压环流和副热带高压在低空形成的东南气流成为暴雨区的主要水汽通道和能量通道，水汽的集中主要由风的辐合所造成的，水汽平流项对水汽集中的贡献很小。　　 暴雨发生期间，暴雨区上空垂直向上呈现弱辐散、辐合和辐散层叠置的垂直结构，强垂直上升运动与高空强辐散和低空强辐合以及对流云团的发展互耦，同时与深厚的湿舌相伴；相当位温θe场上中层呈现湿中性，高层等熵面呈漏斗状下伸，冷空气活动明显；暴雨区上空700 hPa以下为冷空气堆，700～300 hPa为暖空气堆，300～100 hPa为冷空气堆。这种水汽场和热动力场的最优互配是华北暴雨过程中尺度对流系统发生与加强的重要机制。　　 800 hPa以下的东风入流将水汽源源不断地向暴雨区输送，低层强辐合及不稳定能量的释放形成次级环流上升支，上升运动将水汽向高层输送；随对流发展，在上升气流的低空入流处诱生出中尺度低空急流，相应的在高空出流处产生中尺度高空急流，非常有利于次级环流的发展。高低空急流的耦合形势对对流系统的发展非常有利，急流和暴雨之间通过次级环流之间存在着正反馈的相互作用，因此低空东风入流和高空出流对暴雨的发生、发展和维持具有重要作用。　　 3.干冷空气活动在暴雨发生发展过程中起重要作用　　 “05.7”和“05.8”两次华北暴雨过程在近地面层附近都有弱冷空气活动，近地面层弱冷空气可以迫使暖湿空气抬升，有利于位势不稳定能量释放，为暴雨的产生提供触发条件和上升运动条件。　　 两次暴雨过程从相对湿度、位涡、位温、相当位温及温度平流的分布上均显示有明显的干冷空气从西北方向侵入暴雨区，干冷空气的侵入将对流层高层高位涡带入低层，促进了对流层低层对流运动的发展和中尺度低涡的形成和发展，继而引起降水的增幅。干冷空气的侵入基本存在于600～300 hPa之间，干侵入在高层超前于低层，这种干侵入配置使得低空的降水区处于高层干冷平流的下方，使得对流性不稳定得以发展，干冷空气能够引发干层的形成和维持，起着降温和降湿的双重作用，加强了湿不稳定的发展，对暴雨的发生发展起增幅作用。　　 4.水平风场结构及垂直运动的发展非常有利于强降水的形成　　 通过有限区域风场分解技术可以确定低层辐合线、高层辐散及中尺度气旋性环流的确切位置，从而可以更准确地确定暴雨中心的位置。在降雨发展的不同阶段，不同层次风场有很大差别，水汽的辐合集中程度也有所区别，导致降水区三维空间上升运动有所不同。　　 非地转湿Q矢量散度反映了产生垂直运动的强迫机制的强弱，而非地转湿Q矢量旋度的垂直分量反映了非地转运动，它们与暴雨落区都有较好的对应关系，在暴雨诊断和预报中有一定的指示意义。非地转湿Q矢量散度对未来降水具有预报意义，而非地转湿Q矢量旋度的垂直分量可以较好地反映降水量的变化，它的最强负值总与最强降水的位相相一致。　　 5.华北两次暴雨过程是动力和热力机制的集中体现　　 当来自南侧的暖湿空气流入湿等熵面下陷区或是当南北冷暖空气在湿等熵面深“坑”中会合时，由于沿倾斜的湿等熵面下滑过程中两支气流均经历了对流稳定性减弱的过程，气旋性涡度将增大，有利于中尺度低涡和暴雨的形成和发展，而且由于在这一过程中有凝结潜热释放，可进一步减少对流稳定性，结果将进一步促进涡旋的发展，使对流和降水维持。　　 广义位温可以较好地揭示华北暴雨的湿热力结构特征，非均匀饱和Ri数<1表征的不稳定区与华北暴雨落区对应的较好，可以较好地揭示华北暴雨过程中高层的不稳定特征。　　 湿热力平衡参数Gmpt综合反映了平流梯度、锋面及水汽梯度的作用，是与云的发展对应较好的参数，其高值区与华北强降水落区有较好的对应关系。　　 论文创新之处：　　 (1)利用有限区域风场分解技术，即把实际风分解为旋转风和辐散风，找出了低层辐合线、高层辐散及中尺度气旋性环流的较确切位置，呈现了华北暴雨的中尺度结构特征，这是一个重要创新。　　 (2)应用变形场的分布特征来确定暴雨落区的位置，这在过去是没有的。　　 (3)利用广义位温揭示了华北暴雨的湿热力结构特征，同时用非均匀饱和里查森数较好地揭示华北暴雨的不稳定特征。　　 (4)在深入研究华北暴雨中尺度结构的基础上提出了华北暴雨中尺度结构特征的物理概念模型。