2008年初中国南方低温雨雪冰冻天气的季节内振荡特征

利用中国气象局国家气象中心750站逐日平均气温和降水资料、NCEP/NCAR再分析的逐日风场和近地面气温资料、以及NOAA逐日向外长波辐射资料,分析了2008年1月我国南方发生的低温冰冻雨雪天气异常.结果表明,这次冰雪灾害伴有异常的季节内振荡特征,整个过程共包括4次降温、降水过程,这4次降温过程都在近地面气温30～60...     

热带大气季节内振荡与2008年初中国南方雪灾的关系

利用热带大气季节内振荡(MJO)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR全球逐日再分析资料以及中国南方地区降水资料,应用合成分析等探讨了MJO与2008年初南方雪灾的关系,进而从MJO角度研究雪灾过程成因。结果表明：雪灾过程中,MJO存在明显的东传现象,即由西太平洋向东传送至印度洋附近。伴随着MJO的向东传播,中国南方降水强度及集中区也在随之变化,MJO在一定程度上对雪灾过程有调制作用。通过对OLR的分析,表明2008年初中国南方4次异常降水(雪)过程受到了MJO两次东传的影响,第一次导致西太平洋副热带高压持续偏强,第二次导致南支槽活跃;副热带高压西侧偏南风带来的暖湿气流,以及南支槽带来的印度洋和孟加拉湾的暖湿气流不断向中国输送,为中国南方强降水过程提供了水汽条件。     

蒙古高压和极涡中期过程对2010年疆北持续性降雪的影响

利用NCEP1再分析的逐日、逐月位势高度、海平面气压、风、温度、相对湿度资料与中国地面气候资料日值数据集(3.0)降水资料,分析了新疆北部2010年1-2月连续5次降雪过程以及蒙古高压和极涡对其的影响。结果表明:在充沛水汽条件下蒙古高压强而连续的爆发是导致2010年降雪极端异常的重要原因。该年蒙古高压平均强度为历年最强,在此次持续性过程中,存在5次蒙古高压的南北移动和5次蒙古高压强度与面积的振荡。且每一次降雪、降温过程前基本都存在蒙古高压南进、面积增大、强度增强。蒙古高压中心纬度超前新疆日平均温度1~3天的相关和蒙古高压强度和面积指数超前新疆北部日平均温度1~4天的相关均显著。研究极涡与蒙古高压二者关系发现,前期对流层高层极涡增强、极涡中心北移,有利于后期的蒙古高压增强增大且中心南移。     

华南汛期降水与南半球关键系统低频演变特征

利用1960—2008年华南地区71个站逐日降水量和NCEP/NCAR南半球逐日海平面气压 (SLP) 场再分析资料,采用多锥度方法-奇异值分解 (MTM-SVD) 统计诊断方法,重点分析了华南地区4—9月汛期降水及同期南半球关键系统低频演变特征。MTM-SVD的LFV谱分析表明:华南汛期降水具有30~60 d低频振荡和5~7 d的变化特征;南半球澳大利亚高压系统具有30~60 d低频振荡、10~20 d双周振荡及5~7 d和2~3 d的变化特征;马斯克林高压系统则具有30~90 d低频振荡和双周振荡特征; 跟踪华南汛期降水与南半球SLP场的30~60 d低频振荡的时空耦合演变过程显示,南半球马斯克林高压和澳大利亚高压系统由强 (弱) 到弱 (强) 的演变过程对应华南降水的多雨带由西南 (东北) 向东北 (西南) 的转移。华南南部多雨带的变化与马斯克林高压和澳大利亚高压变化趋势及位相一致,而北部多雨带则和马斯克林高压和澳大利亚高压SLP场的变化趋势相反。     

蒙古高压一组环流指数及与中国同期气候异常关系分析

定义了一组描述冬季(12-2月)的月、季1 000 hPa等压面上蒙古高压(MH)状态的新的环流指数,它包括面积指数S、强度指数P、中心位置指数(λc,φc).用NCEP/NCAR资料计算了1948/1949-2007/2008年60个冬季的月、季MH的上述环流指数.用它们分析了近60年冬季各月MH的气候态,表明MH在12、1月最强,2月明显减弱；12月偏南,1、2月逐渐北移.分析了MH强度P和中心位置(λc,φc)的年代际变化特征及其与中国冬季气候(气温、降水)的相关,结果表明:(1)MH强度P和中心位置指数φc均存在显著年代际变化,P在1960's末-1970's初由高转低,φc在1970's末-1980's初由偏北转偏南.12、2月P～φc.间存在显著正相关.MH强年偏北、弱年偏南.(2) MH环流指数P、φc与中国同期气温存在显著负相关,P的显著负相关区覆盖了中国除西南外的大部分区域,φc的显著负相关区也覆盖了中国东部除东南沿海外大部分区域；它们与中国降水的同期相关联系远弱于气温.(3)全球增暖背景下MH强度减弱、中心南移,中国大部分地区出现持续暖冬；但1990's末以来,相反的异常时有发生.(4)“0801华南雪灾”期间(2008.1.10-2.2)MH异常偏强,并有四次中期活动过程；它们是造成此次极端气候异常事件的直接环流原因.     

“0801南方雪灾”水汽通量与降水关系的SVD分析

利用2008年1月10日—2月2日的NCEP/NCAR逐日风场、比湿、地面气压资料以及中国地面国际交换站194站的逐日降水资料,分析我国“0801南方雪灾”期间水汽通量场的特征,结果表明我国南方是整层水汽通量及其散度的高值区。用奇异值分解（SVD）方法,分析了水汽输送通量异常场和降水异常场之间的关系,揭示出两对统计显著且天气意义清晰的耦合模态。其中,第一对模态的方差贡献率为81.50%,相应左、右奇异向量时间系数的相关系数为0.80,主要描述源自孟加拉湾及南海的西南风水汽输送异常增强并在我国川、滇、黔交界处及粤、闽、赣一带辐合时,长江以南大部分地区多雨;第二对模态方差贡献率为8.80%,相关系数为0.64,主要描述当中国大陆东部有源自西太平洋的水汽输送异常增强并在广西-浙江沿线区域辐合时,长江中下游流域多雨,但华南三省（广西、广东和福建）少雨。      

东亚冬季环流季节内振荡与2008年初南方大雪关系

2008年1月10～16日、18～22日、24～29日和1月31日～2月2日,中国南方地区连续出现4次低温、雨雪、冰冻天气。根据NCEP/NCAR逐日再分析资料,利用LANCZOS滤波器以及小波分析等方法,探讨雨雪冰冻前期2007年12月2日～2008年1月1日、同期2008年1月2～21日及后期2008年1月22日～2月14日850 hPa风场季节内振荡特征及对低温、雨雪、冰冻天气的影响。2007年12月～2008年2月850 hPa风场低频振荡分析显示,中国南方地区风场表现显著的20~50 d低频振荡,季节内低频振荡的位相变化,较好地揭示了2008年1月10日～2月2日南方地区降雪过程的3种环流特征：1）沿高原东侧100°E附近南下的冷空气到达我国30~20°N地区,与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏南风距平气流比偏北风距平气流强;2）沿高原东侧100°E附近南下的强偏北风距平气流与东亚沿海低纬的偏南风距平气流在我国南方地区形成气旋性环流,南方降雪（水）过程中,偏北风距平气流比偏南风距平气流强,造成南方雨雪伴随低温冰冻天气;3）南方雨雪由偏北风距平气流与偏南风距平气流在东亚东部25°N形成的辐合带引起。     

2008年初中国南方雪灾大尺度环流背景分析

分析2008年1月到2月初发生在中国南方雪灾冻雨的大尺度环流场,结果表明:这次南方强雨雪天气过程是北方冷空气和南方暖空气在中国南方地区持续维持、高低纬系统相互作用的一个典型个例.AO指数在1月中旬由负变正,表明了半球尺度环流的大幅度调整,高纬度80°E附近地区阻高形势的维持是1月中下旬到2月初阴雨雪天气过程持续的清晰指标;阻塞高压所伴随的能量频散使得准定常波持续从中高纬地区传播到较低纬度的长江及其以南地区,使得当地的气旋性环流得以维持;在乌拉尔山到贝加尔湖的强大阻塞高压的控制下,冷空气不能大举南下、只是不断的渗透到南方,与此同时受拉尼娜影响西太平洋暖池的海温不断增高,暖湿空气势力也是持续增强,代表暖势力暖池海温达到历史最强,冷空气在南方受阻形成静止态势.一旦阻塞高压在1月30日前后崩溃,供给江南地区气旋性环流的能源被切断,所以2月1日的降水过程以后江南地区的持续性降水也就随之结束.     

2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征研究

利用NCEP／NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心台站降水资料等,应用多变量经验正交函数展开（MV—EOF）等方法,对2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征进行了分析。结果表明：2010年东亚夏季风异常偏弱、西太平洋副热带高压位置异常偏南、三次季风涌的出现和高空急流与散度场活动异常及其相互配合,是南方降水异常的主要影响系统;对风场和降水场MV-EOF空间型分布的分析显示,低频降水中心与200hPa的气流辐散中心和850hPa辐合中心相关联;降水的第一模态反映了东亚夏季风的气候态演变,第二、三模态反映了夏季风在季节性推进过程中不同尺度的低频振荡,7月前半月和6月中下旬,第二、三模态分别处于低频振荡的正位相,使长江中下游梅雨和华南前汛期延迟结束,并且增强了江南的梅雨降水,夏季风的气候态演变和低频振荡相叠加导致2010年我国南方暴雨频发。     

闭合气压系统中心位置指数的计算方案

王盘兴等在＂闭合气压系统环流指数的定义及计算＂一文中定义了闭合气压系统的面积指数S、强度指数P和中心位置指数（λc,φc）,并给出了它们的计算方案。但其中（λc,φc）的计算方案对低纬系统的计算存在明显误差,误差原因是原方案中的极点球面坐标系不适合低纬系统的计算。本文建立了一套原点位于搜索区Ω中心的新球面坐标系,通过坐标转换实现了低纬闭合气压系统中心位置指数（λc,φc）的准确计算。对7月南亚高压和1月蒙古高压中心位置指数（λc,φc）的实际计算表明,它既消除了低纬系统（南亚高压）（λc,φc）原计算方案的明显误差,又保持了与高纬系统（蒙古高压）（λc,φc）原计算方案计算结果的一致。因此,本文给出了适于计算任意纬度闭合气压系统中心位置指数（λc,φc）的计算方案。     

2008年初南方一次雨雪冰冻天气云微物理过程和逆温层结数值模拟

利用WRF中尺度数值模式对2008年1月26—29日中国南方一次雨雪过程进行数值模拟,并根据模拟结果对云微物理过程、逆温区和地面温度等环境条件进行了分析。结果表明:华南地区冻雨天气对应了两种云微物理结构:一种是由液水形成的降水元在下落过程中经过"暖—冷"层结形成冻雨,另一种是由冰晶、雪晶和液水形成的降水经过"冷—暖—冷"层结造成的。利用模式输出的层结、地面条件以及降水状况可以大致得到冻雨可能发生的范围。     

1951—2017年冬季中国南方持续性冰冻雨雪事件的气候特征及其与环流异常的联系

采用1950—2018年中国753站逐日气温和降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,确定了1951—2017年冬季中国南方强持续性冰冻雨雪事件,并对其时空特征、区划及事件爆发日的环流特征进行分析。结果表明：1）中国南方持续性冰冻雨雪事件存在显著的2～3 a周期变化,且1985年前后发生了突变,虽然近年来其强度呈显著减弱趋势,但仍然发生了多次强持续性冰冻雨雪事件;2）持续性冰冻雨雪事件在中国南方中西部发生频次高、持续日数长,在中国南方中东部则强度更大;3）中国南方37次强持续性冰冻雨雪事件可划分为华中型、华南型和西南型3类;4）3类持续性冰冻雨雪事件爆发日,欧亚大陆500 hPa位势高度异常呈现北高南低,蒙古高压显著偏强、中心南进,该配置有利于北方冷空气向南输送,且南支槽显著加深,水汽向北输送活跃。三者的不同之处在于蒙古高压强度及影响范围存在差异,其中西南型最强、范围最大、南伸显著,华南型次之;华中型、华南型的水汽输送受南支槽和副热带高压共同影响,而西南型的水汽输送仅受南支槽调控。     

南半球10 hPa极地涡旋的多尺度变化特征分析

利用NCEP/NCAR 10 hPa月平均高度场资料, 计算了1948\_2007年南半球10 hPa极地涡旋的强度指数P、 面积指数S和中心位置指数(λc, φc)。用它们分析了南半球10 hPa极地涡旋的季节变化、 年际异常及其可能成因, 分析了10 hPa极地涡旋强度与南极涛动的关系。结果表明： (1) 南半球10 hPa极区12月~1月受反气旋控制, 3~10月受气旋控制, 2月、 11月为环流转换季节。(2) 1(7)月反气旋(气旋)指数P\, S均在1970年代后期发生了显著的跃变; 跃变前反气旋(气旋)由极弱(极强)振荡地增强(减弱)至接近气候均值, 跃变后反气旋由极强振荡趋于气候均值, 气旋在偏弱的状态下振荡。(3) 1月反气旋中心位置存在显著的年代际变化, 而7月气旋中心位置的年际变化明显。(4) 臭氧异常可引起南半球10 hPa 1月极地反气旋年际异常(正相关), 但与7月极地气旋异常无关。(5) 1月、 7月极地涡旋强度指数P与南极涛动指数(AAOI)呈显著的负相关, 可由P来表征AAOI。     

我国灾害性天气气候事件成因机理的研究进展

全球变暖背景下,极端灾害事件增加的可能性不断增大,加强极端异常灾害事件成因机理的研究,对提高短期气候预测水平,增强我国防灾减灾能力有重要的理论意义和应用价值。我国主要气象灾害有:旱灾、洪涝(暴雨)、台风、高温酷暑、寒潮低温冷冻(雪灾、连阴雨、霜冻)、沙尘暴(大风)和风雹(冰雹、龙卷风)等。干旱和洪涝灾害分别占农作物总受灾面积的55％和27％,台风和冰雹占11％、其他占7％。本文对近年来有关干旱、洪涝(暴雨)、台风灾害成因机理方面的研究进展做初步小结。     

低温雨雪过程的粒子群-神经网络预报模型

利用逐日气温和降水量数据、NCEP/NCAR再分析资料以及预报场资料,通过分析提取我国南方区域持续性低温雨雪过程及其预报因子,使用粒子群-神经网络方法建立非线性的统计集合预报模型 (PSONN-EPM),对我国南方区域持续性低温雨雪过程进行预报试验。结果表明:以过程的冷湿程度及影响范围为标准,将低温雨雪过程分为一般过程和严重过程,并建立不同的预报模型效果较好。通过10 d独立样本预报试验看,基于粒子群-神经网络方法建立的集合预报模型比基于逐步回归方法建立的预报模型的预报平均相对误差小,对严重过程预报能力高于对一般过程预报,且这种非线性统计集合建模方法在建模过程中不需要调整神经网络参数,在实际预报业务中值得尝试。     

湖南省历史罕见的一次低温雨雪冰冻灾害天气分析

在欧亚大陆中高纬度稳定维持阻塞形势的环流背景下,2008年1月10日-2月2 日中同南方地区连续经历了4次历史罕见的大范围低温雨雪冰冻天气过程.应用多种常规、非常规观测资料及NCEP再分析资料,在对该过程的大尺度环流及水汽输送特征进行诊断分析的基础上,细致分析了受灾最为严重的湖南省冰冻分布地域特征、多种气象因子及特殊地形对冰冻强度的影响,并对造成降水性质差异及强冰冻的成因进行了探讨.结果表明:中高纬阻塞高压、西太平洋副高及南支槽是造成此次持续性雨雪天气的主要影响系统,持续而强盛的水汽输送对雨雪冰冻的强度和范围起重要作用;冰冻形成与增长是多种气象因子综合影响的结果.地面日平均温度、700 hPa风向风速、逆温强度及冷垫厚度对冰冻强度预报有很好的指示意义.当冰冻形成条件具备后,融化层及冷垫越深厚、地面日平均气温越低则冰冻发展越显著.若700 hPa维持强盛的西南急流、850 hPa持续偏东北风时,最有助于逆温加强,冷垫增厚.强冰冻的预报着眼点应关注700 hPa附近的剧烈增温、增湿及850 hPa以下的强降温;近地面层丰富的过冷水滴和叠置于深厚冷气层之上的暖性"逆温层"的建立和维持是大范围强冰冻天气产生的一个重要原因;此外,湖南特殊的地理位置及复杂的地形地貌特征对冰冻的持续和发展有较大影响.     

华北夏季降水减少与北半球大气环流异常的关系

利用华北地区20站夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用趋势分析、合成分析等方法,对华北夏季降水减少与北半球大气环流异常进行对比分析。结果表明,华北夏季降水量1951—2008年呈显著减少趋势,平均每10 a减少13.4 mm,1965年发生了气候突变,之后降水量减少更加明显。北半球大气环流在1965年前后有明显不同：1）1951—1965年夏季500 hPa高度场欧洲大槽、贝加尔湖槽较深,乌拉尔山高压脊较强,经向环流表现突出;而1966—2008年夏季欧洲大槽、贝加尔湖槽较浅,乌拉尔山高压脊较弱,纬向环流表现突出。2）1951—1965年夏季500 hPa蒙古冷槽位置偏北偏西,冷空气活动经常影响华北地区;而1966—2008年夏季蒙古冷槽位置东移南压到河套附近,冷空气经常影响华北以南以东地区。3）1951—1965年夏季海平面气压场蒙古低压异常强大,而1966—2008年蒙古低压明显减弱。4）1951—1965年夏季850 hPa东亚夏季风一直伸展到华北、东北地区,蒙古地区存在明显的气旋性环流,在河套附近产生风向辐合;而1966—2008年东亚夏季风在到达30°N附近风速显著减小,很少越过长江到达华北地区,在长江流域形成了风速辐合,同时蒙古地区的气旋性环流消失,河套附近的风向辐合变的很弱。1951—1965年华北多雨是由于东亚夏季风水汽的有效输送和河套附近的风向辐合造成的,而1966—2008年长江流域多雨是由于东亚夏季风在这里产生了风速辐合造成的。华北夏季降水减少与北半球大气环流异常有很好的联系。     

Simulation of a Freezing Rain and Snow Storm Event over Southern China in January 2008 using RIEMS 2.0

The Regional Integrated Environmental Model System(RIEMS 2.0) with NCEP Reanalysis II is utilized to simulate the severe freezing rain and snow storm event over southern China in January 2008,which caused severe damage in the region.The relationships between the freezing rain process and the large-scale circulation,in terms of the westerly and low-level jets,water vapor transportation,and northerly wind area/intensity indices,were analyzed to understand the mechanisms of the freezing rain occurrence.The results indicate the following:(1) RIEMS 2.0 reproduced the pattern of precipitation in January 2008 well,especially for the temporal evolution of daily precipitation averaged over the Yangtze River valley and southern China;(2) RIEMS 2.0 reproduced the persistent trough in the South Branch of the westerlies,of which the southwesterly currents transported abundant moisture into southern China;(3) RIEMS 2.0 reasonably reproduced the pattern of frequencies of light and moderate rain,although it overestimated the frequency of rain in southern China.This study shows that RIEMS 2.0 can be feasibly applied to study extreme weather and climate events in East Asia.