太平洋海温场不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征

利用1961—2012年华南逐日降水资料,分析了太平洋海温场两种不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征,并探讨了海洋外强迫信号可能对华南前汛期降水的低频变化周期造成的影响,以期为华南前汛期持续性暴雨过程的延伸期预报提供依据。结果表明:PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)冷位相年,华南前汛期发生典型持续性暴雨过程的概率比PDO暖位相年大,且暴雨强度偏强,持续时间偏长;太平洋海温场两种不同时间尺度背景下,华南典型持续性暴雨过程呈现不同的特征,PDO冷位相配合冬春Nino区海温异常,华南前汛期易出现强度较强、持续时间较长的典型持续性暴雨过程;太平洋海温两种不同时间尺度的外强迫信号可能影响华南前汛期降水的低频变化周期,进而影响华南前汛期持续性暴雨的持续时间和强度。     

广西锋面、暖区及高压后部暴雨个例对比研究

利用常规、非常规气象资料,及高时空分辨率T639、mm5、NCEP资料,深入分析了两次华南前汛期暴雨天气过程(2010年"4.29"暴雨和2011年"5.12"暴雨)。基于这两次过程,对锋面、锋前暖区及高压后部暴雨进行了大尺度环流背景和中尺度特征对比分析,进而探讨三者在天气形势、中尺度系统发生发展机制等方面的差异及原因,以提高对华南前汛期暴雨的认识。     

华南前汛期暴雨气候特征的研究

利用华南地区26站1958-2000年逐日降水资料，对华南前汛期暴雨降水的气候特征进行了统计研究。结果表明，华南前汛期暴雨降水量和频次的变化趋势都呈略减少的特征，都有明显的年际、年代际变化的长期演变特征；华南的暴雨近50％集中发生在前汛期，其中又以福建与广东的西北部为甚，华南的西南部较小；华南前汛期的降水有近40％为暴雨，多年平均暴雨百分率的大值中心在广东沿海地区，最大可达44％，有两个小值中心，它们分别位于广西广东西部和福建，最小只有26％。     

华南锋前暖区暴雨研究概述

锋前暖区暴雨是华南前汛期暴雨的主要特点,但暖区暴雨常常难以模拟和预报,给气象工作者带来挑战,因此对影响其发生发展的环流背景、天气系统、中尺度系统以及地形等进行深入研究,对提高暖区暴雨的预报能力有重大意义。近年来我国气象学者对华南暖区暴雨进行许多研究,本文主要对华南锋前暖区暴雨研究的天气系统及地形等进行简要概述,介绍了暖区暴雨发生时中高纬大气环流、副高、南亚高压和高空急流等大尺度环流背景,南海季风与华南暖区暴雨的密切联系,天气尺度系统以及中尺度系统在暖区暴雨中的重要作用,地形条件对暖区暴雨的影响。     

华南切变线研究的现状与展望

华南前汛期暴雨研究一直是大气科学领域的研究热点,也是难点。华南切变线是华南地区最为重要的天气系统之一,与华南前汛期降水密切相关。为了提高华南地区暴雨的预报能力,深化对华南切变线的认识,文章从华南切变线的定义、结构、发展机制、影响作用、与其他天气系统相互作用等方面,回顾了华南切变线的相关研究及其成果。同时,结合预报业务实际,展望了在多源大气探测资料不断出现的当今,华南切变线研究值得进一步深入的科学问题。     

华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

近30年华南前汛期暴雨研究概述

对近30年来华南前汛期暴雨研究进行了较为全面的回顾,主要介绍了华南前汛期暴雨发生时中高纬大气环流、副热带高压、南亚高压和副热带西风急流等大尺度环流背景,亚洲夏季风、南半球冷空气活动以及越赤道气流在华南暴雨中的作用,华南暴雨的天气系统及主要特点,华南和南海北部低空急流的形成机制及其与暴雨的关系和对暴雨的作用,引发华南暴雨的中尺度对流系统形成机理及其物理图像,地形、海陆差异及下垫面特性等对华南暴雨的影响,有利于华南暴雨发生的主要云微物理过程等。最后,根据前人的研究成果,总结出华南前汛期暴雨形成的多尺度物理过程和概念模型,并提出有待进一步加强研究的科学问题。     

海峡两岸及邻近地区暴雨试验(HUAMEX) 期间暴雨过程及环流特征研究

对1998年5～6月海峡两岸及邻近地区暴雨试验(HUAMEX)期间的6次暴雨过程及其环流特征进行了分析.发现:(1)6次暴雨过程均与锋面活动有关,每次锋面过程都与锋生区对应.锋面的特征既不同于冬季的冷锋,又不同于夏季长江流域的梅雨锋.(2)对视热源和视水汽汇作了计算,发现暴雨过程中华南地区为视热源和视水汽汇的大值区,降水产生的凝结加热作用很重要.(3)华南前汛期暴雨与南海季风有密切关系.1998年华南前汛期偏南气流多次增强,与暴雨过程有直接的联系.(4)对四次降水过程的水汽来源作了分析,发现对应不同个例,水汽的供应源地并不相同,孟加拉湾、南中国海和西太平洋都可能是重要的水汽供应源地.(5)对云顶黑体温度(TBB)的分析表明,华南上空的对流云团为暴雨的发生提供了有利条件.(6)将HUAMEX暴雨过程与第一次全球大气研究计划试验(FGGE)期间的华南暴雨过程及"94·6"近百年一遇的华南暴雨过程作了比较.     

2008年华南前汛期致洪暴雨特征及其对比分析

着重对2008年华南前汛期持续性致洪暴雨的降水特征及成因进行了天气尺度的研究,并且对比分析了其与20世纪90年代以来华南前汛期洪灾较为严重的几年(1994、1998和2005年)的降水和环流场特征异同,主要得到以下结果:(1)根据影响系统和雨区分布的不同,将2008年华南前汛期降水过程分为4个阶段.第1阶段(5月26-...     

华南暴雨试验研究——“九五”攀登计划预选专项

华南暴雨试验研究———“九五”攀登计划预选专项华南地区是我国主要的暴雨区之一，暴雨导致的洪涝灾害造成极大的经济损失。７０年代末，我国气象工作者开展的“华南前汛期暴雨试验”以及近年进行的暴雨监测预报研究，已经取得了可喜的进展。但是，要深入揭示其物理机制...     

Comparison of Microphysical Characteristics of Warm-sector, Frontal and Shearline Heavy Rainfall During the Pre-summer Rainy Season in South China

Warm-sector heavy rainfall (WR), shear-line heavy rainfall (SR), and frontal heavy rainfall (FR) are three types of rainfall that frequently occur during the pre-summer rainy season in south China. In this research, we investigated the differences in microphysical characteristics of heavy rainfall events during the period of 10-15 May 2022 based on the combined observations from 11 S-band polarimetric radars in south China. The conclusions are as follows: (1) WR has the highest radar echo top height, the strongest radar echo at all altitudes, the highest lightning density, and the most active ice-phase process, which suggests that the convection is the most vigorous in the WR, moderate in the FR, and the weakest in the SR. (2) Three types of rainfall are all marine-type precipitation, the massweighted mean diameter (Dm, mm) and the intercept parameter (Nw, mm-1 m-3 ) of the raindrops in the WR are the largest. (3) The WR possesses the highest proportion of graupel compared with the FR and SR, and stronger updrafts and more abundant water vapor supply may lead to larger raindrops during the melting and collision-coalescence processes. (4) Over all the heights, liquid and ice water content in the WR are higher than those in the SR and FR, the ratio of ice to liquid water content in the WR is as high as 27% when ZH exceeds 50 dBZ, definitely higher than that in the SR and FR, indicating that the active ice-phase process existing in the WR is conducive to the formation of heavy rainfall.     

Temporal Variations of the Frontal and Monsoon Storm Rainfall during the First Rainy Season in South China

The temporal variations in storm rainfall during the first rainy season (FRS) in South China (SC) are investigated in this study. The results show that the inter-annual variations in storm rainfall during the FRS in SC seem to be mainly influenced by the frequency of storm rainfall, while both frequency and intensity affect the inter-decadal variations in the total storm rainfall. Using the definitions for the beginning and ending dates of the FRS, and the onset dates of the summer monsoon in SC, the FRS is further divided into two sub-periods, i.e., the frontal and monsoon rainfall periods. The inter-annual and inter-decadal variations in storm rainfall during these two periods are investigated here. The results reveal a significant out-of-phase correlation between the frontal and monsoon storm rainfall, especially on the inter-decadal timescale, the physical mechanism for which requires further investigation.     

我国南方暴雨的试验与研究

50年以来, 中国气象科学研究院几代科学家致力于暴雨研究, 取得了令人瞩目的成就, 尤其是最近10年, 中国气象科学研究院主持了3个国家级研究项目开展我国南方暴雨研究, 其中包括华南前汛期暴雨的试验与研究, 长江中下游梅雨锋暴雨的试验与研究以及目前正在实施的研究范围更为广泛的我国南方致洪暴雨的试验与研究。通过上述项目的实施, 在华南前汛期暴雨与长江流域梅雨锋暴雨的三维结构、形成机理、遥感监测与探测中尺度暴雨的理论和方法以及自主发展配有三维同化系统的中尺度暴雨数值模式系统等方面均取得重要的研究成果, 有的已经在我国各级业务部门推广应用, 取得良好的经济与社会效益。目前正在实施的国家973项目, 针对引发我国南方致洪暴雨的β-中尺度强对流天气系统开展更为深入的试验与研究, 通过这些努力, 有望在提高我国暴雨的监测与预报、预警能力, 增强我国减灾防灾的总体实力做出更为重要的贡献。     

第一次全球大气研究计划试验期间华南 前汛期暴雨过程及其环流特征的诊断研究

对1979年第一次全球大气研究计划试验(FGGE)期间华南前汛期3次暴雨过程及其环流特征进行了诊断研究。发现：（1）3次暴雨过程均与锋面活动有关,每次锋面过程都与锋生区对应,暴雨多见于锋前暖区内。锋面的特征既不同于冬季的冷锋,又不同于夏季长江流域的梅雨锋。（2）对视热源和视水汽汇作了计算,发现3次暴雨过程中,华南地区的视热源和视水汽汇项有明显作用,积云对流所造成的对流凝结加热作用很重要。（3）华南前汛期暴雨与南海季风有密切关系。1979年FGGE期间南海季风3次向北推进,与3次暴雨过程有直接的联系。（4）对这3次降水过程的水汽来源作了分析,发现除孟加拉湾外,南中国海亦是重要的水汽供应源地。（5）对云系的分析表明,华南上空的β中尺度对流云团为暴雨的发生提供了有利条件。     

一类低涡切变型华南前汛期致洪暴雨的分析研究

采用2008年我国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)加密资料和NCEP再分析资料、 FY－2C卫星TBB资料以及常规观测资料对广西致洪暴雨进行了研究。研究发现, 西南涡是此次暴雨过程的直接影响系统, 对流和降水主要发生在低涡的中部及其东南方。中高纬切断低压和副热带高压稳定维持, 500 hPa短波槽沿高原东侧南下, 诱导西南涡向东南移入广西, 这种情况并不太常见, 这是由于槽后冷空气活跃, 但路径偏西。受副热带高压西伸影响, 低槽与西南低涡移动缓慢。在移入广西前西南涡一度减弱, 但由于有明显的中、 低纬系统相互作用存在, 季风槽为本次暴雨输送了充沛的水汽, 致使西南涡再度加强, 引发暴雨。暴雨过程中中尺度对流云团活动频繁, 强度大, 降水强, 有大约11个中尺度雨团缓慢移动。桂林的探空资料表明, 暴雨区中低层温度层结多为中性, 这可能是对流混合的结果, 西南涡过境后, 低层风场有明显变化, 大气抬升凝结高度显著降低, 对流有效位能 (CAPE) 由于释放而降低。在上述研究的基础上, 本文提出了一类华南前汛期低涡切变型暴雨概念模型。     

华南前汛期持续暴雨环流分型初步研究

采用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和台站观测降水量资料,按一定标准选取了华南前汛期24个持续暴雨过程;并且按基本判据确定逐年华南夏季风降水开始日期。然后依据南亚高压环流型和相对于该年夏季风降水开始的早晚,将这些暴雨过程划分为夏季风降水前、后南亚高压东部型,夏季风降水后南亚高压带状、西部型共4个类型;其中,夏季风后南亚高压西部型次数最多、平均持续时间最长。所有类型持续暴雨的相同点是:广东东北部附近均为暴雨频率和雨量高值区;暴雨期间华南150 h Pa位势高度增加、500 h Pa位势高度减少;华南处在150 h Pa偏西风急流南侧辐散区中;850 h Pa华南沿海有明显的西南气流,低层辐合在华南东北部最明显;两广沿海为可降水量大值区;华南的整层水汽输送主要呈现西南向。不同点是:夏季风后南亚高压西部型平均雨量较小,夏季风后南亚高压带状型与西部型在印度洋上存在明显的偏东风高空急流;夏季风后南亚高压类型在两广沿海的可降水量数值较大。     

2008年广东“史上最强龙舟水”的气候成因

分析了2008年广东“史上最强龙舟水”的气候成因。结果表明：（1）从2007年8月持续到2008年5月的拉尼娜事件,是强降水的主要气候诱因,在其影响下,西太平洋暖池一带热带对流活跃,有利于不稳定能量向北输送;西太平洋副热带高压偏弱、偏东,雨带滞留华南;南海季风爆发偏早、偏强,为强降水提供了丰沛的水汽条件。（2）去冬今春南极海冰面积偏大和青藏高原南部积雪偏少,有利于增强夏季风环流。     

1999、1998年长江流域暴雨成因对比分析

运用GMSTBB资料对比分析了1999年1998年夏季长江流域暴雨的成因，其中，重点探讨了南海季风云涌与副主的相互作用同南方强降水过程表成的关系，认为，南海季风涌爆发射副高比推或者保使长江中下游地区高压形成，张降雨出现在华南，相反，季风云涌间歇期西北太平国高西伸占据南海和华南，长江中下游地区出现强降水。     

华南夏季12-30 d持续性强降水的低频特征分析

利用1982-2011年夏季（5-8月）中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射和海表温度资料集,通过选取低频降水事件的方法,分析了华南夏季12-30 d持续性强降水事件的基本特征,然后利用位相合成法对持续性强降水期间伴随的低频大气环流型以及低频信号的来源和传播情况进行研究,同时也分析了低频海-气耦合过程对持续性强降水的影响。结果表明：（1）华南夏季降水具有显著的12-30 d低频振荡特征,持续性强降水事件在6月发生次数最多,低频降水期间的雨带自东南向西北传播。（2）在持续性强降水发生期间,华南及邻近海域低层受强大的低频气旋式环流控制,低频上升运动显著,而中国南海-菲律宾海一带则是强的低频反气旋式环流,其西侧向北的低频水汽输送不断将中国南海的水汽送至华南及邻近海域进行辐合上升。低层的低频信号来源于热带西太平洋和中国南海-菲律宾海一带低频振荡的西北向传播,同时伴随着西太平洋副热带高压明显的西伸东退过程。（3）在高层,华南北侧（22°-45°N,95°-130°E）区域强大的低频气旋式环流和孟加拉湾-中国南海一带的低频反气旋式环流相互配合,使华南高层处于强大的辐散环境中,从而加强了华南低层的辐合与低频上升运动,造成持续性强降水的增强。高层的低频信号来源于低频罗斯贝波列的东南向传播。（4）低频大气环流异常通过云辐射和热通量过程改变低频海表温度异常,而由大气强迫的低频海表温度异常通过影响低层大气的稳定性来对大气施加明显的反馈作用,该海-气耦合过程有利于大气低层低频信号向华南地区传播,从而影响了华南持续性强降水的发生、发展与结束。     

An Extreme Monsoonal Heavy Rainfall Event over Inland South China in June 2023: A Synoptic Causes Analysis

An extreme monsoonal heavy rainfall event lasted for nine days and recurred in the interior of northern south China from June 13 to 21, 2022. Using regional meteorological stations and ERA5 reanalysis data, the causes of this extreme monsoonal rainfall event in south China were analyzed and diagnosed. The results are shown as follows. A dominant South Asian high tended to be stable near the Qinghai-Tibet Plateau, providing favorable upper-level dispersion conditions for the occurrence of heavy rainfall in south China. A western Pacific subtropical high dominated the eastern part of the South China Sea, favoring stronger and more northward transport of water vapor to the northern part of south China at lower latitudes than normal. The continuous heavy precipitation event can be divided into two stages. The first stage (June 13-15) was the frontal heavy rainfall caused by cold air (brought by an East Asian trough) from the mid-latitudes that converged with a monsoonal airflow. The heavy rains occurred mostly in the area near a shear in front of the center of a synoptic-system-related low-level jet (SLLJ), and the jet stream and precipitation were strongest in the daytime. The second stage (June 16-21) was the warm-sector heavy rainfall caused by a South China Sea monsoonal low-level jet penetrating inland. The heavy rainfall occurred on the windward slope of the Nanling Mountains and in the northern part of a boundary layer jet (BLJ). The BLJ experienced five nighttime enhancements, corresponding well with the enhancement of the rainfall center, showing significant nighttime heavy rainfall characteristics. Finally, a conceptual diagram of inland-type warm-sector heavy rainfall in south China is summarized.