冬半年副热带南支西风槽结构和演变特征研究

南支槽是冬半年副热带南支西风气流在高原南侧孟加拉湾地区产生的半永久性低压槽,本文从气候学角度探讨其结构和演变特征。结果表明：（1）南支槽10月在孟加拉湾北部建立,冬季（11-2月）加强,春季（3-5月）活跃,6月消失并转换为孟加拉湾槽;10月南支槽建立表明北半球大气环流由夏季型转变成冬季型,6月南支槽消失同时孟加拉湾槽建立是南亚夏季风爆发的重要标志之一。（2）南支槽在700 hPa表现明显,其槽前干暖平流的输送有利于昆明准静止锋形成和维持,槽后冷湿平流也与孟加拉湾冷涌关系密切。（3）冬季辐散环流下沉支抑制了南支槽前上升运动的发展,这时低层辐合,中层辐散,南支槽前上升运动一般只伸展到对流层中层600 hPa左右。春季随着辐散环流减弱,东亚急流入口区南侧辐散中心的出现使得垂直运动向上迅速伸展。（4）从气候平均看冬季水汽输送较弱,上升运动浅薄,无强对流活动,南支槽前降水不明显,雨区主要位于高原东南侧昆明准静止锋至华南一带。春季南支槽水汽输送增大,同时副高外围暖湿水汽输送加强,上升运动发展和对流增强,南支槽造成的降水显著增加,因此春季是南支槽最活跃的时期。     

南支槽与孟加拉湾风暴结合对一次高原暴雪过程的影响

利用NCEP/NcAR逐6 h 1°×1°。再分析资料与常规和非常规观测资料,对2007年11月云南德钦高原暴雪产生的原因进行了研究,探讨南支槽与孟加拉湾风暴结合对高原东南部强烈天气的影响过程。结果表明:(1)在南支槽和孟加拉湾风暴结合的天气尺度条件下,槽前偏南风低空急流受高原大地形阻挡产生的高原切变线是高原暴雪的直接影响系统;(2)由于地形和冷空气的作用,上升运动向北倾斜使高原对流层中上层首先出现上升运动,整层上升运动在高原切变线和次级环流上升支的共同作用下强烈发展。孟加拉湾风暴北上与南支槽结合、高原切变线北移和风暴低压临近使德钦上升运动出现三次增强;(3)南支槽前偏南风低空急流向北输送水汽,部分水汽被抬升到高空,部分水汽绕过高原东南角向下游输送。高空水汽经高原上空沿着高空西风急流向下游远距离输送。高、低空水汽通道不重合往往会影响高原及其下游强降水落区的预报。受高空水汽输送影响,高原东南部纵向岭谷区具有高层大气最先增湿的特征,近地层水汽通量长时间强烈辐合有利于高原暴雪的形成;(4)上游冷空气沿南支西风到达孟加拉湾,促使南支槽加深和维持有利于引导盂加拉湾风暴北上,南支槽前偏南风低空急流把暖湿空气输送上高原,同时横槽转竖冷空气从高原南下,冷暖空气在德钦交汇形成强锋区也是暴雪产生的一个有利条件。(5)高原暴雪的锋区结构具有中纬度锋面天气特征,在暴雪发生的锋区附近,满足倾斜位涡发展和条件性对称不稳定。     

青藏高原南侧经圈环流变化特征及其对降水影响分析

基于1979-2015年青藏高原(下称高原)地区气象观测站的逐日降水资料和ERA-Interim逐日再分析资料,分析高原南侧经圈环流的季节演变及年际变化特征,并讨论其对高原降水及水汽输送的影响。结果表明,高原南侧80°E-90°E范围存在前季风环流、季风环流、Hadley环流的季节演变,前季风环流有-0. 377 s~(-1)·(10a)~(-1)减弱的趋势,季风环流有0. 524 m·s~(-1)·(10a)~(-1)显著增强趋势。在90°E-105°E范围存在季风环流和Hadley环流季节转换,季风环流存在0. 413 m·s~(-1)·(10a)~(-1)的增强趋势。基于各经圈环流开始、结束时间的定义,发现在80°E-90°E,前季风环流建立的时间有推迟而结束时间有提前的现象,其维持时间出现每10年-1. 47候的缩短趋势。在90°E-105°E,季风环流维持时间增长,Hadley环流维持时间缩短。前季风环流增强使得高原水汽辐散区辐散增强,水汽辐合区辐合增强,高原西南侧有东北向水汽输送增强,而高原西北侧有西南向水汽输送增强。夏季季风环流增强,高原南部至孟加拉湾地区自南向北的经向水汽输送显著增强,印度洋向高原输送的西南向水汽通量明显增加。前季风环流增强,春季高原中部及西南部降水减少,而东南部和北部降水增加。夏季季风环流增强时,高原南侧上升支增强,高原南部降水增加,而高原北部降水出现减少。     

一次回流与倒槽共同作用产生的暴雪天气分析

对2006年1月18—19日山西持续暴雪天气进行了分析,发现这次暴雪过程不同于以往:(1)高空极涡稳定,强度较强,极锋位置偏北,沿极涡外围极锋锋区上分裂的短波小槽,与南支槽同相叠置,使得南支槽发展加深,暴雪发生在此期间。(2)地面图上,不仅形成回流形势,而且河套倒槽向北发展旺盛,倒槽前的暖湿空气与东南气流相遇,两支气流耦合加强,与北方冷空气在山西中南部强烈交汇,使得山西中南部出现了暴雪天气,这种回流形势与倒槽同时强烈发展的情况并不多见。(3)深厚的湿层和强烈的水汽辐合为暴雪的产生提供了充足的水汽条件,暴雪中心就位于中低层两条水汽通量轴线交汇的南侧。(4)高层辐散、低层辐合的垂直配置以及暴雪区上空强烈的上升运动和低层露点锋的持续抬升作用,触发中层高不稳定能量的连续释放,是造成连续暴雪的重要机制,而低空、超低空急流的存在,不仅为暴雪提供了水汽来源和热量输送,而且使得重力波不稳定发展,加强了抬升运动。(5)暴雪出现在500hPa正涡度平流中心右前方,暴雪出现12小时后,正涡度平流中心强度迅速增强,对应暴雪出现一个增幅期。     

风暴-低涡影响下青藏高原一次强降水过程北大核心CSCD

利用联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)最佳路径资料、逐小时降水资料和ERA5再分析资料,研究2017年5月26—31日孟加拉湾风暴与高原低涡共同影响下青藏高原一次强降水过程,结果表明:风暴和南支槽共同作用下建立的孟加拉湾至青藏高原的水汽输送带为高原低涡-切变线区域的降水提供水汽。南支槽后冷气流在青藏高原南部陡坡下沉形成冷垫,孟加拉湾偏南暖湿气流首先沿冷垫向北抬升,爬上青藏高原后向北在高原切变线附近再次抬升,增加降水区地表至对流层高层大气中的可降水量。风暴偏南风暖湿气流与青藏高原北部干冷空气交汇产生锋生,大气湿斜压性显著增长,湿等熵线密集陡立导致垂直涡度剧烈发展,有利于高原低涡加强。风暴北上过程中其高层反气旋式出流加强青藏高原槽前西南风高空急流,辐散增强有利于低层切变线发展和高原低涡东移,产生大范围强降水。高原低涡切变线与风暴水汽输送的正反馈作用,为降水区提供持续视热源和视水汽汇,有利于青藏高原降水系统的维持和发展。     

孟加拉湾低压与昆明准静止锋影响下云南极端暴雨过程分析

利用水平分辨率为1°×1°逐6小时FNL再分析资料、常规观测资料和FY-2E观测资料,诊断分析了2015年10月9日云南极端暴雨过程。结果表明:此次云南极端暴雨是由孟加拉湾低压和昆明准静止锋共同作用造成;孟加拉湾低压登陆后长时间维持提供了源源不断的水汽供应,700 hPa切变线和昆明准静止锋使水汽辐合明显增强;在高低空急流和锋面抬升作用下上升运动得到强烈发展;受地形和锋面抬升,在潮湿大气中存在倾斜上升运动有利于条件性对称不稳定能量的释放。     

南支槽影响下西藏高原南部3次暴雪天气特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和常规观测资料,对2013年1-2月西藏高原南部3次暴雪天气的环流形势、动力、水汽条件等进行诊断对比分析。结果表明:3次暴雪天气中高纬度均以经向型环流形势为主,从长波槽脊配置可分为长波槽型和横槽型两大类;西太平洋副热带高压偏西偏强、伊朗高压东北发展对南支槽加深和缓慢东移起到关键作用。南支槽区560 dagpm线在30°N以南,并东移至70°E附近或以东时西藏高原南部开始出现暴雪天气;暴雪区附近涡度场变化反映了南支槽强度特征,中高层强辐散对南支槽发展起到重要作用;水汽主要源于阿拉伯海,孟加拉湾水汽对东部降雪起到补充作用,南支槽前高空西南急流对水汽输送起关键作用,同时喜马拉雅山脉的大地形抬升,有利于上升运动和水汽凝结成云;水汽通量、水汽通量散度等变化及中心的移动方向,对降雪的强度、落区和时段具有较好的预报指示意义。     

2020年1月24—25日贵州冰雹、雨雪共存天气机理分析

利用常规观测、NCEP再分析及FY-2G TBB等资料,对贵州2020年1月24—25日的冰雹、雨雪共存天气进行分析,结果表明:(1)此次复杂天气主要由南支槽前强上升运动把低空急流带来的充沛水汽强迫抬升至-10℃以上,前期能量集聚使得大气不稳定度迅速加大,滇黔静止锋触发贵州南部不稳定能量释放,共同造成了此次天气。(2)冰雹是由高架雷暴造成的,暖湿逆温层、强垂直风切变、强不稳定层结和合适的温度垂直分布是发生强对流的主要原因。(3)冷锋及深厚南支槽是降雪发生的主要环流形势,中层水汽辐合的强度及厚度不断增长、槽前动力抬升使得水汽伸展到-10℃以上,配合气温不断下降共同造成了暴雪天气。(4)贵州西部较充沛的外部水汽输送为降雨提供有利条件,高低空急流的有效叠加及典型的低层辐合、高层辐散加大降水强度。(5)强上升运动在降雪前8 h出现、涡度平流在降雪前24 h出现跃增,低层辐合的强度大于高层辐散;较之冰雹、暴雪区,大暴雪区饱和区伸展更高、上升运动更强、涡度平流更强,但水汽辐合稍弱;大暴雪区表现为稳定的低冷高暖,冰雹区、暴雪区则表现为由低到高的"冷—暖—冷"结构。(6)降雪区TBB纹理较均匀,大部在-20～-32℃,TBB低值区对应降雪强度较大,降雪最强时段TBB达-52℃。     

2015年11月中国南方降水异常定量诊断

利用NCEP/FNL再分析资料和地面月降水量资料,应用局地经向环流诊断方程对2015年11月中国南方地区降水异常进行定量诊断,并结合对应天气形势分析了其形成原因。结果表明： 1) 潜热加热、平均纬向温度平流、平均西风动量经向输送是导致2015年11月中国南方地区持续性降水天气形成的主要物理因子;2) 2015年11月来自热带海洋的水汽输送明显偏强,水汽在中国南方地区辐合抬升,其凝结潜热加热对经向环流上升支的正贡献较大;3) 中国南方地区受孟加拉湾槽前的西南风和西太平洋副热带高压西北侧的西南风控制,以暖平流为主,是平均纬向温度平流对南方地区经向环流上升支起正贡献的主要原因;4) 中国南方地区位于高空西风急流入口区反气旋切变一侧,受高层辐散抽吸影响,激发的上升运动是西风动量纬向平流对南方地区降水异常起正贡献的主要原因。     

滇西北高原一次突发性特大暴雨过程水汽输送特征分析

针对滇西北高原华坪县一次突发性特大暴雨天气过程,采用常规计算及数值模拟方法,分析其水汽输送特征。结果表明:中南半岛热带低压及孟加拉湾低压稳定维持为暴雨区水汽输送通道建立提供较好的大尺度环境场;暴雨区存在两条水汽输送通道,孟加拉湾低压东侧偏南气流转向后形成的西南水汽输送与副热带高压南侧偏东气流转向后形成的西南水汽输送,其源地可追溯至南海、西太平洋、孟加拉湾、阿拉伯海等地;水汽输送及水汽辐合主要来自700hPa以下层,其中700hPa与850hPa水汽输送特征与整层水汽输送特征表现一致;数值模拟结果可较好再现暴雨区水汽输送特征,同时发现后向追踪时段内,暴雨区中低层水汽输送起始于该高度层之上,随暴雨发生时间临近水汽输送高度逐渐降低。     

副高断裂前后四川盆地一次暴雨过程的比较分析

利用NCEP1°×1°6 h再分析资料,对副热带高压与西风槽典型环流形势配合下发生的一次四川区域性暴雨过程的不同阶段进行对比分析。结果表明,前期暴雨天气过程,其动力条件占到了主导地位,具有明显的经向垂直环流圈和垂直上升运动支,而在副高断裂后较强冷空气作用下,在副高边缘发生的区域性暴雨过程受西风带槽前的能量锋区影响,动力强迫作用和热力强迫作用激发的次级环流,进一步加强了四川盆地垂直运动的发展;冷空气作用前期的暴雨过程和冷空气进入后副高边缘发生的区域性暴雨过程中暴雨区域内的假相当位温均强于高层,大气处于对流性不稳定层结状态,对四川盆地暴雨的增强也起了不可忽视的作用,但由副高控制到副高逐渐断裂,湿位涡的斜压扰动是逐渐增强的过程,导致倾斜垂直涡度发展,激发更为强烈的上升运动;副高与西风槽环流形势相配合的暖区暴雨过程水汽主要来自中低层孟加拉湾;而副高断裂后发生在副高边缘的区域性暴雨过程,水汽主要来自850hPa层南海和孟加拉湾,从对流层中到低层,四川盆地东部恰恰是冷暖气流的交汇处,偏南气流将海上充沛的水汽输送到盆地东部,为暴雨的发生提供充足的水汽条件,并与对流层低层秦岭附近的东北冷气流交汇。     

副高断裂前后四川盆地一次暴雨过程的比较分析

利用NCEP1°×1°6 h再分析资料,对副热带高压与西风槽典型环流形势配合下发生的一次四川区域性暴雨过程的不同阶段进行对比分析。结果表明,前期暴雨天气过程,其动力条件占到了主导地位,具有明显的经向垂直环流圈和垂直上升运动支,而在副高断裂后较强冷空气作用下,在副高边缘发生的区域性暴雨过程受西风带槽前的能量锋区影响,动力强迫作用和热力强迫作用激发的次级环流,进一步加强了四川盆地垂直运动的发展;冷空气作用前期的暴雨过程和冷空气进入后副高边缘发生的区域性暴雨过程中暴雨区域内的假相当位温均强于高层,大气处于对流性不稳定层结状态,对四川盆地暴雨的增强也起了不可忽视的作用,但由副高控制到副高逐渐断裂,湿位涡的斜压扰动是逐渐增强的过程,导致倾斜垂直涡度发展,激发更为强烈的上升运动;副高与西风槽环流形势相配合的暖区暴雨过程水汽主要来自中低层孟加拉湾;而副高断裂后发生在副高边缘的区域性暴雨过程,水汽主要来自850hPa层南海和孟加拉湾,从对流层中到低层,四川盆地东部恰恰是冷暖气流的交汇处,偏南气流将海上充沛的水汽输送到盆地东部,为暴雨的发生提供充足的水汽条件,并与对流层低层秦岭附近的东北冷气流交汇。      

中国东南部冬季降水变化及其环流特征

利用1951-2011年中国160站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东南部冬季降水的年际变化及与之相关的环流和水汽输送特征。结果表明:中国东南部冬季降水年际差异较明显,当降水异常偏多(少)时,蒙古高压及中国广大南方地区海平面气压异常偏低(高),而亚洲附近的洋面上则异常偏高(低);500 hPa上,巴尔喀什湖附近的高压脊和东亚大槽均偏弱(强);高层东亚西风急流异常偏弱(强),中东地区急流异常偏强(弱);中国东部20~30°N出现显著异常上升(下沉)运动,低纬度地区出现异常下沉(上升)运动。影响中国东南部冬季降水的水汽输送主要有两支:来自西风带绕高原的南支气流,经过阿拉伯海和孟加拉湾向华南的输送水汽;来自低纬西太平洋,经南海向中国西南的水汽输送。此外,东亚冬季风与中国东南部冬季降水关系密切。     

2003年渭河流域一次致洪暴雨过程综合分析

利用实况高空探测、地面观测资料和T213 1°×1°格点资料,使用天气学诊断方法,对2003年8月28日出现在渭河流域的一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明,西太平洋副热带高压加强西伸和稳定强盛有利于渭河流域强降水持续;700hPa低涡和切变线是这次暴雨的直接影响系统;暴雨上空具有高层辐散、低层辐合的散度结构和强烈的上升运动,形成的中尺度次级环流有利于暴雨的维持;暴雨区具有强的能量锋和对流不稳定,θse具有典型的Ω结构;其水汽主要来源于孟加拉湾和中国南海。     

我国南方西南和中东部区域两次持续性低温雨雪过程与关键环流系统的关系研究

利用NCEP再分析资料和国家气象信息中心提供的753站逐日气温和降水资料,对比分析了我国南方西南和中东部区域两次持续10 d以上的低温雨雪过程,结果表明:(1)两次过程中欧亚大陆中高纬东亚大槽均加深,但环流形势有差异。西南过程呈现"北高南低"形势,关键脊区在贝加尔湖,而中东部区域过程"北高南低"和"西高东低"形势共存,关键脊区从乌拉尔山延伸至贝加尔湖。两次过程异常的环流与北大西洋向东传播的波列有关。(2)西南过程关键脊区提前过程3 d发展并东移至贝加尔湖,形成稳定形势;而中东部区域过程关键脊区提前过程一周发展,在开始日达最强。两次过程均伴随蒙古高压东移南压使地面降温,500 hPa关键脊区超前蒙古高压2 d变化。西南过程降温主要受到冷平流和绝热冷却影响,而中东部区域过程主要受到冷平流的影响。(3)西南过程水汽来自孟加拉湾,只受南支槽支配。中东部区域过程水汽来自孟加拉湾、南海和西太平洋,由南支槽和西太平副热带高压的共同影响。两次过程水汽正收支主要来自南边界。     

东印度洋海温对中国南方冬季降水的影响

利用NCEP再分析的大气环流资料、海表温度资料和全国160 站降水资料,研究了冬季东印度洋海温对我国江南-华南地区同期降水的影响。结果指出,冬季东印度洋海温(Sea Surface Temperature in the Eastern Indian Ocean,EIOSST)和同期的江南-华南降水呈显著的正相关关系。当EIOSST偏高时,江南-华南的冬季降水偏多。而当EIOSST偏低时,江南-华南的冬季降水偏少。这种影响的可能机制是:冬季东印度洋海温异常通过影响南支槽上的扰动活动和水汽输送来影响同期的江南-华南降水。当东印度洋海温偏高时,局地对流加强,引起南支槽地区的上升运动加强,南支槽活跃。活跃的南支扰动向下游传播,南支槽前的西南气流将水汽从孟加拉湾向华南和江南输送,引起华南和江南的降水偏多。进一步的分析显示,东印度洋海温对南支槽和江南-华南的降水的影响独立于ENSO的影响。二者对南支槽和江南-华南地区冬季降水的影响过程一致,只是东印度洋海温的影响较弱。当东印度洋海温和ENSO的作用相叠加时,江南-华南可能会出现较异常的冬季降水。       

6月MJO对广东降水调制与直接影响系统的联系

利用1979—2008年广东省86个测站逐日降水资料及NCEP-DOE第2套分析资料等,提出影响广东500 hPa环流系统的判别方法,分析6月赤道MJO (季节内振荡) 活动对广东降水的调制作用随中低纬度环流型的变化。结果表明:强MJO第3位相广东出现强降水的概率最高,是8个位相中唯一强降水等级出现日数超过弱降水日数的位相。在直接影响广东的5种500 hPa环流系统 (包括西风槽、西风浅槽、平直西风或高压边缘、副热带高压、热带低压槽) 中,西风槽类型影响时,赤道MJO对广东降水的调制作用最强,其他环流类型影响时,MJO的调制作用很弱。广东在西风槽影响下,当处于MJO第3位相 (第6位相) 时,降水距平百分率达到最高 (低)。MJO对广东降水的调制作用随中低纬度环流系统的变化,主要是环流系统之间的不同配合导致降水所需的动力上升条件和水汽输送条件的相互配合发生变化造成的。