亚洲副热带高空西风急流活动的气候特征及其与我国部分地区夏季降水的关系

利用1948-2008年NCEP/NCAR再分析风速资料,分析了亚洲副热带200hPa西风带急流(下称西风急流)时空变化的气候特征及其与我国江淮流域梅雨期降水和新疆夏季降水的关系。结果表明:(1)由冬入夏时,西风急流轴由30°N左右北进到45°N左右,中间有两次明显的快速北进,分别发生在4月和6～7月;由夏入冬时,急流轴再由45°N左右南撤至30°N附近。急流轴在北进过程中以90°E处出现最早,也最明显。(2)一年之中,西风急流中心主要位于西太平洋上空140°E处,只有两个月左右的时间停留在亚洲大陆上空。急流中心在6月中旬开始迅速西移,6月下旬移至江淮流域上空,7月底到达新疆天山地区上空,8～9月东退至冬季平均位置140°E左右。(3)江淮流域梅雨期的降水量与西风急流的位置有一定相关关系。若某年1月急流中心异常偏西,4～5月急流轴又异常偏南,则该年可能为丰梅年,江淮地区易出现暴雨洪涝灾害;否则相反。(4)盛夏季节新疆上空急流的强度及纬度位置与新疆降水也有一定关系。若某年4月中旬～5月下旬新疆和中亚地区西风急流轴明显偏北,该年夏季急流轴又偏南,且急流偏强,则新疆多雨;否则相反。     

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响.分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200 hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征.梅雨期,200 hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义.梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度.进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域.当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域.因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响.     

冬季东亚中纬度西风急流对我国气候的影响

利用1957—2001年欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料，分析了冬季东亚西风急流与我国气候的关系。首先定义了冬季东亚西风急流强度指数(区域30°~35°N，127.5°~155°E冬季200 hPa纬向风u₂₀₀平均值的标准化值)和切变指数(区域15°~25°N，100°~115°E与区域30°~40°N，100°~115°E的平均u₂₀₀之差的标准化值)，这两个指数能较好地反映冬季东亚西风急流的强度变化和位置的南北移动，二者相关系数为-0.48，通过99%信度检验。西风急流强度与亚洲和西太平洋大范围的大气环流有密切关系，而西风急流位置移动则与印度洋、中东太平洋的大气环流有密切关系，并分析了冬季急流强度指数和切变指数与我国温度和降水的关系。结果表明:当西风急流强度偏强时，西风急流位置偏北，此时在急流入口区左侧由于气流辐合造成低层气压上升，在出口区左侧则由于气流发生强烈辐散，引起低层气压下降，所以西伯利亚地区上空从对流层低层到中层高度值升高，北太平洋高度值降低，东西向气压差加大的形势，同时东亚大槽偏强，海陆气压差加大和东亚大槽偏强，导致冬季风强度偏强，引起我国从北到南的陆面降温，同时30°~40°N低层有下沉气流，使得华北、华中和长江中下游地区降水偏少；当西风急流强度偏弱时，西风急流位置偏南，整个东亚地区存在南风异常，东亚冬季风较弱，在25°N附近有上升气流，此时华南和内蒙古、华北降水偏多，内蒙古地表温度偏高。     

副热带高压自身变化周期和形态结构对入梅的影响

针对2010年江淮入梅预报出现偏差情况,利用2008、2010、2011年降水实况资料和6-7月NCEP再分析资料,分析了预报出现偏差的原因,讨论了副热带高压水平移动和垂直结构对降水落区的影响,分析了局地入梅的预报方法和参考指标.研究发现:副热带高压(以下简称“副高”)和南亚高压的自身双周振荡规律在预报中不可忽略,在对大尺度系统和较长时间系统的变化判断时,高层系统的预报可信度可能更高.另外,在对梅雨预报时,副高垂直结构的变化对降水落区有一定影响,当500 hPa副高脊线越过20°N,副高脊线自上而下向南倾斜时,底层脊线在20°N以南,不利于江淮地区降水发生.副高上下结构垂直度较大时,利于降水落区北移.副高西脊点自高空到低空呈自西向东倾斜,500 hPa西脊点偏西也不利于江淮梅雨期的开始.     

梅雨季节和梅雨期

我们在研究梅雨期暴雨时,首先碰到梅雨期的划分问题。1978年我台组织了一个暴雨会战小组,曾就梅雨形势和入梅、出梅问题进行了探讨,现在谈谈我们的一些看法。 一、梅雨季节和梅雨期不是一个概念 梅雨季节(简称梅季)是长江中下游由春季到夏季的过渡季节,这个转换主要表现在环流形势上,因此梅季主要是一个天气概念。梅季的环流形势特征是:副高脊线北跳到20—25°N,青藏高原南缘南支急流消失,高原副高建立,印度西南季风爆发,原在华南的     

东亚副热带西风急流位置变化及其对中国东部夏季降水异常分布的影响

利用1951～2004年美国国家环境预报中心 (NCAR/NCEP) 再分析候平均资料和同期中国740站日降水资料, 分析了东亚副热带西风急流轴位置的变化趋势及其对中国东部夏季降水分布的影响, 结果表明: (1) 夏季7～8月东亚副热带西风急流位置和形态在1975～1980年间出现转折, 1980年后西风急流中心逐渐向西移动的同时伴随有西风急流向南偏移。 (2) 在1980年以后华北地区降水量减少和降水强度减弱, 雨季开始时间推迟、 雨季变短, 而长江中下游地区入梅提前、 梅雨期变长, 降水量增加, 从而形成南涝北旱的降水分布形势。 (3) 1957～1964年华北典型多雨时期, 西风急流呈纬向分布, 在华北地区有高低空急流耦合, 强辐合上升区正好位于华北, 并有充足的水汽条件供应, 使得华北降水偏多。而1980～1987年和1997～2002年华北地区为典型少雨时期, 1980～1987年西风急流中心位置偏南和1997～2002年急流位置显著偏西, 在华北地区均无高低空急流耦合的环流形势, 水汽辐合区位于长江流域, 强辐合上升区位置在30°N以南区域, 有利于江南地区降水增加而华北地区少雨, 这表明西风急流位置变化导致环流调整对中国东部降水分布有显著影响。因而, 在讨论东亚副热带西风急流位置与中国东部地区降水异常的关系时, 不仅要考虑西风急流南北位置变化, 还需要综合分析西风急流的东西位置和形态的变化。     

梅雨中期预报方法的研究

本文是用天气环流分型、数理统计等方法,探索梅雨“开始期”和“梅雨期内大到暴雨”的中期预报。 经普查和分析研究发现,每年雨季来临早迟与500mb上125°—140°E间的西北太平洋副热带高压脊的季节性向北位移有很大关系,入梅该候500mb上125°—140°E间的副高平均脊线基本上是要稳定在19°—24°N纬度带内,而出梅候或次一候,副高脊线基本上要达到26°N以北。 对于早梅雨的预报应偏重于副高活动和变化,正常或迟梅雨的预报应偏重于西风带短波槽脊的调整和活动。 最后指出,上海地区梅雨期内大—暴雨天气过程的发生是与这个季节中冷暖空气活动的地域和其强度变化特点有着一定的联系,同时也与本站要素变化有关。     

亚洲夏季风对江淮梅雨入梅早晚的影响

入梅时间早晚直接影响梅雨期雨量的多寡,其准确预测对农业、交通和旅游业等气象服务具有重要意义。利用中国气象局2017年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究1981—2020年江淮梅雨入梅早晚的气候特征,分析亚洲夏季风对入梅日早晚的影响。结果表明：(1)江淮梅雨入梅日具有显著的年际变化特征,平均入梅日为6月21日,标准差为11 d,最早和最晚入梅日相差39 d。(2)入梅日与南亚夏季风SASM (South Asian Summer Monsoon)呈显著负相关,与东亚夏季风EASM (East Asian Summer Monsoon)呈正相关。强SASM年,南亚高压偏东,中高纬度高空急流偏南,江淮地区为水汽辐合区,有利于江淮区入梅偏早;强EASM年,西太副高偏北偏强,南风气流旺盛,水汽在华南和东北地区辐合,在江淮地区辐散,不利于梅雨的发生。(3)由于亚洲夏季风具有协同爆发的特点,强SASM-弱EASM协同年,平均入梅日较常年平均偏早4 d,与之相反的协同年入梅日偏晚11.6 d。强SASM-弱EASM年,江淮地区位于高空急流出口右侧,伊朗高压位...     

夏季东亚副热带西风急流不同尺度波的特征分析

利用1960—2015年NCEP全球再分析日平均资料和中国国家气象站20时的日降水量资料,分析在超长波、长波和天气尺度波的不同尺度纬向风场中,夏季东亚副热带西风急流的空间分布和活动特征,初步研究了不同尺度波的东亚副热带西风急流与典型梅雨异常年降水的关系,通过分析东亚副热带急流的周期性变化,进一步探讨本研究工作的实际应用价值。研究表明,超长波是东亚副热带西风急流扰动的主要成分,与急流位置的演变具有较高的一致性,对于梅雨期间的雨带位置和强度变化均有较好的指示意义;长波、天气尺度波是叠加在超长波上的次低频和中间尺度扰动,后者与梅雨强度的变化有一定对应关系。东亚副热带西风急流与其超长波的位置变化具有明显的单、双周振荡特征,在实际预报业务中可以充分利用超长波的周期性和较高预报技巧,为中期天气分析和预报提供更有价值的参考信息。      

中国东部高空颠簸时空分布特征及其与热带中东太平洋海温的关系

本文利用1979～2014年NCEP-DOE日平均再分析资料和中国区域2375份航空器空中颠簸报告资料,研究中国东部区域高空颠簸的时空分布特征及其与热带中东太平洋海温异常（简称“海温异常”;空间范围:5°S～5°N,120°～170°W）的关系以及产生这种关系的可能原因。结果表明:中国东部地区高空颠簸与东亚副热带西风急流之间存在显著时空相关关系,其原因是高空纬向风引起的垂直风切变是构成高空颠簸时空分布的主导因素。中国东部夏季高空颠簸与海温异常存在正相关关系;冬季呈现南北两个正负相关区:以30°N为界,北部区域存在显著的负相关,南部区存在显著的正相关,在30°N急流轴附近区域无显著相关关系。海温异常影响中国高空颠簸时空分布的可能原因是海温变化引起对流层高层温度出现异常,进而影响温度的经向梯度,导致东亚副热带西风急流强度和位置出现异常（夏季,急流轴南侧出现西风异常;冬季,急流轴北侧出现东风异常,南侧出现西风异常）。高空纬向风的变化导致纬向风的垂直梯度和经向梯度出现异常,最终影响高空颠簸的时空分布特征。对流层高层温度的异常变化可能是由与热带海温异常相关的平流层水汽变化所引起。     

梅雨锋云带内α-中尺度对流系统周边水汽风的分析

应用准静止卫星水汽图像导出的风 (简称为水汽风 )分析东亚梅雨锋云带内中尺度对流系统 (MCS)在对流层上层的流出通道。结果表明梅雨锋云带内MCS有二类流出通道。一类MCS在对流层上层呈现为一个中尺度反气旋。MCS的东部有一支中尺度高空急流 ,这支中尺度高空急流向东流出后转向南 ,流入 2 0°N附近的南亚东风急流内 ,是MCS在对流层上层的主要流出通道。另一类MCS发生在中纬度西风急流的南侧。中纬度西风与MCS南部的偏东北风构成一个反气旋环流带。MCS前方的流出通道 (中尺度高空急流 )是中纬度西风急流的一个中尺度分支。梅雨锋云带内垂直方向水平风速切变小于 1m/ (s·10 0hPa) ,垂直方向“不通风”有利于云带内MCS的维持。初步分析验证了以前数值模拟得到的中尺度高空急流及其流出通道。     

江淮梅雨期降水异常分布型及其与东亚副热带高空西风急流的关系

利用1980—2010年的NCEP/NCAR再分析资料与江淮地区44个站逐日降水资料,分析了江淮地区1980—2010年梅雨期(6月16日—7月15日)降水的基本空间分布型及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,江淮梅雨降水的第一分布型为"南正(负)北负(正)",该型受副热带高空西风急流位置的影响,急流位置偏南(北),则雨带位于江淮南(北)部地区;第二分布型为"中间负(正),两边正(负)",该型受副热带高空西风急流强度的影响,急流强度异常偏弱(强),则雨带位于江淮地区西北、东南部(中部)。合成分析表明,高空急流位置异常偏南时,500 h Pa副高偏弱、偏南,850 h Pa江淮南部地区为水汽、风场辐合区,高低空配置有利于降水呈"南正北负"的分布型。高空急流强度异常偏弱时,从我国江淮中东部地区至日本南部,500 h Pa上无明显垂直运动,850 h Pa上有水汽和风场的辐散区,高低空配置有利于降水呈"中间负,两边正"的分布型。     

珠海凤凰山森林下垫面干季和湿季气象要素的对比分析与动量和感热交换系数的参数化研究

利用珠海凤凰山陆气相互作用观测塔站2014年11月至2016年5月的观测数据,对比分析了干湿季森林下垫面能量通量和气象要素的变化特征,分析了在不同稳定度下3个风向范围（315°～45°、45°～135°和135°～225°）的动量和感热交换系数随冠层表面风速的变化特征,并对动量和感热交换系数进行了参数化研究。结果表明:干季感热和潜热通量值相当,湿季潜热远大于感热。干季和湿季的夜晚都出现负感热现象,感热从大气向森林输送。相对湿度的变化幅度大,与该地气象状况密切相关,相对湿度的垂直梯度夜晚较大,白天较小。干季的气温垂直梯度比湿季的明显。风速在冬季变化平缓,夏季变化剧烈,低层风速随高度变化梯度明显,高层较紊乱。各高度风向差异不大。中性和近中性状态下,在风向为315°～45°、45°～135°和135°～225°时,动量交换系数C_dn分别为0.05、0.0055和0.022,感热交换系数C_hn分别为0.0055、0.003和0.004。在稳定和不稳定状态下,动量交换系数C_d、感热交换系数C_h随冠层表面风速v明显发生变化,稳定条件下,C_d、C_h随v的增大而增大;不稳定条件下,C_d、C_h随v的增大而减小。分不同风向对森林冠层C_d、C_h在稳定和不稳定条件下与v的关系进行了拟合,得到了参数化公式。     

2017年梅雨期浙江中部连续暴雨过程的环流特征

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°的FNL再分析资料和FY-2E卫星云图资料对2017年梅汛期前后浙江中部大尺度环流背景进行分析,同时对梅汛期三次强降水过程的梅雨锋结构、对流层低层风场对中尺度对流系统发展的影响以及中尺度云团特征等进行了诊断分析。结果表明：1） 进入梅汛期,贝加尔湖长波脊发展及长久维持,带状分布的西太平洋副热带高压较常年偏强,有利于冷暖空气交汇于浙江一带,形成范围大、持续时间长的强降水;2） 在垂直方向上,高空西风急流的入口区右侧与低空急流核左前方相叠加,高低空急流耦合作用明显,为中尺度对流系统维持提供了必备的不稳定机制;3） 三次强降水过程均具有正涡度带随时间东移的现象,揭示了梅雨锋区低值系统沿切变线东移的特点。其中,第三次暴雨过程正涡度东移特点最明显,对流层低层的有利动力条件导致中尺度对流系统的发展及强降水的出现;第二次过程的副热带西风急流中心风速明显较第一次和第三次小,但西风急流中心位置南移至30°—35°N,正好位于梅雨锋区上空,补偿了因急流风速减小对高层辐散的影响。     

2000年江淮梅雨的分析和中期预报着眼点

20 0 0年江淮梅雨期的环流特征 ,在其入梅时表现为 :西太平洋副热带高压 1 2 0°E脊线的季节性北移具有明显的两周振荡周期 ;南亚高压脊线北移至 2 5°N和印度季风的爆发——加尔各答稳定西风的结束均能很好地预示江淮梅雨的开始。在出梅时 :亚洲地区地转风急流轴入梅后持续北移到 47.5°N,5 0°N稳定的超长波脊先于西太平洋副高调整 ,梅雨期后期在菲律宾东部洋面生成的 3号台风的北上 ,均对出梅的环流调整起到了显著的作用。     

近五年东亚夏季自然天气季节的划分及夏季特征的初步探讨

本文根据1951—1955年五年高空和地面的资料,对夏季过程进行了分析,得到下面几点结果: 1.在东亚地区的四个主要经度带上以65°,120°和140°经度带的500毫巴强西风中心的位置和强度变化,对东亚自然天气季节的划分是最良好的指标。东经65°经度带上南边低纬度强西风的消失是梅雨期开始前的征兆。东经140°经度带上强西风在北纬40°以南消失时是夏季开始的征兆。和它相关联的过程是东亚高空大槽的消失和太平洋副热带高压带北移至30°—40°纬度带间,这个期间平均是在7月13日左右,也是江南梅雨结束的时候。故梅雨是夏季以前的盛行过程,它和500毫巴强西风区或锋区是有密切的联系的。 2.东经140°经度带上500毫巴强西风在北纬30°—40°重现时,是夏季结束秋季开始的征兆,和它相关连的天气过程是在该经度带上高空大槽重新建立,地面大陆冷高压从新地岛东部向东南下达华北地区。这个时间平均是在9月5日左右。故东亚夏季的长度平均仅55日。 3.从500毫巴强西风在各经度带上出现的情况来看,一般是西部比东部消失得早,出现得迟,不如冬季那样先在上游首先建立,在春夏之交这种相反的演变,似非地形的分支可以解释的。 4.在夏季自然天气季节所出现的盛行天气过程主要是表现在太平洋副热带高压随上游气压场的不同,及其和     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流变化与江淮出梅的关系

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37.5°N以北,比梅雨结束早1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早(晚)年份梅雨结束早(晚),长江中下游地区降水偏少(多),而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。     

夏季北太平洋副热带高压系统的活动

文中根据 NCEP/NCAR再分析资料 ,分析了北太平洋副热带高压系统的变化。 5～ 9月由于亚洲夏季风的建立及活动 ,北半球副热带高压系统在 6 0～ 1 2 0°E出现断裂 ,夏季西太平洋副热带高压脊点平均伸展到 1 2 0°E,其年际变化反映了亚洲夏季风的强弱。强夏季风年 5 0 0h Pa西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以北 ,并分裂成两个中心 ,印度低压强 ;弱夏季风年西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以南 ,表现为北太平洋高压中心向西伸展的高压脊 ,印度低压弱。夏季西太平洋副热带高压的季内活动有两种模态 :第 1种表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期从北太平洋中部的副热带高压中心一次次地向西扩张到 1 2 0°E以西 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏弱年 ;第 2种模态表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期一次次地由东向西扩充时 ,在 1 2 5～ 1 5 5°E停滞 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏强年。江淮流域梅雨的中断和结束与北太平洋副热带高压系统 2 0～ 3 0 d季内振荡有关。西太平洋副热带高压 5～ 1 0 d的短期活动受 3 5～ 45°N西风带活动的影响 ,当西风槽在中国沿海和西太平洋地区向南伸展到 3 0°N以南后 ,西太平洋副热带高压有一次加强活动     

不同纬度天气尺度扰动影响2020年夏季梅汛期降水的数值模拟

利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6,研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响。观测分析表明:2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动,在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传。在此基础上,设计改变不同纬度天气尺度扰动(10 d)输入的侧边界敏感性试验。数值模拟结果表明:从平均环流来看,当中高纬西北侧边界的天气尺度扰动减弱时,大气平均环流动能向天气尺度扰动动能转换的位置发生北移,影响副高北侧纬向西风带北移,使得梅雨期降水中心从长江中下游地区北移到淮河流域;从时间演变来看,当去除中高纬西北侧边界的天气尺度扰动时,850 hPa上E矢量散度南传减弱,低纬纬向风异常能够向北传播。纬向风异常产生的涡度变化有利于副热带高压北抬,使得雨带可以较早北抬到34°N以北,标志江淮地区出梅。低纬南侧边界的天气尺度扰动减弱时,梅雨期降水略有增强,但对雨带的进退影响较小。因此,观测和数值模拟结果表明,2020年夏季梅雨期降水强度和雨带的维持主要与中高纬度天气尺度扰动异常密切相关,中国北部尤其中国西北部到巴尔喀什湖地区天气尺度扰动偏强且南传是此次梅雨强度偏强和雨带维持的重要原因。     

Tropical Stratospheric Circulation and Monsoon Rainfall

Interannual variability of both SW monsoon (June-September) and NE monsoon (October-December) rainfall over subdivisions of Coastal Andhra Pradesh, Rayalaseema and Tamil Nadu have been examined in relation to monthly zonal wind anomaly for 10 hPa, 30 hPa and 50 hPa at Balboa (9°N, 80°W) for the 29 year period (1958-1986). Correlations of zonal wind anomalies to SW monsoon rainfall (r = 0.57, significant at 1% level) is highest with the longer lead time (August of the previous year) at 10 hPa level suggesting some predictive value for Coastal Andhra Pradesh. The probabilities estimated from the contingency table reveal non-occurrence of flood during easterly wind anomalies and near non-occurrence of drought during westerly anomalies for August of the previous year at 10 hPa which provides information for forecasting of performance of SW monsoon over Coastal Andhra Pradesh. However, NE monsoon has a weak relationship with zonal wind anomalies of 10 hPa, 30 hPa and 50 hPa for Coastal Andhra Pradesh, Raya