华南两次强台风暴雨过程的水汽与湿位涡对比分析

【目的】探讨不同季节但路径相似的台风暴雨的相关特征,为不同季节的台风暴雨落区预报提供参考依据。【方法】利用常规的探空和地面资料以及NCEP/NCAR1°×1°全球再分析资料,计算2个强台风的水汽通量散度和湿位涡场。对比分析水汽通量辐合、湿位涡正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)的水平和垂直分布特征,以及与暴雨落区的对应关系。【结果】秋季的"彩虹"台风高层副热带高压加强,而中低层冷空气和东南气流的汇合使"彩虹"台风的东侧和北侧获得更有利的动力环境条件;而夏季的"威马逊"台风北侧无冷空气影响,台风南侧外围强盛的西南季风气流卷入。台风"威马逊"期间,强的水汽通量辐合中心始终在台风及其残涡中心的南侧和西侧;台风"彩虹"登陆后60 h内一直持续有2支强盛的气流向台风中心输送水汽,而水汽通量的辐合中心与"威马逊"相反,位于台风中心的北侧和东侧,东南气流的卷入以及维持时间长使暴雨增幅。台风"彩虹"登陆后高层高值MPV1扰动下传,低层MPV2> 0并增强,湿斜压性得以增强,有利于垂直涡度增长,使台风低压得以维持和发展;登陆后48～66 h 925 hPa层MPV1为负值,使对流不稳定能量及潜热能的释放,有利于暴雨的维持。而台风"威马逊"登陆后湿斜压性增强不明显。2个台风强降水中心大致位于925 hPa MPV1正负中心过渡带偏向负中心一侧;"威马逊"过程低层MPV1负值中心在正值中心的左侧,对应着西南季风的汇入区;而"彩虹"过程低层MPV1负值中心在正值中心的右侧,对应着冷空气和东南气流的汇合区。这是2个台风暴雨落区差异的成因之一。【结论】本研究得出的湿位涡诊断结果对台风暴雨落区预报具有较好的指示意义。     

大气河对2013年“7.9”四川盆地持续性暴雨作用的诊断分析

2013年7月7～11日,四川盆地大部分地区出现了持续性强降雨天气(以下简称四川“7.9”暴雨).此次过程的降水中心稳定少动、降水强度及总量大、持续时间长,累积降水量最高达到了1000ram以上,造成严重灾害.为分析位于孟加拉湾地区的大气河对四川“7.9”暴雨的影响.利用NCEP/NCAR再分析资料,通过研究孟加拉湾大气河水汽对这次暴雨的作用及影响,得到的结果表明:此次持续性暴雨过程中,孟加拉湾大气河受西太平洋副高东撤影响,并在200 hPa和850 hPa高低空急流的共同作用下,不断向四川地区输送水汽.这种水汽输送一直持续到11日才停止,此时降水也趋于结束.在整个暴雨过程中,850 hPa上孟加拉湾大气河输送的水汽由于云贵高原阻挡,而绕开云贵高原在南海地区与西太副高外围的水汽以及南半球的越赤道气流汇合后,在低空急流左侧辐合气流作用下输送到四川盆地,为暴雨产生提供水汽.同时,700 hPa上的水汽直接越过云贵高原到达四川盆地.孟加拉湾大气河的这两种输送方式为四川盆地持续性暴雨提供了充足的水汽供应.     

深圳“5·11”特大暴雨过程的水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR逐日风场和湿度场再分析资料(1°×1°)和深圳气象站地面气象观测资料,通过水汽通量、水汽通量散度的计算,对深圳2014年"5.11"特大暴雨过程与水汽输送的配置关系进行了分析。研究表明:南海为此次暴雨过程的主要水汽源地,暴雨落区位于边界层偏南风低空急流的前方;此次特大暴雨过程中存在两支低空急流——西南风低空急流和边界层偏南风低空急流,它们作为水汽通道,为暴雨的发生发展提供了充沛水汽,其中,边界层偏南风低空急流对此次暴雨影响更大,边界层的摩擦辐合和水汽堆积,为本次强降水过程提供了十分有利的条件。     

云南空中水资源的季节变化研究

用1961—2008年NOAA的月平均再分析资料和1980—2006年云南5个探空站的资料,采用大气可降水量和水汽通量公式计算分析大气可降水量和水汽通量,并用线性趋势分析其变化特征。结果表明：云南四季的可降水量北少南多,呈“u”型分布,夏季最大,冬季最小。对云南地区四季的水汽通量分析表明,四季的水汽净收入主要集中在对流层低层;地面-300hPa的水汽净收入在夏季最大、秋季次之,而冬季最小。云南经向的水汽输送和纬向的水汽输送呈反相关,近48年,云南四季水汽呈增加趋势,其中夏季增加最多,春季次之。     

大气河对2013年“7.9”四川盆地持续性暴雨作用的诊断分析

2013年7月7~11日,四川盆地大部分地区出现了持续性强降雨天气(以下简称四川"7.9"暴雨)。此次过程的降水中心稳定少动、降水强度及总量大、持续时间长,累积降水量最高达到了1000mm以上,造成严重灾害。为分析位于孟加拉湾地区的大气河对四川"7.9"暴雨的影响。利用NCEP/NCAR再分析资料,通过研究孟加拉湾大气河水汽对这次暴雨的作用及影响,得到的结果表明:此次持续性暴雨过程中,孟加拉湾大气河受西太平洋副高东撤影响,并在200 h Pa和850 h Pa高低空急流的共同作用下,不断向四川地区输送水汽。这种水汽输送一直持续到11日才停止,此时降水也趋于结束。在整个暴雨过程中,850 h Pa上孟加拉湾大气河输送的水汽由于云贵高原阻挡,而绕开云贵高原在南海地区与西太副高外围的水汽以及南半球的越赤道气流汇合后,在低空急流左侧辐合气流作用下输送到四川盆地,为暴雨产生提供水汽。同时,700 h Pa上的水汽直接越过云贵高原到达四川盆地。孟加拉湾大气河的这两种输送方式为四川盆地持续性暴雨提供了充足的水汽供应。     

四川"9.3"大暴雨中的水汽输送分析

利用NCEP／NCAR再分析资料对四川“9．3”大暴雨中水汽来源进行了讨论。结果表明,这次暴雨的水汽主要来源于南海、西太平洋地区;异常水汽输送在这次暴雨中占了较大的比例。暴雨日及前3天的异常水汽输送表明,造成此次川东暴雨的异常水汽来源于西太平洋经南海、东海、黄海的向北水汽输送和暴雨区北方的向南水汽输送,以及青藏高原的异常偏西风输送,孟加拉湾的水汽输送对异常强降水并没有明显的作用。大暴雨发生的前期,副高突然异常加强西伸。     

成都地区一次暴雨诊断分析

针对2012年8月16~19日成都地区出现短时、局地暴雨、特大暴雨的异常强降水天气,利用常规气象资料、1°×1°NCEP再分析资料和客观物理量场、卫星云图等资料,对造成此次强降水主要集中在成都地区西部沿山一带的原因进行了分析。分析得出:在有利的环流背景下,中小尺度系统发生发展和演变是这次暴雨产生的直接原因;中低层维持偏南气流,暖湿气流西进北抬,低空急流为这次暴雨提供了大量的水汽和不稳定能量;中低空的水平风切变不仅为暴雨提供了强烈的辐合上升运动,同时对水汽的水平辐合和垂直输送非常有利;另外,强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相连相关。     

东北区域水汽收支的变化及其与降水的关系

为了明确东北区域水汽收支变化及其与降水的关系,利用1970～2010年NCEP/NCAR逐月平均分析资料、国家气象信息中心提供同期的气象站逐日降水实况资料,对东北区域夏半年（5～9月）区域水汽收支的年（年代）际变化及其与降水的关系、降水偏多（少）年的水汽输送特征进行研究.研究结果表明：（1） 1970年代水汽异常输送主要来自华北地区;1980年代,水汽异常输送主要来自蒙古东部和日本海;1990年代,水汽异常输送主要来自鄂霍次克海;2000年以后,水汽异常自东北区域向西南方向输送.总体而言,1970～1990年代区域内的水汽增加,2000年以后区域内水汽明显大幅度减少.（2）东北区域水汽总收支与夏季降水相关性较好,相关系数可达0.79,通过99％的信度检验,南、北边界的水汽输送对该区域的夏季降水有显著影响.（3）东北地区降水偏多年,西北太平洋上的水汽明显增强;降水偏少年,西风带和西北太平洋的水汽输送明显减弱.     

热带气旋活动对陕西2007年两次大暴雨影响的综合分析

通过2007年陕西两次区域性大暴雨的分析发现,台风远距离的影响作用明显。在对流层中低层,台风西行发展和加强时,台风低压的东侧或东北侧的风场出现显著增强现象,为暴雨区输送大量能量和提供充沛的水汽。台风在海南附近时,其径向特征表现明显,大暴雨出现在秦岭以南;台风在台湾附近时,其纬向特征表现明显,大暴雨出现在秦岭以北。垂直运动分析表明,台风低压系统的存在、维持、发展和加强对副热带高压有一定的维持、加强作用,有利于强降水的形势能够稳定和维持。     

MJO对2011年秋季云南干旱期间一次强降水过程的可能影响

为了探讨2011年10月26~30日云南南部一次强降水过程发生的可能原因,采用诊断、合成和相关等分析方法,得到2011年10月的强热带低频振荡过程是云南南部强降水过程的一个重要影响因素。2011年10月中下旬热带低频振荡在印度洋地区异常活跃,特别是热带低频振荡对流中心在第2位相(印度洋中西部)维持了9天(20~28日),强降水过程就发生在此期间。26~30日虽没有明显冷空气配合,但热带低频振荡进入第2位相后云南上游(孟加拉湾地区)开始出现持续稳定的水汽通量和水汽通量辐合,随着南支槽的东移和副高的缓慢东移,水汽在槽前西南气流和副高外围气流的引导下源源不断向云南南部输送水汽,是南部出现强降水过程的直接原因。相关性分析和合成分析表明,热带印度洋-5°S~5°N,65°E~90°E地区的对流与云南南部降水存在显著正相关关系,当热带低频振荡对流位于第2位相(印度洋中西部),云南上游水汽条件明显改善,南部降水异常偏多。关注热带低频振荡的演变和发展,对于把握类似2011年秋季这样的强降水过程预报是有帮助的。     

岩质边坡非饱和带水汽运移机制及其生态学意义

岩质边坡非饱和带水分对于边坡植物生长具有重要的生态学意义.目前对岩质边坡非饱和带水汽运移的系统性研究还很少,现有研究大部分集中在大气与岩体的接触面和凝结水能否生成的定性层面,而未将边坡非饱和带作为一个系统整体来研究.为了阐明岩质边坡非饱和带的水汽运移机制及其与边坡植物生长之间的关系,运用热力学和系统科学的理论,开展边坡温湿度监测试验,进行了详细的水汽运移机制的研究.研究发现,岩质边坡非饱和带内的水汽运移驱动力为水汽分压梯度,水汽从水汽分压大的位置向水汽分压小的位置运移.冬季时,水汽从边坡深部向浅部运移,夏季时,水汽从大气向边坡深部运移.岩质边坡非饱和带内存在水汽饱和带,夏季范围较大,冬季范围收缩.同时,通过对岩质边坡复绿植物的成活率进行监测分析,论述了岩质边坡非饱和带内的水汽内循环机制及其生态学意义.本文对于研究岩体非饱和带水文学、探索植物水分来源、指导岩质边坡复绿乃至干旱半干旱带的生态修复都有极为重要的理论和现实意义.     

GPS监测水汽与水汽辐射计数据的对比研究

针对水汽辐射计观测数据和并址的GPS观测数据,用GAMIT软件求解了台站的天顶总延迟和湿项延迟。运用湿项延迟与水汽含量之间的转换关系,对GPS监测的大气可降水量与水汽辐射计观测的水汽含量进行了对比研究,得出结果：由GAMIT解算出的水汽含量与WVR观测值的差值平均值为0．02mm,均方差为0．02mm,由气象文件求出的水汽含量与WVR观测值的差值平均值为0．03mm,均方差为0．02mm。表明用地面GPS监测大气水汽含量是完全可行的。     

顾及水汽衰减因子的中国区域大气可降水量模型的建立与分析

提出一种顾及水汽衰减因子的PWV估算模型,通过输入地面大气水汽压和水汽衰减因子获得PWV,并选取2018年中国地区85个探空测站和7个IGS测站1 a的观测数据用于验证新模型的精度。结果表明,在已知当日水汽衰减因子的情况下,模型估算的PWV精度约为2 mm;也可通过GPT2w格网内插得到任意位置的水汽衰减因子,其结果精度与传统的一次多项式模型相当,但新模型的作用范围更广、适用性更强。     

不同BDS星历反演大气可降水量精度分析

基于陕西地区3个GNSS观测站2018年1～6月数据,利用北斗卫星导航系统进行水汽反演。首先利用不同星历产品计算水汽结果,分别与利用IGF解算的水汽结果、探空数据探测结果进行比较;再将不同星历得到的水汽结果进行相互对比。结果表明,利用3种星历都能获得精度和可靠性较高的水汽结果,其中精密星历和快速星历反演水汽的精度相当,各测站偏差均优于1 mm,标准差和均方根误差均优于3.5 mm;利用超快速星历（预报部分）反演水汽在各测站的偏差约为1 mm,标准差和均方根误差均优于5 mm。综合3种产品反演水汽的对应精度可知,利用3种星历产品均可反演大气可降水量,且超快速星历（预报部分）计算的水汽值可为气象预报提供参考依据。     

基于地基GPS的新疆地区大气可降水量时空分布特征

利用中国大陆构造环境监测网络的GPS观测资料，结合ERA-Interim模型气压和温度，解算2016年新疆地区GPS测站的大气可降水量，分析该地区大气可降水量的空间分布和季节性变化。结果表明：1）GPS和探空观测获取的大气可降水量具有较好的一致性，均方根误差约为2.7 mm；2）新疆地区全年平均大气可降水量在7.0~13.0 mm之间，且海拔每升高1 km，其含量减少约1.4 mm，当测站海拔相近时，大气可降水量随纬度的升高而减少；3）大气可降水量季节性变化明显，夏季为12.0~23.2 mm，冬季为1.4~5.5 mm，春、秋季大气可降水量差异不大且变化范围介于夏、冬季之间。
     

组合GPS/GLONASS观测数据的三维水汽层析

基于香港卫星定位参考站网（SatRef）15个测站共6 d的数据,联合GPS和GLONASS进行对流层三维水汽层析实验。结果表明,相比GPS单系统,GPS/GLONASS组合系统能显著增加信号穿越的网格数量,提高层析水汽分布的精度,平均改善率为36%。     

北极黄河站区GPS可降水量的特征分析

利用GPS遥感的可降水量、气象数据、探空数据及降雪资料,分析中国北极黄河站区的可降水量特征,得出可降水量与地面水汽压的转换模型;分析可降水量、露点温度差、水汽压在强降雪天气中的变化特征,研究强降雪天气过程中的探空层结构,有助于利用GPS可降水量预报雨雪天气。     

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