浙江时间多尺度台风暴雨增幅特征的统计研究

本文提出基于欧拉坐标方法的多时间尺度热带气旋(TC)暴雨增幅及极端暴雨增幅的概念来研究沿海地区TC暴雨增幅,从浙江省内67个国家级台站的整点时刻逐小时降水资料提取1973—2015年影响浙江的135个TC个例的逐1、3、6、12、24 h(1~24 h)降水增量样本,结合TC中心位置和强度信息,统计得到:浙江1~24 h时间分辨率下出现TC极端暴雨增幅阈值分别为29.1、51.9、88.3、103.9和123.9 mm;不同时间分辨率下浙江TC暴雨增幅频次具有比较一致的月际变化、年际变化、长期线性趋势特征,不同时长的TC暴雨增幅的日变化不尽相同;浙江发生TC暴雨增幅和极端暴雨增幅主要出现频率最高的地区是温州南部和台州南部。影响浙江台风9类路径都有可能发生TC暴雨增幅,除了舟山以北登陆类外,其他路径也均有可能发生TC极端暴雨增幅,TC暴雨增幅和TC极端暴雨增幅均以椒江到福清登陆类路径占比最多;TC中心位于浙江温台交界附近和福建东北部沿海时浙江最易发生TC暴雨增幅和极端暴雨增幅;不同分辨率下TC暴雨增幅和TC极端暴雨增幅发生频率最高的离TC中心距离是不同的,但TC暴雨增幅极大值均出现在距离台风中心600~700 km范围内;不同时间分辨率的TC暴雨增幅和TC极端暴雨增幅出现频率最高的是TC的东北象限,其次是西北象限,增幅极大值均出现在东北象限。另外,TC暴雨增幅和极端暴雨增幅均与TC强度有一定关系,从各时长平均来看,最易发生TC暴雨增幅的是强热带风暴级,最易发生TC极端暴雨增幅的是热带低压级。     

华东北部台风暴雨增幅前期条件的诊断及概念模式

通过对１０次增幅类、７次非增幅类台风暴雨过程的普查和对比分析，找出两类暴雨的特点和差异，对暴雨增幅前期条件进行物理诊断，并将诊断条件与流场特征、卫星云图分析相结合，得出台风暴雨增幅的概念模式，供日常预报应用。     

“碧利斯”(0604)暴雨过程不同类型降水云微物理特征分析

本文利用"碧利斯"(0604)暴雨增幅过程高分辨率的数值模拟资料, 将降水分成对流降水和层云降水, 对比分析了不同类型降水云微物理特征和过程的差异, 探讨了不同类型降水对暴雨增幅的贡献, 结果指出:(1)暴雨增幅前, 降水基本为层云降水, 对流降水只存在于零星的几个小区域, 暴雨增幅发生时段, 对流降水所占比例较暴雨增幅前有显著增加, 平均降水强度达层云降水强度的3倍多。(2)暴雨增幅时段, 云系发展更加旺盛, 云中各种水凝物含量较增幅前明显增加, 其中, 对流和层云降水区云中水凝物含量均有一定程度增长, 但对流降水区增加更显著;而无论增幅前还是增幅时段, 对流降水区云中水凝物含量均要明显大于层云降水区, 并且两者的这种差异随着地面降水强度的增强而增大。(3)暴雨增幅前后, 对流降水区雨滴的两个主要来源最终均可以追踪到云水, 通过云水与大的液相粒子(雨滴)和大的固相粒子(雪)之间、以及大的固相粒子(雪和霰)之间的相互作用和转化, 造成雨滴增长, 并最终形成地面降水, 而层云降水区中与雨滴形成相关的上述主要云微物理过程明显变弱, 但层云降水区中暴雨增幅时段的上述过程又要强于增幅前, 说明层云降水对暴雨增幅也有一定贡献。     

登陆热带气旋Bilis（0604）暴雨增幅与风场结构变化

利用日本气象厅区域谱模式（RSM）20 km再分析资料及改进的调和—余弦算法,对2006年4号台风Bilis登陆后暴雨增幅前后风场的结构变化特征进行了比较分析。Bilis台风登陆西行过程中,于14日18:00（协调世界 时,下同）开始,至15日12:00出现明显的暴雨增幅现象。在暴雨增幅前后时段,暴雨区的全风场及无辐散风分布变化强度小于无旋风。具体表现为:暴雨增幅前,Bilis低层西南部的无旋风速加强,辐合中心与Bilis中心逐步靠近,垂直上升运动加强;在暴雨增幅期间,Bilis西南部的低层和高层的无旋风速都一致持续加强。这种无旋风场上的变化与暴雨强度变化有很好的相关性,即:无旋风在Bilis西南部的增强及辐合增强与该区域暴雨的增强相对应,暴雨增幅的时段与高低层无旋风的风速加大和辐合增强是一致的。对暴雨增幅起主导作用的是无旋风的变化及其引起的散度变化。无旋风速及辐合增强时,暴雨增强并维持;无旋风及辐合减弱后,暴雨强度逐渐减弱。无辐散风强度变化与暴雨强度变化相反,而全风速在暴雨增幅前主要由无旋风决定,暴雨减弱阶段主要由无辐散风决定,对无旋风及无辐散风的分析能更加明显的揭示出暴雨增幅时期风场的具体变化。相对于全风场分析,无辐散风和无旋风能提供更多的风场结构变化与暴雨增幅的关系,这对于预报和分析登陆台风的风雨分布有一定的促进作用。     

福建省热带气旋暴雨突然增幅特征分析

利用2007—2013年福建省区域自动站和基本气象站小时降水观测资料,确定精细时空尺度上热带气旋暴雨突然增幅的阈值标准,分析暴雨突然增幅的时空分布特征及其与同期热带气旋之间的关系。结果表明:满足1 h、3 h和6 h暴雨突然增幅的热带气旋个例数随时间分辨率的降低而明显减少;3 h突增个例数主要出现在6—10月,且个例数和突增次数年分布总体呈上升趋势,突增次数日变化呈现"三峰型",高值区位于17—20时;暴雨突然增幅的热带气旋大多数在福建中南部沿海登陆,且不同的热带气旋中,强度较弱时发生突增次数较多,极值最大;暴雨突然增幅大多数发生在热带气旋登陆后24 h、距中心400 km内、西南方向,与登陆路径有关。对比分析了热带气旋登陆福建前后暴雨突然增幅的特征,发现登陆中部的热带气旋个数最多、暴雨突增次数也最多;热带气旋登陆后暴雨突增次数明显比登陆前多。     

两广登陆台风暴雨增幅天气型落区的特征分析

本文对１９６０～１９９１年两广登陆台风暴雨增幅现象作了天气型分类分析，发现单一台风环流型与台风环流与冷空气共同作用型，在暴雨增幅的落区分布具有较明显的差异，这种差异对两广登陆台风暴雨增幅带区的诊断预报具有实用意义．     

太行山地形对“96.8”暴雨影响的数值试验研究

利用ＭＭ４模型,设计了４种模式地形方案,讨论了太行山地形对“９６．８”暴雨降水量的贡献;并利用垂直运动和水汽通量等物理量,探讨了太行山地形对本次暴雨过程增幅作用的机制。结果显示,太行山地形对本次暴雨过程的降水中心强度及位置有显著影响,具有６０％增幅作用。太行山地形对垂直运动及水汽辐合也都具有增幅作用。模式地形越真实,预报结果越好,地形越高,降水增幅作用越明显。     

气候变化背景下蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇概率分析

利用6个全球/区域气候模式和VIC模型,预估了IPCC RCPs情景下2021—2050年淮河干流蚌埠水文站(吴家渡断面)的日流量过程。在此基础上,运用Copula函数构建了蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇概率模型,分析了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下不同重现期暴雨和洪水组合遭遇概率的变化趋势。结果表明,2021—2050年多模式预估上游洪水与城市暴雨遭遇的概率较基准期(1971—2000年)有所增大,具有较高的一致性,平均增幅46%~79%。暴雨与洪水遭遇概率的增大,将会增加未来蚌埠市防洪工作的难度。     

华北地区登陆北上热带气旋的暴雨增幅研究

根据１９５６￣１９９１年的《台风年鉴》资料，研究登陆北上的热带气旋造成华北地区暴雨增幅的天气气候规律，提出确定暴雨增幅的标准，为建立预报判据提供了依据。     

“碧利斯”暴雨增幅高分辨率数值模拟及诊断分析

利用中尺度非静力数值模式ARPS (Advanced Regional Prediction System),对2006年第4号强热带风暴“碧利斯”的登陆过程,尤其是登陆后的暴雨增幅过程开展了高分辨率数值模拟,并利用观测资料对模拟结果进行了验证,进一步基于该高分辨率模拟资料对该暴雨增幅过程开展了诊断分析.结果表明,ARPS模式较好地模拟再现了“碧利斯”的登陆过程以及登陆后在广东、江西、湖南三省交界处引发的暴雨增幅过程;散度垂直通量和湿位涡的大值区与暴雨增幅地区均有良好的对应关系,对强降水落区有较好指示意义,其中散度垂直通量的对应关系更好.湿位涡不仅很好地反映了与暴雨增幅相关的湿位涡分布,同时也很好地反映了“碧利斯”环流本身所对应的湿位涡分布特征.     

干侵入对2005年8月16日华北暴雨的作用

利用NCEP／NCAR再分析资料、自动站观测资料以及中尺度数值模式MM5V3．7输出结果,对2005年8月16—17日发生在华北的一次暴雨过程的成因做了诊断分析。结果表明：在暴雨产生过程中有干冷空气的入侵,对这次暴雨过程的发生、发展有重要作用,高层干冷空气的侵入有利于低层中尺度气旋的发展,使暴雨过程得以维持和加强。     

2011年春季河南久旱转暴雨的环流特征及成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°全球再分析资料,对2011年5月河南久旱转暴雨过程的影响系统及环流演变特征进行分析。结果表明,暴雨产生在高空槽前、中低层切变线南侧、低空急流出口左侧强的低空辐合区。将干旱期间与暴雨时段大尺度环流场进行对比分析得出,干旱期间500 hPa高度场长期维持＂西高东低＂的环流形势,暴雨时段环流迅速调整为＂东高西低＂,上游也由干旱时期的高度正距平转为负距平,下游由高度负距平转为正距平。干旱期间西风急流和南亚高压主体均较偏南,暴雨时段二者均快速加强北移,暴雨区恰好位于二者交汇的高空强辐散区。干旱期间AO指数及NAO指数均为正值,当二者先后由正值转为负值时,有可能预示着后面将有强降水发生。     

西南低涡东移对华南暴雨增幅的动力机制分析

对1996年6月13~14日华南大暴雨发生过程的天气形势和物理量场进行分析,并从中尺度能量方面探讨了西南低涡对华南暴雨增幅的动力机制。结果表明:暴雨的发生与西南低涡及850hPa孟湾地区的水汽通量有着密切的联系;而500hPa较强的负螺旋度有利于低层低涡的发展加强;暴雨发生前,华南上空维持一支反气旋性的西南急流,当西南涡东南移时,造成本地重力惯性波能量增加,从而对华南暴雨有正贡献,即对暴雨有一定的增幅作用。     

西南低涡东移对华南暴雨增幅的动力机制分析

对1996年6月13-14日华南大暴雨发生过程的天气形势和物理量场进行分析，并从中尺度能量方面探讨了西南低涡对华南暴雨增幅的动力机制。结果表明：暴雨的发生与西南低涡及850hPa孟湾地区的水汽通量有着密切的联系；而500hPa较强的负螺旋度有利于低层低涡的发展加强;暴雨发生前，华南上空维持一支反气旋性的西南急流，当西南涡东南移时，造成本地重力惯性波能量增加，从而对华南暴雨有正贡献，即对暴雨有一定的增幅作用。     

一次江淮梅雨中的涡旋合并过程分析

利用2003年7月每日4个时次的1°×1°NCEP风场、湿度场、高度场等再分析资料,对2003年7月8—9日江淮流域暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)江淮流域上空的中尺度涡旋合并与此次暴雨过程密切相关。涡旋合并使得低层辐合、高层辐散加强,垂直速度、水汽输送、湿螺旋度加强,从而导致暴雨增幅。(2)低层辐合、高层辐散的高低空配置有利于强上升运动的维持,强上升气流所携带的水汽和能量有利于对流云团的发生发展,有利于暴雨的维持。(3)来自孟加拉湾和南海的暖湿气流为江淮流域提供了充足的水汽。     

基于小波分析的宿州地区暴雨时空分布特征

利用宿州地区5个气象观测站1981—2015年的逐日降水资料,将Morlet小波分析方法应用于宿州地区年暴雨发生频次的统计分析,提取其时间序列的振荡周期,考察在不同时段上的变化特征;运用Mann-Kendall (M-K)非参数检验,对宿州地区35 a来的暴雨日及暴雨量进行了时间序列的特征分析和突变检验。结果表明:宿州地区1981—2015年暴雨日具有南多北少的特点,集中发生期为6—8月;近35 a来宿州地区暴雨日和年总暴雨量年际波动虽然较大,但总体呈上升趋势;宿州暴雨发生频次存在多重时间周期尺度上的嵌套复杂结构,存在着5~12 a、3~7 a的短期周期变化规律,1998年以后生成的5 a左右的震荡周期及27 a左右的中期震荡周期;宿州暴雨在2002年发生显著突变,至2008年,增加趋势接近α=0. 05上显著性水平的临界线,2008年以后又缓慢减少。     

长江中下游梅汛期强降水过程非均匀特征

根据长江中下游地区205站1960—2004年的逐日降水量和梅雨期的特征参数,计算并分析了长江中下游地区梅汛期暴雨降水过程降水量、集中度和集中期的时空非均匀特征。结果表明:长江中下游梅汛暴雨降水量、暴雨日数显著增加,而集中度和集中期无明显变化;暴雨降水量和暴雨降水集中程度在时空上的叠加是造成长江中下游地区大旱大涝趋势加重的重要原因之一。     

1961—2016年我国区域性暴雨过程的客观识别及其气候特征

利用全国2287个气象观测站1961—2016年逐日降水资料,基于对暴雨区进行连续追踪的思路,采用暴雨相邻站点数和暴雨区中心距离确定了中国区域性暴雨过程的客观识别方法;根据区域性暴雨过程的平均强度、持续时间和平均范围构建了区域性暴雨过程的综合强度评估模型。利用该客观方法对1961—2016年中国的区域性暴雨过程进行识别,并分析其气候和气候变化特征。结果显示：我国区域性暴雨过程年均38.5次;区域性暴雨过程一年各月均可出现,但主要出现在4—9月,其中7、8月发生最为频繁,6月区域性暴雨过程持续时间长、范围广、综合强度强,这与长江中下游地区梅雨现象有关。一年中,区域性暴雨过程首次出现日期平均为3月6日,末次出现日期平均为11月14日;1961—2016年,我国年区域性暴雨过程首次出现日期呈明显提前、末次日期呈显著推后、暴雨期呈显著延长的变化趋势;年发生总频次呈微弱增多,较强区域性暴雨过程次数呈明显增加趋势;区域性暴雨过程的覆盖范围和综合强度均呈显著增大趋势。南方型区域暴雨过程变化趋势与全国的基本一致;北方型首次日期呈提前、末次日期呈推后趋势,发生频次有微弱减少趋势,覆盖范围、持续时间、综合强度均无明显变化趋势。     

四川盆地一次春季暴雨的特征分析和数值模拟

利用地面自动站、高探空资料和NCEP再分析数据以及WRF模式,对发生在四川盆地的一次春季暴雨过程进行了基本特征分析和数值模拟研究。结果表明,暴雨发生在伴随高空急流波动的中低层短波槽和中小尺度系统十分活跃、低纬度环流系统稳定的形势背景下,暴雨存在多个落区,其影响系统和触发机制各不相同。暖区暴雨的触发系统初始扰动主要是与江南切变线活动有关的东风倒槽,对流不稳定区地形对加强的偏东气流强迫是盆地西部沿山暴雨形成的主要原因,南支高空急流与东南风低空急流的垂直耦合为暴雨系统的发生发展提供了有利条件, 暖平流引起的低层高能高湿和对流不稳定与弱垂直风切变是暴雨系统发生发展的主要环境条件。数值模拟表明,尽管WRF模式系统对暴雨发生的低层热力和水汽输送以及沿短波槽分布的短时强降水落区、强度模拟基本正确,但过度估计了锋面降水的强度,对无或弱斜压强迫的暖区暴雨造成漏报。主要原因是较大尺度锋面降水影响系统能够被模式所分辨,而对暖区暴雨不稳定能量触发系统初始扰动发展的模拟能力有限。      

2013年四川盆地持续性特大暴雨过程对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料和地面加密自动站资料,采用动力诊断分析方法,对造成盆地连续出现突破气象历史记录的暴雨洪涝灾害的6月18~20日川西大暴雨、6月29日~7月2日持续性特大暴雨和7月8~11日川西持续性特大暴雨过程进行对比分析,对暴雨过程的形成机制进行探讨,得出以下结论：盆地持续性暴雨具有东高西低的环流形势,大尺度环流背景的稳定少动,以及中尺度影响系统的稳定维持或发展,是形成持续性暴雨的关键之一;低空急流的长时间维持是暴雨持续时间的原因之二;在持续性暴雨天气过程中,中层能量条件的维持是一个重要的关注点;持续性暴雨过程中,对流持续发展的关键之一是长时间存在着强盛的垂直上升气流;冷空气的参与为暴雨的持续发生也有一定的作用。