华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 I.划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝,但是前汛期降水的预报能力却相当低。降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解,而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水。事实上,南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水。因此,华南前汛期包含了两种不同性质的降水,即锋面降水和夏季风降水,如何区分它们是非常重要的。为了区分它们,利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP资料和中国730站降水资料,分析气候平均(1971~2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异,得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据:100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上。利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日,并得到1951~2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期。合成分析的结果表明,得到的划分日期是基本合理的,因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来。     

华南前汛期夏季风降水开始日期的确定

华南前汛期降水包含锋面降水和夏季风降水,提高对这2种不同性质降水的认识及如何区分是非常重要的。本文利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了华南不同性质降水期间大气特性的差异,并采用集合经验模态分解(EEMD)方法,自适应地提取假相当位温θse的调制年循环变量(MAC),得到华南前汛期夏季风降水开始日期的划分标准。结果表明,当某年θse的MACδ标准差时,南海夏季风推进至华南地区,夏季风降水开始。利用该标准划分的华南前汛期夏季风降水开始日期平均为5月第6候,且具有2~3 a、13~15 a的年际、年代际变化周期。进一步对比分析表明,此标准划分的结果基本合理。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水Ⅱ.空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分 (郑彬等, 2006) 得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期, 计算出1958～2000年华南前汛期锋面降水量 (强度) 和季风降水量 (强度) 的序列, 采用EOF和扩展EOF分析方法, 得到华南前汛期降水的几个主要分布型, 并探讨锋面降水与季风降水的可能联系.分析结果表明: 华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型--全区旱涝型、西南涝 (旱) 东北旱 (涝) 型、东南涝 (旱) 西北旱 (涝) 型.各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势.统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系.     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 II. 空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分(郑彬等,2006)得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期,计算出1958-2000年华南前汛期锋面降水量(强度)和季风降水量(强度)的序列,采用EOF和扩展EOF分析方法,得到华南前汛期降水的几个主要分布型,并探讨锋面降水与季风降水的可能联系。分析结果表明:华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型——全区旱涝型、西南涝(旱)东北旱(涝)型、东南涝(旱)西北旱(涝)型。各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势。统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系。     

2012年华南前汛期降水特征及环流异常分析

2012年华南前汛期于4月第2候开始,6月第5候结束。前汛期降水经历了三个不同的阶段：第一阶段是4月第2候至5月第3候的降水集中期（锋面降水）,江南大部和华南大部降水偏多25％以上,第二阶段是5月第4候至6月第2候的少雨期,华南中部和东部降水偏少50％以上,第三阶段是6月第3—5候的第二个降水集中期（季风降水）,江南东南部至华南中西部降水偏多50％以上。对各阶段大气环流距平场的分析结果表明：华南前汛期开始后,偏强的乌拉尔山高压脊导致南下的冷空气偏强,偏强的低层副热带高压使得我国南方为整层水汽输送的异常辐合区,两者共同导致华南前汛期第一阶段的锋面降水较常年同期偏多;南海夏季风在爆发后偏弱和西北太平洋副热带高压（以下简称副高）持续3候异常偏北是导致第二阶段前汛期降水明显偏少的主要原因;第三阶段,南海夏季风异常偏强,副高南落并增强,以及孟加拉湾季风槽的偏强使得华南前汛期此阶段的季风降水偏多。     

华南前汛期不同降水时段的特征分析

利用1957-2001年华南地区74个测站逐日降水资料和同期NCEP／NCAR逐日再分析格点资料，对华南前汛期(4-6月)不同降水时段的特征进行了比较。分析发现，华南前汛期降水由锋面降水和夏季风降水两个时段组成。锋面降水时段主要集中在4月，为典型的由冬到夏过渡的环流形势，华南地区高空为平直的副热带西风急流，大气层结稳定，水汽来源主要是阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送；南海夏季风爆发前，副高仍控制南海地区，华南地区水汽输送主要来源于阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送及孟加拉湾的西南输送；南海夏季风爆发后，副高东撤退出南海地区，南半球越赤道水汽输送加强并与孟加拉湾水汽输送连通，华南区域内对流发展；夏季风降水时段盛期主要集中在6月，此时南亚高压跃上高原，华南地区处于南亚高压东部，对流发展极其旺盛，强大的南半球越赤道水汽输送越过孟加拉湾和南海地区向华南地区输送。     

不同PDO背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送差异

基于华南地区60个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日后向气流轨迹模式(HYSPLIT_4.9),分析了1960—2012年PDO (Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)不同相位期间,华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽的降水贡献率的差异。结果表明:1)锋面降水阶段,在PDO正相位期间,西太平洋-中国南海-孟加拉湾水汽较多;夏季风降水阶段,在PDO正位相期间,北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量较多。2)锋面降水阶段,水汽主要来自西北太平洋与中国南海,在PDO正相位期间,副热带高压位置偏北,使得西太平洋水汽输送路径偏北,有更多水汽向华南输送,有利于华南季风降水形成,降水与PDO呈显著的正相关关系。3)季风降水阶段,在PDO正位相期间,尽管北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量大,但并未都输送至华南,故形成的有效季风降水偏少,降水与PDO呈显著的负相关关系。     

华南前汛期降水开始和结束日期确定方法综述

对目前有关前汛期开始和结束日期的研究工作进行了总结.提出应参照梅雨期和季风降水等有关日期划分问题的方法,使用比月平均资料更高精度的逐日(候)资料,选择能够表征华南前汛期降水特征的适宜区域和代表站点,综合考虑降水、环流及其它物理要素在前汛期开始和结束前、后的演变特征,从而客观、准确地划定各年前汛期的起始和结束日期,以用于华南前汛期问题的研究.     

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料,根据定义的旱涝指数,划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分别讨论华南前汛期4~6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上,进一步研究了4~6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和旱年的不同特征。结果表明:影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征,华南前汛期(4~6月)降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用,而阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。     

华北夏季降水异常与华南前汛期降水异常的关系

为改进华北夏季降水异常的预测能力、寻找前期异常信号的监测预测指标,本文利用1961-2020年华北、华南夏季降水资料,美国环境预报中心和大气科学研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research, NCEP/NCAR）的再分析环流资料、向外长波辐射资料（Outgoing Longwave Radiation, OLR）,采用相关、合成和环流异常回归重构等方法,分析了华南前汛期（5-6月）降水异常与华北夏季（7-8月）降水异常的联系。结果表明：（1）华北夏季（7-8月）降水异常通常与华南前汛期（5-6月）降水异常呈反位相关系,即如果华南前汛期降水偏多,对应华北夏季降水就会偏少,反之亦然。华南前汛期降水异常可以作为华北夏季降水异常监测预测的一个前期指标。东亚夏季风造成对流层低层水汽输送异常和北半球夏季热带低频信号传播造成对流层中低层环流异常是两地降水呈反位相变化的联系机制。（2）在水汽输送方面,如果5-6月东亚副热带夏季风偏强,即东亚西南南风（SSW）显著偏强...     

江门前汛期不同降水时段特征

通过对江门地区1971～2007年3—6月候雨量、日雨量,2003～2007年南海和华南地区低层（850hPa）风场、向外长波辐射（OLR）场和水汽场在南海夏季风爆发前后差异的比较分析,发现：江门前汛期降水由锋面降水和夏季风降水2个时段组成,降水集中期分别为5月第2候和6月第2候。南海夏季风爆发后,江门第1次出现的降水可看作是夏季风降水的开始,南海夏季风的不同爆发类型对江门夏季风降水的开始时间有不同影响。江门前汛期的锋面降水为大尺度抬升凝结降水,而具有热带性质的夏季风降水为对流性降水;由于降水性质的不同,导致两者在降水持续时间、降水形式等方面表现出差异。     

不同类型和强度的厄尔尼诺事件对次年华南前汛期降水的可能影响

根据气象行业标准（QT/T370-2017）对厄尔尼诺事件不同类型的划分结果以及国家气候中心最新颁布的华南前汛期业务监测标准,利用1961~2016年NCEP/NCAR日、月尺度再分析大气环流资料、海表温度资料（ERSST V4）以及华南261个国家气象观测站逐日降水资料,采用相关、合成等方法分析了不同类型、强度的厄尔尼诺事件特征以及与次年华南前汛期的关系,并探讨其海温和大气环流异常特征。结果表明,厄尔尼诺事件的类型、强度对次年华南前汛期降水的影响存在明显差异。中等及以上强度东部型厄尔尼诺事件次年,华南前汛期开汛早、结束晚,前汛期持续时间长、降水多;弱等级的东部型以及中部型厄尔尼诺事件次年则相反。在厄尔尼诺事件次年华南前汛期,中等及以上强度东部型厄尔尼诺相对弱东部型或中部型厄尔尼诺的大气环流存在明显差异。高层西风急流明显加强,中层北半球极涡加强,东亚大槽强,低层菲律宾以东存在反气旋异常环流,华南存在南北风的交汇和水汽辐合加强,有利于华南前汛期降水偏多。     

青藏高原冬季积雪与华南前汛期降水年际变率的联系

利用1979—2018年青藏高原(简称高原,下同)卫星积雪数据集、华南地区261站逐日降水及ERA5再分析资料,探讨了高原冬季积雪与华南前汛期降水的联系。结果表明：1)高原西部积雪与华南前汛期降水的正相关关系最为稳定,其主要影响前汛期的锋面降水,对夏季风降水的影响较小;2)华南前汛期在高原西部积雪偏多年比偏少年偏早20 d,使得前汛期降雨日数偏多,持续时间偏长,总降水量偏多,而降水强度受积雪的影响较小;3)高原积雪偏多年,积雪的冷却作用形成了低层异常反气旋环流,而东亚沿岸为“+-+”的位势高度异常,中纬度“西高东低”的环流配置有利于中高纬冷空气南侵,使得华南上空温度偏低,同时偏强偏南的西太平洋副热带高压加强了低纬地区偏南气流和水汽输送。3—4月锋面在华南北部南北摆动,4月初偏北干冷空气南侵和偏南暖湿气流的持续北推使得锋面加强,触发了前汛期的较早建立;积雪偏少年冷空气和偏南暖湿气流均较弱,华南北部锋面在4月初中断,4月中下旬华南北部锋面在偏北弱冷空气和偏南暖湿气流的共同作用下重新建立,从而华南前汛期开始偏晚。     

华南前汛期降水与我国近海海温的SVD分析

利用国家气象局整编的中国160站月降水资料和英国气象局的全球逐月海温格点资料,分析了华南前汛期降水的异常特征,并用SVD方法分析华南前汛期降水与近海海温的关系。结果表明：近50年华南南部前汛期降水的总的趋势变化不明显。华南南部前汛期降水异常存在3 a、5 a、7 a和14 a的周期;用SVD方法分析发现：存在一个关键区（130~158 ?E,5~18 ?N）,华南前汛期降水异常关键影响时段是前一年5—8月,华南前汛期降水与该关键区海温有较好的负相关关系,即前一年5~8月关键区海温异常偏高（低）,次年华南前汛期降水偏少（多）。     

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。     

华南前汛期降水异常及其环流特征分析

利用国家气候中心整编的中国160站的月平均降水资料和美国NCEP/NCAR的再分析资料,分析华南前汛期降水的异常及其环流特征。文中取“九五”重中之重项目执行组指出的华南地区的16站来代表华南地区,侧重分析了华南前汛期降水异常的年际、年代际变化特征及华南前汛期多、少雨年同期的环流特征。研究发现：华南地区降水的季节分布呈现双峰型,两个峰值分别在6月和8月。华南前汛期近50年的总的降水趋势变化不明显。1950年代前期和1960年代中期—1980年代中为相对多雨期,而1950年代中期—1960年代中期以及1980年代中期—1990年代初为相对少雨期,1990年代为正常波动期。华南前汛期降水存在3 a、5 a、7 a、14 a的周期。在分析华南前汛期多、少雨年大气环流场的特征时发现：华南前汛期多雨年时南亚高压和副高都偏弱,华南地区低层的水汽通量辐合加强,而且低空辐合,高空辐散,气流上升运动加强,容易形成降水;而少雨年的情况恰恰相反。     

华南夏季风降水开始日的异常与前冬大气环流和海温的关系

利用1951～2004年NCEP/NCAR再分析资料及ERSST海温资料,研究了华南夏季风降水开始日期的变化特征及其与前期冬季大气环流和海温的关系。小波分析表明,夏季风降水开始日期具有明显的年际和年代际变化,年际变化以准2～3年变化为主,年代际变化周期约16年。华南夏季风降水开始偏早年在大气环流上的前兆信号表现为前期冬季乌拉尔山阻塞高压偏强、东亚大槽较深,阿留申低压偏强,冷空气活动偏强。冬季,鄂霍次克海附近的海温异常为华南夏季风降水开始迟早有物理意义的、稳定正相关前兆信号。合成分析表明,冬季鄂霍次克海附近SST正异常时,5月100 hPa青藏高压偏东偏北偏弱,异常偏西风控制华南;850 hPa环流在华南表现为东北风,华南受冷空气影响为主,华南夏季风降水开始日期偏晚。相反时,若冬季鄂霍次克海附近SST负异常,5月100 hPa青藏高压偏西偏南偏强,异常偏东风控制华南;850 hPa环流在华南表现为偏南风,华南受热带系统影响为主,华南夏季风降水开始日期偏早。并提出冬季中高纬度地区冷空气活动影响华南夏季风降水开始日异常的物理机制。     

南海夏季风强度与我国汛期降水的关系

对4种南海夏季风强度指数(1951～1998年)进行了对比分析,发现尽管它们在某些年份有差异,但在年际变化总体趋势上仍表现一致,并且由它们所确定的季风强弱年也基本相同.统计分析了南海夏季风强度与我国汛期降水的关系,结果表明,南海夏季风强(弱)年,我国夏季雨带型呈Ⅰ(Ⅲ)类分布,长江中下游地区夏季(6～7月)少雨干旱(多雨洪涝),广东省后汛期降水以偏涝(正常和偏旱)为主.南海夏季风强度指数与夏季长江中下游区降水和淮河区降水有显著的反相关,与江南区降水和华南后汛期降水有显著的正相关.我国夏季出现的严重洪涝(如1998年长江流域特大洪涝和1994年华南特大暴雨)与南海夏季风的强度异常有关.此外,分析还表明,南海夏季风活动强弱造成的北半球东亚500 hPa位势高度场的经向波列型遥相关是影响中国夏季降水的一个重要机制.     

青藏高原雪盖与东亚季风异常对华南前汛期降水的影响

应用华南25个站1954~1998年4~6月降水量资料以及有关青藏高原雪盖异常年份资料和东亚季风强度指数, 通过典型旱涝年前期对比诊断与相关分析, 指出青藏高原雪盖对华南前汛期降水的影响相当显著, 前冬春多 (少) 雪年有利于前汛期雨涝 (干旱); 典型旱、涝年前冬500 hPa中高纬环流特征显然不同, 主要表现在典型旱 (涝) 年北半球极涡强度显著偏弱 (强)、东亚大槽强度偏强 (弱); 东亚季风, 特别是冬季风的强弱变化, 对前汛期降水具有较强的指示意义。同时还发现, 在青藏高原西侧的伊朗高原及邻近地区冬季500 hPa高度升降变化, 可作为华南前汛期降水一个强的前期征兆信号。     

MJO对华南前汛期降水的影响及其可能机制

利用站点降水资料、实时多变量MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析方法研究了MJO对华南前汛期降水的影响,并讨论其可能机制。结果表明,(1)在MJO不同位相,华南前汛期降水异常有明显的差异,并且这种差异随滞后时长而发生变化。第2~3位相和第6~7位相分别是影响华南前汛期降水的典型"湿位相"和"干位相"。(2)华南前汛期降水对MJO的响应需要一定时间,滞后时长约为1~2候。(3)MJO活跃(受抑)对流可通过激发Rossby波影响华南前汛期降水。当MJO活跃(受抑)对流中心位于赤道印度洋附近时,非绝热加热作用激发的Rossby波到达并影响华南地区,华南地区出现水汽供应的增强(减弱),从而促进(抑制)华南前汛期降水。