影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

基于小时雨量的防城港市短时强降水特征分析

基于2016—2019年防城港市自动气象站小时雨量,结合地形分析短时强降水时空分布特征,结果表明：十万大山南北两侧短时强降水次数从北到南递增,大值区位于十万大山南侧的迎风坡及喇叭口地形;各月的短时强降水的分布有差异,短时强降水主要发生在4—9月,6月短时强降水分布不均匀,7—8月短时强降水最强盛;受对流日变化、低空急流、海陆风等影响,短时强降水日变化特征明显,前汛期市南部短时强降水高峰期出现在清晨、市北部出现在凌晨和午后,后汛期市南部出现在清晨和午后、市北部出现在午后到傍晚,非汛期短时强降水出现的时段呈多峰值态势。     

雷州半岛前后汛期干旱的成因分析

利用徐闻站和湛江站1960—2015年4—10月的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,根据1倍标准差的原则对前、后汛期累计降水、无降水总日数和最长无降水日数3个变量进行偏大(小)年份的极端值判断,并在此基础上根据选出来的干旱年对500 h Pa位势高度、850 h Pa风场和水汽输送垂直积分异常分布进行合成分析。结果表明:徐闻站和湛江站的无降水日数在前后汛期变化趋势比较一致,但是最长无降水日数在前后汛期趋势显著不同;湛江站和徐闻站前后汛期干旱异常年对应的副高异常有着明显正异常关系,副高的正异常对于雷州半岛前后汛期干旱有着加强的作用;反气旋环流与反气旋式水汽环流控制下对湛江站前汛期和徐闻站后汛期干旱产生影响,而异常偏弱的季风环流和沿季风路径的水汽输送影响湛江站后汛期干旱,水汽输送辐散对徐闻站前汛期干旱有影响。     

江西省汛期局地短时强降水的时空分布特征

利用江西省89个测站1998—2013年汛期(3—9月)逐小时降水量资料,定义局地短时强降水过程,并对局地短时强降水的时空间分布进行了分析;利用常规观测资料基于天气学方法,对局地短时强降水进行天气学分类,统计了不同类型短时强降水的时空分布特征。结果表明:1)江西省汛期局地短时强降水天气主要集中在5—8月,8月出现的次数最频繁。局地短时强降水集中出现在武夷山以东的鹰潭和上饶南部、抚州东部;其次是在九岭山脉以南的宜春北部到南昌一带及环鄱阳湖地区,以及罗霄山脉以东的吉安西南部和赣州西部。2)4—8月局地短时强降水过程呈逐月增多趋势。4月的空间分布为东北多、西南少,集中在江西省北部和中东部;5月强降水高频带明显南移;6月与4月很相似但更为集中;7月,上饶东北部、景德镇、赣州市区的短时强降水逐渐增多;8月,除了江西省最北部和最南部外,全省出现强降水的概率比较均匀。3)根据影响系统的不同,将局地短时强降水分为4类。其中,低槽类出现最多,占50.3%,热带系统类占23.0%,副热带高压控制类占13.7%,副热带高压边缘类占9.9%。     

粤北暴雨中心的降水气候特征分析

基于广东省1967—2018年气象观测站和2003—2018年自动监测站降水数据,统计分析了粤北暴雨中心的降水气候统计特征。结果表明:(1)粤北暴雨中心范围主要集中在清远南部-广州东北部-惠州北部,最大年平均降水量(2 488. 6 mm)和强降水日数(12. 3 d)均出现在龙门的南昆山,特殊地形分布特征与粤北暴雨中心形成密切相关;(2)从化和增城降水年际变化呈较明显增多趋势,其余变化趋势不明显;中心区域内降水主要集中在汛期(4—9月),而前汛期(4—6月)降水量约占汛期的60%～70%;(3)降水月变化呈单峰型分布,峰值出现在5—6月;(4)降水日变化特征与降水性质密切相关,5—6月季风影响期间降水概率显著增加,夜雨和白天降水均明显;短时强降水出现概率集中在5—6月08:00、15:00和21:00前后。     

大连地区短时强降水天气特征及预报指标研究

利用2004—2013年4—10月大连地区7个气象站和249个自动气象站逐小时降水观测数据及常规气象观测数据,对大连地区短时强降水的时空分布特征及气候特征、演变趋势和环流背景进行了分析,并建立了强降水天气预报指标。结果表明:2004—2013年大连地区各气象站短时强降水年平均发生次数为2.2—2.8次,南部和东部地区短时强降水年平均发生次数呈略增多的趋势,中部和西北部地区短时强降水年平均发生次数变化较小,中北部地区短时强降水年平均发生次数呈略下降的趋势。大连地区短时强降水最早出现在4月,最晚出现在10月,7—8月为短时强降水集中出现的月份,强降水多出现在02—10时。短时强降水发生次数具有明显的区域分布特征,由东部向中部和西部呈递减的趋势,大连东北部地区短时强降水发生次数最多,南部地区次之,西北部瓦房店地区短时强降水发生次数最少;其中7月北部地区短时强降水发生次数最多,8月东部地区短时强降水发生次数最多,其他月份短时强降水发生次数较少,说明大连地区短时强降水发生分散性较强。925hPa与850hPa平均比湿、700hPa温度露点差、850hPa与500hPa温度差平均值、K指数平均值、0℃层平均高度及暖云层平均厚度等参数阈值可用于短时强降水实际预报业务中,可为大连地区强降水预报提供参考。     

西藏高原汛期水汽输送特征与降水异常

利用1979—2006年NCEP/NCAR再分析资料计算垂直积分的整层水汽输送通量及水汽通量散度,分析西藏高原汛期5—9月水汽输送特征。结果表明：两藏高原汛期主要有两条水汽输送带,印度季风输送带和中纬度西风输送带;印度季风对汛期水汽输送起着决定性的作用,决定高原汛期开始时间和雨带的推进,水汽通量向北输送达到30 kg·m~（-1）·s~（-1）时,该经度上的测站将从南到北逐渐进入汛期;在水汽的空间分布上,高原南部边缘的3个水汽输送散度场中心恰好对应着高原的水汽输送通道,其形成与西藏高原的地形直接相关;西藏高原汛期降水主要可以分为3种雨型：全区型、东西型和南北型,并分别对应着不同的水汽输送异常：全区型时索马里越赤道急流水汽输送异常较强,高原区为水汽辐合区;东西型时西藏东南部为东北向输送异常,东南部水汽供应较常年偏弱;南北型时东南部水汽输送充足而错那以西地区水汽输送不足。     

华南集中强降水的年代际变化及环流特征

本文利用中国气象局提供的华南65个站点的逐日观测以及NCEP再分析数据,对华南夏季降水的年代际转变及其集中强降水的环流特点进行了分析,主要结论如下：华南降水在1991/1992有明显的年代际变化,相关的大气环流场也发生了显著的转变。东亚上空的副热带西风急流减弱偏北,西北太平洋副热带高压位置偏西,华南上空低层辐合、高层辐散、垂直运动以及水汽输送的辐合也发生了明显变化。年代际上降水偏多时,西北太平洋和印度洋的水汽输送比平均情况更强。当集中强降水事件发生时,增加的水汽输送主要源于西北太平洋和中国南海。进一步分析表明1991/1992年之后印度洋的水汽输送增加,但是西北太平洋的水汽输送减少。这一发现很好的说明了自1991/1992年以来华南集中强降水事件的重要变化。     

安徽省不同地形条件下汛期短时强降水时空分布特征

利用2011—2015年安徽省自动气象站的降水观测资料和静止气象卫星FY-2E的黑体辐射温度(Black Body Temperature,TBB)资料,分析了安徽省不同地形条件下汛期短时强降水的时空分布特征及其与中尺度对流活动的关系,并对短时极端强降水的时空特征进行了初步探讨。结果表明:2011—2015年不同地形条件下皖南山区为安徽省汛期短时强降水集中出现的区域,其次为大别山区和中东部丘陵地区,淮北平原发生最少。安徽省不同地形条件下汛期短时强降水发生次数月变化呈显著的单峰型,7月短时强降水发生最频繁,其他月份有所不同;候变化具有显著的多峰值—间断性发展的特点,主要集中出现在6月第1候至8月第6候之间,淮北平原变化最大,皖南山区则较均匀;日变化总体呈单峰型特征,午后15—19时最集中;皖南山区和中东部丘陵最明显;淮北平原和大别山区虽然仍以午后居多,但具有多峰值的特点,其中淮北平原除午后外,06—07时短时强降水发生较多;大别山区除午后外,02—03时和10时也为短时强降水发生的峰值。安徽省不同地形条件下汛期短时极端强降水分布较零散,没有明显的高发区,时间变化与短时强降水类似,具有一定的统计规律:皖南山区7月短时极端强降水发生最多,尤其是7月第5候;淮北平原8月短时极端强降水发生最多,尤其是8月第6候;中东部丘陵7月短时极端强降水发生最多,候变化相对均匀。皖南山区和中东部丘陵短时极端强降水集中出现在午后16—19时,其中大别山区02时还有一个峰值,淮北平原短时极端强降水日变化无显著峰值。     

黔东南地区短时强降水时空分布特征分析

为进一步分析研究黔东南地区短时强降水的时空分布特征,更好地指导短时强降水预报预警业务工作,利用2015—2021年黔东南地区16个国家自动气象站和410个区域自动气象站逐小时降水资料,对≥20 mm·h^-1短时强降水的时空变化特征进行统计分析。结果表明：（1）黔东南短时强降水频次有逐年增加趋势,[20,40) mm·h^-1量级的短时强降水年际变化相对较小,其余量级年际变化较大。（2）短时强降水主要出现在主汛期4—9月,6月最多,5月次之;年际变化相对较小的是5月、6月、7月和8月,各月短时强降水量级均以[20,40) mm·h^-1量级最多,主要出现在5—8月,以6月出现频次最高。（3）短时强降水主要以[20,80) mm·h^-1量级为主,且日变化频次均呈双峰形势,以傍晚至凌晨时段出现最多,中午前后出现的频次次之,具有夜间发生的显著特征。（4）短时强降水空间分布呈南多北少特征,短时强降水高发区与雷公山、月亮山迎风坡、喇叭口等特殊地形的强迫抬升作用密切相关。     

贵州省短时强降水时空分布特征分析

利用2005—2018年贵州省84个国家气象站逐小时降水量资料,采用统计诊断分析方法,在区分量级前提下,结合地形特征,分析贵州1 h短时强降水和逐3 h降水的时空分布特征。结果表明:(1) 14 a中短时强降水共出现5 981站次,年均427.2站次,其空间分布与地形特征密切相关,整体呈现南多北少、东多西少的特征,贵州西南部“喇叭口”地形和东南部雷公山南侧“喇叭口”地形与河谷地形重叠区域为短时强降水高发区。短时强降水分级统计显示,99%的短时强降水集中在前两个雨强较小的等级,而R1h≥80 mm的短时强降水14 a只出现过5站次。各站点最大雨强空间分布与短时强降水的总站次数分布趋势较为一致,一般南部大于北部、中东部大于西部,局部存在差异。平均雨强整体呈现南强北弱的特征。(2)在2005—2013年期间,短时强降水站次数大多处于年均值(427.2站次)之下,2011年达到最低值275站次,2014年站次数骤然增加至564站次,2015年继续增加到最大值662站次,其后迅速回落到比年均值略高的位置小幅变化。各站点短时强降水的年际变化在高发区离散度较大,在贵州西北部低发区离散度较小;月际变化曲线呈单峰型,5—8月份是降水高发时段,6月达到峰值。短时强降水主要以单站出现的局地性降水为主,同一时次出现3站以上的情况很少,以6月最多;短时强降水最早出现旬数呈东早西晚、南早北晚的特征,结束旬数西早东晚,北早南晚;各站点短时强降水出现概率最大旬多数集中在第16—18旬(即6月);短时强降水日变化的时间曲线呈单峰型,21时至次日07时为高发时段,中午12时前后出现较少。短时强降水日变化的空间分布特征为傍晚到前半夜主要集中在贵州西部,而后半夜多出现在东部和南部地区,中午前后全省均较少出现。(3)逐3 h降水时空分布特征与R1h大体一致,局部存在一些差异。     

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季（6-8月）NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域（简称“塔河”）38个气象站降水资料,使用5年滑动平均分离出塔河夏季降水年代际和年际变化,选出了典型的年际变化的干年和湿年与年代际变化的干期（1963-1986年）和湿期（1989-2018年）,分析了与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明,两者的变化不同,影响两者变化的大气环流不同。影响年代际变化的大气环流异常主要表现在欧亚大陆对流层从西北至东南交替出现正负位势高度异常中心,在湿期塔河东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,水汽主要由西北太平洋和印度洋输送至塔河,在干期则与之相反;影响年际变化的大气环流异常主要表现为在塔河东部和西部对流层分别为反气旋异常和气旋异常,在多雨年从南北方向向塔河输送的水汽增多,北风水汽通量异常向流域输送较多,南风水汽通量异常向流域输送较小且主要集中在流域西部,水汽主要由北冰洋洋和印度洋输送至塔河。在干年则与之相反。     

1961—2014年广东小时强降水的变化特征

利用1961—2014年广东32个气象观测站逐小时降水资料,采用线性趋势分析、Mann Kendall检验、功率谱分析、计算趋势系数等统计诊断方法,分析了广东小时强降水在年以及前、后汛期的气候特征及变化。结果表明,广东年、前、后汛期多年平均小时强降水的次数、强度、降水量和贡献率的空间分布均呈沿海向内陆递减。近54年来,广东平均小时强降水的次数、强度、降水量和贡献率在年以及前、后汛期的时间尺度上均为显著上升的趋势,与同期广东年暴雨次数和年降水变化不明显有明显差异。广东大部分测站小时强降水量均呈增加的趋势,其中珠三角增加最为显著。近54年来广东年和前汛期小时强降水次数存在3.7年和22年、后汛期存在3年左右的显著周期震荡。广东年和后汛期小时强降水次数在1993—1994年发生增加的突变,前汛期小时强降水次数没有突变发生。     

2008-2012年南京短时强降水特征分析

利用2008-2012年南京自动气象观测站逐时降水量的观测资料,分析南京短时强降水的发生规律,包括短时强降水的年变化、月变化、日变化和空间分布等特征。结果表明：2008-2012年南京雨强大于50 mm/h^-1的致灾性短时强降水过程的发生次数呈显著增长趋势;短时强降水天气主要出现在6-9月,其中7-8月出现日数最多,雨强最大;春雨期短时强降水最易发生在凌晨,梅雨期短时强降水最易发生在上午和傍晚,台汛期短时强降水最易发生在上午;下半夜-凌晨短时强降水出现次数较少,傍晚前后是短时强降水多发时段;短时强降水天气的空间分布具有明显的城郊差异;城市化效应不能引起城区的局地降雨,但在大尺度天气系统过境时,会使城区的对流活动较郊区更活跃,且城市下风向地区的降水也因此增强。     

华南前汛期极端降水年代际异常及其影响因子分析

利用国家气象信息中心提供的华南89个代表站1969~2013年逐日降水资料、NCEP/NCAR850 h Pa月平均再分析风场及NOAA重构延长的逐月海表温度(SST)资料,研究了华南前汛期极端降水年代际异常的时空分布特征,并进一步分析了太平洋海温、850 h Pa风场及华南前汛期极端降水三者之间年代际异常耦合关系。结果表明:(1)1977~1997年左右海表温度为"类El Ni No"型,华南前汛期大部地区极端强降水偏少,1997~2010年左右海表温度转为"类La Ni Na"型,华南前汛期大部地区极端强降水偏多;(2)年代际尺度上,前汛期太平洋海表温度异常呈"类La Ni Na"型时,整个中高纬北太平洋存在一个强大的反气旋性环流异常,其西端的偏南气流有利于南海的暖湿气流向华南地区输送,同时,其南端的偏东气流有利于将中纬度西太平洋上的湿空气输向华南地区,2股水汽在30°N以南附近交汇,极大地增强了华南地区的水汽输送,有利于华南前汛期发生极端强降水,而太平洋海表温度异常呈"类El Ni No"型时,则不利于华南前汛期极端强降水的发生。     

粤东暴雨中心强降水的气候特征

基于粤东暴雨中心范围内1967—2019年国家气象观测站和2003—2019年区域气象监测站降水资料,利用气候倾向率等统计方法分析了粤东暴雨中心强降水气候特征。结果表明:(1)粤东暴雨中心年平均强降水日10.43 d,国家站统计强降水日数、雨日占比和雨量占比最大都为汕尾海丰,但24 h降水量极值出现在惠东高潭1 056.7 mm。(2)强降水雨日和雨量月变化均呈双峰型,强降水主要集中在汛期,且前汛期和后汛期基本相当。(3)强降水日年变化呈增加趋势但变化不显著;21世纪起强降水日年际变化幅度明显增大,最多年和最少年均出现在21世纪。     

印江县汛期短时强降水时空分布特征及“三个叫应”服务

利用印江县气象观测站1983—2016年和区域内16个自动气象观测站2011—2016年汛期(4—9月)逐时降水观测资料,采用相关对比分析、汇总归类等统计方法,分析近34a县中心城区的短时强降水特征和近6 a 16个站的短时强降水时空分布特征。结果表明:(1)近34 a,县中心城区汛期短时强降水量级以20~30 mm为主,对暴雨日贡献比较大,年次数呈波动变化;集中并均匀分布在5—8月;日次数集中在夜间,日变化特征在各月有明显不同。(2)近6 a,印江区域内汛期短时强降水多发生在中东部,月份分布似正态分布,集中在6月和7月,各月不同区域累积次数也不同;日次数集中在夜间,日变化特征在各月也有明显不同。(3)利用得到的降水分布特征,指导印江气象局更好的开展"三个叫应"气象服务,重点关注短时强降水易发区、大小流域区域、地质灾害点和人口密集区。     

辽宁省短时强降水气候特征分析

利用1971—2003年辽宁省53个地面国家级气象站降水自记纸记录的经数字信息化处理后的逐小时降水量数据和2004—2014年自动气象站的降水观测资料,分析了4—10月辽宁省短时强降水的时空变化特征。结果表明:1971—2014年辽宁省短时强降水的发生次数与年降水总量分布对应,均呈东部地区多、西部地区少的分布特征,与辽宁地区的地形和低空西南急流的风向等气候特征密切联系。1971—2014年辽宁地区年平均短时强降水发生次数为1.5—3.5次/a,并呈剧烈的振荡变化,短时强降水发生次数与辽宁省旱涝变化具有较好的对应关系。7月和8月辽宁地区短时强降水发生最多,辽宁省东部的丹东地区短时强降水发生次数明显偏多;6—8月旬短时强降水发生次数呈先增加后减少的变化,7月下旬短时强降水发生次数达到峰值,辽宁地区不同地域短时强降水发生次数的变化趋势也不同。受辽宁地区地形和低空急流的日变化影响,辽宁地区短时强降水发生次数的日变化也具有明显的地域性,辽宁省北部和最西部地区短时强降水发生次数的日变化不明显;辽宁省南部地区短时强降水多出现在后半夜至早晨,其他地区短时强降水多出现在下午。     

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。     

巴州地区一次罕见短时强降水过程诊断分析

利用自动气象站逐小时观测资料、实时探空观测资料及NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)的1°×1°再分析资料,对2016年8月23—24日新疆维吾尔自治区巴州库尔勒地区一次罕见的短时强降水过程主要的环流系统、水汽输送、动力及湿位涡与垂直螺旋度的变化特征进行了诊断分析。结果表明:此次短时强降水天气过程发生在东部型南亚高压显著增强和西西伯利亚至巴尔喀什湖的长波槽缓慢东移的环流背景下,低层风向风速迅速辐合为此次短时强降水过程的发生提供了水汽和动力条件。此次强降水过程的水汽来源主要包括3个部分:乌拉尔山脊前偏北风引导冷空气南下与西风气流汇合于南疆西部地区的西路水汽输送、青藏高原西南侧低涡前部西南气流引导的西南路水汽输送及西太平洋副热带高压引导的偏南水汽输送,其中94.26%的水汽来源于偏西与偏南气流。短时强降水过程发生前期,暴雨区上空左右两侧形成的中尺度环流圈是此次短时强降水过程发生的主要动力机制;垂直螺旋度的发展演变与强降水密切联系,当高层负的垂直螺旋度与低层正的垂直螺旋度配置耦合时,有利于短时强降水的发生。短时强降水过程发生在θ_(se)线密集且陡立的区域内,高层高值MPV1的下传触发了位势不稳定能量的释放,促进了强降水的产生。