济南市区短时强降水特征分析与天气分型

利用2007—2015年济南市区及历城区自动气象观测站的逐小时降水量资料,以及常规高空、地面观测资料,统计了198次短时强降水过程的范围和强度特征,年际、月际变化特征,按照短时强降水发生时的天气形势和影响系统,分为切变线型、低槽冷锋型、西风槽型、冷涡型、台风外围型及无系统型6类,并分析了不同类型和不同范围短时强降水的关键环境参量。研究表明：短时强降水的强度与范围有较好的相关性,7月中旬—8月中旬出现强降水的次数最多;切变线型短时强降水发生范围与强度分布最广,7、8月的低槽冷锋型过程极易造成大范围高强度降水;地面露点（Td）、850 hPa假相当位温（θse）、对流有效位能（CAPE）以及暖云层厚度能较好地区分不同范围的短时强降水过程。在天气分型的基础上,结合不同降水范围和不同降水类型环境参量箱线图与阈值表,可为济南市区短时强降水的预报提供有价值的参考。      

长江三峡枯水期区域性强降水的一种重要天气形势

利用长江三峡地区６个站１９６１—１９９４年１０月—１月的逐日降水量确定该地区发生区域性强降水的雨日，结合同期的历史天气图分析该地区产生区域性强降水的原因，影响系统和环流形势特征，归纳出长江三峡地区产生区域性强降水的两槽一脊型环流型，并进行逐日反查，概括出两槽一脊环流型产生区域性强降水的前期预报指标。并用１９９５年历史天气图和降水资料进行检验，又在１９９６年１０月、１１月进行试预报，结果说明两槽一脊环流型及相应的前期预报指标是具有预报参考价值的     

电网致灾性强降水短时临近预报评估方法研究

针对电网行业关注的致灾性强降水预报性能的综合评估问题,利用京津冀地区主汛期(2019年6—9月)强降水事件的专业气象服务效果检验,分别从降水目标识别与目标匹配两个角度对应用基于目标对象的检验评估方法检验短时临近预报产品进行了深度剖析。结果表明:京津冀主汛期强降水主要集中在午后至前半夜,降水强度大、范围小、漏报多、空间特征预报难;短时临近预报的强降水频次日变化的相关系数为0.78～0.94,范围日变化的相关系数为0.6～0.82,移动路径和降水强度的预报效果略优于落区的预报效果,预报时效越短,强降水事件及其空间特征的预报能力越好;所定义的综合性预报评估方法可弥补传统检验方法的不足,发掘预报的应用潜力与局限性,为精准专业气象服务提供参考。     

江淮地区强降水分型及其环流演变

使用新建的强降水历史个例数据集、1981-2016年我国逐日降水量观测资料、2016年T639与ECMWF模式1~10 d的逐日降水量预报,采用经验正交函数展开（EOF）提炼出江淮地区强降水的典型模态,并运用场相似法对江淮地区强降水进行客观分型,分析强降水的环流演变;定量诊断型环流相似所得与实测环流和降水的对应关系。结果表明:江淮地区强降水可分为Q_Ⅰ,Q_Ⅱ和Q_Ⅲ 3种类型,其中,Q_Ⅰ型降水中心位于江淮中部,Q_Ⅱ型表现为降水北多南少,Q_Ⅲ型表现为降水中间少南北多的分布。强降水对应的前期至当日,各型降水对应在亚洲的中高纬度地区均有显著的环流异常,且环流演变存在明显不同;但各类型降水对应的系统移动速度缓慢,且到强降水发生日江淮地区处于西太平洋副热带高压西北侧低值系统的控制,有利于该地区强降水的发生。按环流相似依不同时效得到的强降水发生日环流与实际环流存在很好的相关。独立试验中,该文方法对25 mm降水的TS评分在各时效均高于模式预报,50 mm降水的TS评分在3 d以上时效的评分也均高于模式预报。     

全球模式对华北区域性强降水中期预报能力检验

选取2010—2016年夏季华北70个典型强降水个例,根据环流形势场,将其分为低涡型、西来槽型和切变线型。然后,利用降水空间检验法(MODE方法),通过对比质心距离、轴角以及纵横比等要素,讨论了几种常规业务模式对华北地区夏季强降水的中期预报能力。结果表明:ECMWF模式和T639模式对低涡型强降水预报能力较差;当实况强降水落区范围较大时,ECMWF模式和T639模式中期预报的雨带为狭长型并呈东北—西南向,预报与实况较为一致,但两种模式预报的降水落区均较实况偏西、偏南;这两种模式对较小面积降水,其预报的降水范围较实况偏大,而对较大面积降水,预报较实况明显偏小。     

杭州地区短时强降水特征与服务思考

利用2008—2017年汛期(5—9月)杭州地区自动气象站观测资料和ECMWF ERA-Interim(0. 5°×0. 5°)全球再分析数据,对杭州地区短时强降水日(小时雨强≥20 mm)的分布特征和环流背景进行分析,结果表明:1)杭州地区短时强降水量和发生频次呈现北部大于南部,高值区位于主城区附近。2)造成杭州地区出现短时强降水的天气系统,依据其出现频率,大体可分为西风带低槽型、梅雨锋型、热带气旋型、副高边缘西风急流型和局地强对流型等5类。3)不同天气系统影响时,杭州地区短时强降水时空分布存在差异,时间分布上西风带低槽和副高边缘西风急流影响时,短时强降水主要发生在早晨到上午和傍晚到前半夜,热带气旋和局地强对流影响时降水主要集中在午后到夜里,梅雨锋型降水呈多时段频发的特点;空间分布上西风带低槽型有3个强降雨中心分别位于主城区、淳安南部和临安淳安交界山区;梅雨锋型分布较均匀,大值区位于临安中西部至富阳南部一带;热带气旋型分布呈北多南少,临安天目山区、主城区南部和富阳永安山区是3个中心;副高边缘西风急流型中心位于主城区和余杭区;局地强对流型分布不均匀,大值位于临安天目山区、建德东南部和主城区北部。4)针对不同类型的短时强降水分布特征,提出气象服务适宜采用的服务方式。     

“海棠”和“泰利”对湖北降水影响的诊断分析

利用T213数值预报产品和常规气象资料,研究2个登陆西行热带气旋对湖北省降水分布的影响。结果表明:热带气旋"海棠"在西行过程中,其北部倒槽自东向西掠过湖北大部地区时,由于无次级环流出现,而未发生强降水天气;"泰利"在西行过程中,其北部倒槽在掠过鄂东地区时,由于有次级环流相配合,所以带来鄂东地区的强降水天气。次级环流是由多种因素引起的,次级环流产生地与强降水发生地是一致的。     

一次阻塞形势下的严寒天气过程分析

通过对１９９４年１月北半球高纬地区５００ｈＰａ环流特征分析，指出造成１９９４年１月份大范围天气异常的主要原因是阿拉斯拉阻塞高压的强烈发展和长期维持；同时指出，低纬暖空气向北输送能力是阻塞形势发生发展及崩溃的主要机制，而极极涡和东亚大槽是造成黑河地区温度持续偏低、降水偏多的直接影响系统。这对于今后相似形势下的天气分析与预报十分重要。     

2004年7月冷空气活动及其对西南地区强降水的影响

利用中国逐日站点降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2004年盛夏(7月)中国西南地区的强降水过程及冷空气活动在降水过程中的作用。结果显示:西南地区强降水与冷空气的活动关系密切,强降水的发生是中高纬环流变化和低纬系统共同作用的结果。首先,中纬度的低槽冷涡与登陆北上台风和东移西南涡合并,以及东亚地区横槽向竖槽的迅速转变,造成了7月上旬和中旬中高纬环流的3次大调整,东亚地区长波迅速增幅,从而导致了盛夏罕见的大范围冷空气向低纬地区的侵袭。与此同时,暖湿的西南夏季风十分活跃,二者在中国南方地区产生强烈相互作用,结果在冷空气南侧形成大范围的对流性降水。其中,冷空气活动对降水的影响主要表现在3个方面:其一,中高层冷空气的迅速南下常伴有偏南高空急流,位于急流中心左前方的次级环流上升支为降水的形成提供了有利的动力抬升条件。其二,冷空气向南推进极大地增强了大气的斜压性,有利于斜压扰动的发展。冷空气迅速南下造成对流有效位能释放,从而形成大范围的对流活动。另外,中高层干冷空气的平流也是暴雨区位势不稳定得以重建并产生持续性强降水的重要原因。     

6月MJO对广东降水调制与直接影响系统的联系

利用1979—2008年广东省86个测站逐日降水资料及NCEP-DOE第2套分析资料等,提出影响广东500 hPa环流系统的判别方法,分析6月赤道MJO (季节内振荡) 活动对广东降水的调制作用随中低纬度环流型的变化。结果表明:强MJO第3位相广东出现强降水的概率最高,是8个位相中唯一强降水等级出现日数超过弱降水日数的位相。在直接影响广东的5种500 hPa环流系统 (包括西风槽、西风浅槽、平直西风或高压边缘、副热带高压、热带低压槽) 中,西风槽类型影响时,赤道MJO对广东降水的调制作用最强,其他环流类型影响时,MJO的调制作用很弱。广东在西风槽影响下,当处于MJO第3位相 (第6位相) 时,降水距平百分率达到最高 (低)。MJO对广东降水的调制作用随中低纬度环流系统的变化,主要是环流系统之间的不同配合导致降水所需的动力上升条件和水汽输送条件的相互配合发生变化造成的。     

南疆暴雨研究进展

南疆地区位于欧亚腹地,属于典型的温带大陆性干旱气候,受复杂地形地貌、天气系统路径以及特殊的大气环流与水汽条件等影响,暴雨突发性强且地域性特征显著。目前,全球数值预报模式及中尺度数值模式对南疆暴雨的预报能力十分有限,近年来,许多研究团队在塔里木盆地进行了大型外场观测试验,对揭示南疆暴雨的机制机理有了更多启示,对造成南疆暴雨的对流触发机制、高低空系统配置及演变特征、降雨云物理过程等都有了更为深入的认识。本文对南疆暴雨的气候特征、大尺度环流背景、中尺度系统发生发展、水汽输送、降水动力机制等方面进行了总结回顾,并提出了需要进一步研究的科学问题,以期为进一步开展南疆暴雨研究、提高暴雨预报准确率及防灾减灾能力提供参考。     

1617号鲇鱼台风登陆后引发不同性质暴雨的成因对比分析

2016年9月28日1617号台风"鲇鱼"登陆后由台风本体环流和外围环流引发了不同性质的暴雨,这是本次秋季登陆台风暴雨预报的难点。利用常规气象观测资料以及NCEP的1°×1°再分析资料等,对不同性质暴雨的成因进行了诊断对比分析。结果表明:浙江东南部对流性降水和江西南部稳定性降水的大气层结结构具有明显的差异。中高纬度低槽距离台风较远,冷空气主要从低层入侵台风西北侧,破坏台风低层的暖心结构。台风外围中层干冷空气随东南风向浙江东南部输送,并叠加在低层暖湿气流之上,形成上冷下暖的不稳定层结,同时在对流层上层有干冷空气下沉至台风环流中下层(干侵入),导致浙江文成附近出现了局地特大暴雨。江西南部由于低层被湿冷空气占据,层结较为稳定,降水发展平缓。低空东南急流为台风外围环流暴雨提供了充足的水汽,浙江东南部地形对降水起到了增幅作用。不稳定层结及中层冷空气的输送对对流性暴雨的激发作用可以为登陆台风降水性质和强度预报提供参考依据。     

中国南方2008年1月罕见低温雨雪冰冻灾害发生的原因及其与气候变暖的关系

2008年1月中国南方发生的低温、雨雪、冰冻灾害不是一个局地或地区性现象,它是同期发生的亚洲大范围冰雪灾害链中的一环,在影响范围和灾害程度上是最严重的一环.它有3个主要特征:(1)降雪、冻雨和降雨3种天气并存,冻雨是导致南方致灾的主要原因;(2)低温、雨雪、冻雨天气强度大,根据中国国家气候中心和南方各省气象部门的统计及分析,有8项气象要素打破同期中国历史记录;(3)低温、雨雪、冰冻天气持续时间长,破历史记录.这次低温、雨雪冰冻灾害形成的原因不是单一的,是多种因素在同一时段,同一地区相互配合和迭加的结果,其中La Nina事件是灾害发生的气候背景,它为雨雪冰冻天气提供了冷空气侵袭中国南方的前提条件;欧亚大气环流异常持续性是造成冷空气不断侵袭中国南方的直接原因;孟加拉湾和南海地区暖湿气流的北上是大范围冻雨和降雪形成并持续在中国南方的必要条件.     

基于小时分辨率的降水过程辨识方法研究

强降水极易造成暴雨灾害,尤其是突发性强的短时强降水,动态监测、影响评估和风险预估是灾害防御的重要手段。但目前气象服务业务中,强降水的定量评估和风险预估还是以天为单位,现代气象服务精细化的需求迫切要将时间分辨率提升至小时尺度。本文利用1951—2018年国家气象观测站小时降水观测资料,从小时尺度界定站点、大区域、小区域降水过程的辨识方法。基于改进的降水过程综合强度评估方法,在概率密度分布的基础上,重新划分了极端、特强、强、较强、中等五个等级的降水过程综合强度指数。检验论证显示,基于小时分辨率降水过程的自动提取和评估方法合理,具有可操作性,能够对过程性降水、短时降水过程动态评估和预评估,可实时支撑气象服务业务,提升气象防灾减灾能力,也为后续开展短时强降水影响评估和风险预估建立基础。     

形成2015年浙江省梅汛期暴雨的控制环流及梅雨锋结构

本文利用NCEP/NCAR全球再分析逐日资料、地面观测资料和自动站降水资料,在分析了2015年浙江省梅汛期强降水特征、水汽输送和局地环流的基础上,从西南季风进退、副热带高压、南亚高压及西风带波动等方面对2015年形成梅汛期暴雨的控制环流进行了分析。结果表明：2015年整个浙江省梅汛期降水量较常年显著偏多,浙江中部地区降水量比历史同期偏多接近一倍。丰沛的水汽从孟加拉湾经中南半岛向东输送,与西太平洋副热带高压西侧的西南气流相合并,在梅雨锋南侧形成异常辐合,为强降水提供了水汽条件。这次持续强降水由三次强降水过程构成并由西风辐合型锋生引起。第二次强降水过程中大气强对流性不稳定利于梅雨锋上中尺度对流系统发展,导致强降水呈现明显的局地性。而第一次和第三次过程中梅雨带附近大气基本处于对流稳定或中性,以斜压性降水为主。在对流层低层,副高较常年偏东偏南,其西北侧西南暖湿气流与北侧冷空气交汇于浙江省,利于梅汛期强降水集中期的出现。在对流层上层的南亚高压较常年位置偏东,其北侧的西风急流强度偏强,东亚急流核入口区右侧的强辐散利于造成强烈的上升运动。在对流层中层,贝加尔湖阻高的东侧有明显的波动能量向东向南传播并在长江中下游积聚,利于浙江地区扰动的维持,形成持续稳定的梅雨锋和中低空切变线,造成梅雨强降水过程的持续。2015年春夏季热带中东太平洋海温正异常分布有利于梅汛期降水偏多的异常环流的形成。     

1971~2017年新疆夏季分级降水特征

利用1971~2017年新疆100个气象观测站的逐日降雨资料,在降水分级的基础上,采用EOF分解、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对新疆夏季降水特征进行研究,结果表明:受天山山脉影响,新疆夏季降水主要集中在天山山脉附近,呈由北向南递减的空间分布特征;近47年新疆区域平均的夏季降水呈持续增长趋势,存在明显的多时间尺度波动,并在1987年发生由少到多的突变;EOF分析的前四个模态依次反映出新疆夏季降水具有整体一致、南-北向相反、东-西向相反以及中部与周边地区相反的变化特征;从空间分布看,新疆夏季各级降水的雨量与雨日均呈现明显上升趋势,其气候变化趋势系数与夏季降水基本一致,表现出北疆大于南疆、西部大于东部、山区多于盆地和谷地的空间分布特征;从时间变化看,新疆区域平均的夏季各级降水的雨量与雨日以上升趋势为主,其中暴雨的上升趋势最为显著,大雨次之,小雨和中雨最弱;新疆区域平均的夏季各级降水均表现出多尺度周期振荡特征。      

不同类型华南暖区暴雨过程的环流特征

在对34年华南暖区暴雨的筛选和客观分类研究的基础上,继续深入研究不同类型暖区暴雨的环流特征与对流发生环境变量特征的异同。主要结果如下:大部分切变线型、低涡型和回流型暖区暴雨个例的环境场斜压性较强,其中回流型暖区暴雨在关键区斜压性最强,而南风型暖区暴雨个例的环境场斜压性相对较弱;所有类型暖区暴雨发生时对流层中高层的中纬度基本为平直西风气流控制,降水区主要位于西风带短波槽槽前,低层均有低空急流的影响。各类暖区暴雨的主要差异在于高层南亚高压、中层短波槽和副热带高压的位置和强度差异以及低层低空急流的位置、强度、风向和水汽输送条件的不同。切变线型暖区暴雨发生时0～3 km垂直风切变最强,低涡型暖区暴雨对流有效位能最大,两类南风型暖区暴雨的动力和热力强迫都较弱,对其发生发展机理需要开展更深入研究。     

1965—2019年中国夏季分钟降水空间分布与长期趋势分析

短时强降水可引起洪涝等气象灾害,揭示其气候分布和长期变化特征对于防灾、减灾和气候变化应对等工作非常重要。利用较为完整的中国夏季1965—2004年的自记纸（2225站）以及2005—2019年的自动站（2435站）分钟降水数据,分析了中国大陆分钟降水的空间分布和长期变化特征。结果表明,中国夏季分钟降水频率基本呈现从北到南增加的特征,分钟降水强度在西北地区较小,东部平原地区较大。1 min、连续5 min最大一次降水量在内蒙古、华北最多,连续10 min以上的最大一次降水量和年平均最大降水量在华南沿海地区最多,上述指标的最小值都出现在南疆一带。1965—2004年以及2005—2019年,夏季分钟降水频率都存在增加趋势,是引起中国平均夏季降水量增加的主要原因;分钟降水强度则没有明显趋势性变化。1965—2019年数分钟到一日的最大降水量距平百分率都显著增加,其中连续半小时左右的最大降水量增加最快。总体来看,中国大陆每分钟的降水并未趋向于极端化,极端降水量的增加可主要归因于暴雨过程持续时间的增加。      

新疆南部干旱区暴雨研究：科学认知与主要进展*

新疆南部(简称南疆)是典型的干旱区,地形和下垫面复杂,生态环境脆弱,对气候变化异常敏感。在全球变暖背景下,近年来南疆暴雨发生频率和强度明显增加,引起社会广泛关注。本文主要回顾了南疆干旱区暴雨的科学认知、研究进程和最新研究进展,南疆暴雨具有降水集中度高、相对强度大、极端性强、空间分布不均匀等特点。南疆暴雨研究经过了从大降水个例到多尺度相互作用机理和数值模拟发展应用的阶段,目前在南疆暴雨的重要影响天气系统和水汽输送等方面取得新的科学认识。最后,对干旱区暴雨科学研究的未来发展方向进行了简要的讨论和展望,以期承上启下,为未来新时期南疆暴雨研究提供创新基础。     

华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究

利用逐小时降水资料,采用客观方法对1982~2015年华南地区暖区暴雨进行了筛选和分类研究。主要结果如下:华南区域暖区暴雨事件共计177例,暖区暴雨占筛选的暴雨事件的16.86%,表明暖区暴雨是华南非常重要的降水过程。暖区暴雨主要出现在4~7月,6月份最多,平均持续11.58 h。暖区暴雨事件发生位置主要集中在广东、广西的沿海地区和粤北山区,有四个降雨中心。产生华南暖区暴雨的天气形势主要有四类,切变线型、低涡型、南风型和回流型,不同类型的暖区暴雨对华南地区的内陆和沿海的作用不同,且南风影响下的暖区暴雨发生频率较高,影响较大,是一类较为重要的暖区暴雨。