东北地区典型暴雨个例的水汽输送特征分析

利用NCEP 1°×1°的GDAS资料同时引入基于拉格朗日方法的轨迹模式(HYSPLIT v4.9),选取了东北地区2009年6月27日至7月1日的冷涡暴雨个例、2010年8月19-22日切变暴雨个例、2013年8月14-17日气旋暴雨个例和2012年8月27-30日的台风暴雨个例,模拟计算了四个个例的水汽输送通道以及不同源地的水汽贡献。结果表明:四个暴雨个例的水汽输送通道基本有两支:一支是南海或西太平洋的海上水汽输送,另一支是西北气流的水汽输送。不同天气系统造成的典型暴雨个例的水汽输送特征各有差异。冷涡暴雨个例中,42.1%的水汽贡献来自于西太平洋和南海附近,鄂霍次克海附近的水汽亦有一定的补充,西北气流和海上水汽各约占50%;切变暴雨个例和气旋暴雨个例水汽输送较相近,以西太平洋和南海的水汽输送为主体,西北气流水汽比重减少,另外切变暴雨有局地水汽的贡献;台风暴雨个例中,北太平洋和黄海、渤海水汽是本次台风暴雨水汽主要来源。降水量的大小和分布的密集程度与海上水汽的贡献率密切相关。     

兰州市空中水汽含量和水汽通量变化研究

利用历年的高空和地面资料,深入分析了兰州市空中水汽含量和水汽通量的变化特征。结果表明:(1)夏季空中水汽含量和水汽输送相对较多,冬季相对较少;2~7月是水汽含量的增长期,9~1月是递减期,8月与7月持平;97%的水汽集中在400 hPa以下;(2)兰州市空中水汽变化与降水量、降水日数、气温的变化有明显的一致性,也存在一定的差别;(3)兰州市空中水汽输送强度中心接近500hPa高度;冬季水汽日变化最大层位于700~600 hPa,这与我国东部地区空中水汽输送高度和边界层水汽日变化特征有明显的区别。     

2015年6月江淮梅雨暴雨增幅前后水汽输送特征对比

使用NCEP FNL再分析资料和GDAS资料,利用轨迹追踪模式HYSPLIT对2015年6月27日发生在江淮地区的一次台风远距离暴雨的水汽条件及其输送路径进行了初步分析。这次降水从天气形势来看为一次典型的江淮梅雨锋降水,在降水前后两日大尺度环境场无明显改变的前提下,发现27日的水汽传输较26日有显著增强。从轨迹模拟结果看,本次强降水区主要水汽通道为南海、孟加拉湾、索马里、黄海、西风带5条通道。中低层水汽输送对降水区影响较大,高层水汽输送较小。27日北部通道水汽输送减弱,南部受1508号台风低压环流减弱影响,西南水汽通道打通并进一步加强,水汽输送显著增强,对降水区的水汽贡献率达到87.06%。     

1998年长江流域特大洪涝期水汽输送过程的诊断分析

利用基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLIT_V4.9）,结合轨迹聚类法和气块追踪法,探讨1998年6月12日—8月27日期间长江流域强降雨的水汽输送轨迹、主要水汽源地及其水汽贡献,发现此次强降水过程的水汽源地主要为印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋;不同降水阶段水汽输送轨迹、水汽源地存在差异。降水第一阶段水汽主要来自孟加拉湾—南海,水汽输送贡献为35%。降水第二阶段水汽主要由印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋三个区域共同提供,水汽输送贡献分别为32%、28%和31%。降水第三阶段则是来自印度洋和孟加拉湾—南海的水汽输送占主导地位,它们对降水的水汽输送贡献分别为33%和41%。降水第四阶段水汽主要来源于孟加拉湾—南海,贡献为40%。强降水过程中大气环流的调整,导致了不同阶段水汽源地的变化及各源地水汽贡献的差异。     

"18·8"广东季风低压持续性特大暴雨水汽输送特征

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明:持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。     

应用拉格朗日方法研究四川盆地暴雨的水汽来源

基于拉格朗日方法的轨迹追踪模式HYSPLIT v4.9可用来追踪水汽的来源以及运行轨迹。结合应用拉格朗日方法与欧拉方法,通过分析四川盆地2013年6月29日—7月2日、7月7—11日和7月15—19日三次暴雨过程来研究孟加拉湾地区的水汽通道对四川盆地暴雨的影响。分析结果表明：影响这三次暴雨过程的水汽通道均有多条,但其中最为主要的均为来自孟加拉湾的水汽通道。孟加拉湾水汽输送在低空环流系统的作用下,一部分是直接越过云贵高原输送向四川盆地,另一部分是绕过云贵高原在南海地区与南海水汽以及越赤道水汽在西太副高外围东南气流的作用下一并输送到四川盆地;其中在南亚季风强大的西南气流作用下,孟加拉湾大气河中的水汽主要越过云贵高原输送向四川盆地。同时分析对比了孟加拉湾水汽输送通道与大气河(Atmospheric River)之间的异同点,发现孟加拉湾水汽输送通道与大气河之间存在着一定的相似性。     

2019年台风“利奇马”和“罗莎”引发东北地区暴雨的水汽特征分析

利用NCEP的FNL(Final Reanalysis Data)和GDAS(Global Data Assimilation System)再分析资料、中国气象观测网降水实况数据及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模型结果,对2019年8月13—17日发生在中国东北地区一次减弱台风引发暴雨过程的水汽条件和输送过程进行分析。结果表明：此次中国东北地区暴雨的水汽与源自西太平洋的水汽关系最为密切,台风“利奇马”为本次暴雨的主要水汽供应系统,其次是台风“罗莎”外围水汽补充。拉格朗日方法的水汽输送源主要有3个,分别为源于中低纬西太平洋,与欧拉方法的太平洋和黄海水汽相对应;源于中国南海南部,与印度洋水汽相对应;源于黑龙江北部,中国北方的水汽对暴雨也有一定作用。中国南海南部水汽与西太平洋水汽合并,为此次东北地区暴雨的主要水汽供应。水汽收支主要集中在中低层,水汽的辐合区主要位于700～900 hPa。低层的水汽垂直向高层输送,水汽的辐合和垂直输送越强,降水量越大。水汽流入集中在低层的南边界,西边界和北边界一般为水汽流出边界。     

应用区域地基全球定位系统观测分析北京地区大气总水汽量

利用2000年6月1日～8月11日北京地区地基全球定位系统(Globe Positioning System)网遥感大气总水汽量试验的观测资料,分析了北京地区夏季大气总水汽量的时空变化,研究了大气总水汽量与日平均温度、地面水汽压和降水的关系.研究结果表明:大气总水汽量存在明显的时空变化,对于地理位置基本相近的台站,海拔高度的影响比较明显,一般情况下高山站的水汽总量低于平原站;在晴天,地面水汽压与大气总水汽量有较好的相关性,而在云雨日,由于高低层大气湿度的变化常常不同步,用地面水汽压估算的大气总水汽量具有较大的偏差;大气总水汽量短时间内的快速增加往往对应有降水过程出现,但总水汽量的大小与降水量之间并没有明显的相关,在降水预报中应综合考虑总水汽量的前期平均水平、短时的增幅和峰值大小等条件的影响.     

利用太阳光度计反演渤海湾西岸大气柱水汽总量

利用CE-318型太阳光度计936nm水汽吸收通道的太阳辐射观测值和太阳光度计在该通道的透过率与水汽量关系，采用瞬态法反演了渤海湾西岸大气柱水汽总量。结果表明：利用太阳光度计936nm通道可以反演晴空大气柱水汽总量，其局限性是要在晴空下使用；渤海湾西岸大气柱水汽含量时间分布极不均匀；不同季节晴空日的水汽含量日变化有所不同。     

新疆“96·7”特大暴雨水汽输送通道的研究

应用GMS－5卫星逐时水汽通道TBB资料,分析61996年7月11－28日新疆特大暴雨期间对流层中上层大气水汽场的演变情况。结果表明：青藏高原中南部和印度半岛是对流层中上层大气水汽场日变化最为剧烈的地区;进入新疆境内的水汽通道有北方、西方和南方三条路径。水汽的主源地为印度半岛、孟加拉湾、青藏高原东部、四川盆地和黄河流域。青藏高原中南部是水汽的次源地。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

Surface-level moisture transport over the Indian Ocean during southwest monsoon months using NOAA/HIRS data

Surface-level moisture transport over the Indian Ocean has been computed using NOAA/HIRS data for the years 1980, 1981 and 1984. The global relation between monthly mean surface-level humidity and precipitable water (Liu, 1986) has been applied for the computation of surface-level humidity using monthly mean satellite-derived water vapour. The monthly mean surface wind fields over the Indian ocean provided by Florida State University have been used for the surface-level moisture flux computations. Our analysis indicates net positive surface-level moisture flux divergence over the Arabian Sea and negative moisture flux divergence over the Bay of Bengal. It has also been found that evaporation over the Arabian Sea is a variable quantity and forms a significant part of the net moisture budget over the Arabian Sea. The relative contribution of cross-equatorial flux and evaporation from the Arabian Sea has been studied for all three years.     

辽宁长历时强降水的环境特征分析

利用NCEP 1°×1°格点再分析、FY-2E相当黑体亮温TBB和地面加密自动气象站等资料,分析了辽宁3次典型长历时强降水TBB值与降水强度的关系、中尺度环境场特征及维持机制,并初步建立了辽宁长历时强降水概念预报模型。结果表明:在副热带高压的形态、位置和强度有利于辽宁产生强降水的大尺度形势下,副热带高压西侧低空急流持续输送的充沛暖湿空气与高空干冷空气在同一地点长时间相互作用,为强降水的发生和维持提供了有利的环境背景条件。强降水持续时间与其上空的强垂直速度持续时间有很好的对应关系,强降水持续时高空一般为弱的不稳定或中性层结。强降水不仅可出现在对流云团发展旺盛的冷云区内部或边缘,也可发生在TBB值较小的暖云区内。TBB值的大小与降水强度没有必然的关系,但TBB值的快速减小都预示强降水即将发生。这些结论有利于深化认识辽宁地区长历时强降水的成因并为预报提供线索。     

Synoptic Features of the Second Meiyu Period in 1998 over China

1. IntroductionThe Meiyu, translated as plum rain, is a majorannual rainfall event over the Yangtze River Basin inChina and southern Japan in June and July. Theheavy rainfall is mainly caused by a quasi-stationaryfront, known as the Meiyu front, extended from east-ern China to southern Japan (Tao, 1958; Matsumotoet al., 1971; Akiyama, 1990; Gao et al, 1990). Studiesof Zhang and Zhang (1990) and Chen et al. (1998)pointed that the Meiyu front is one of the most signif-icant circulation s…     

一次引发四川盆地南部暴雨的西南低涡湿旋转量分析

利用NCEP逐日资料和常规观测资料对2009年7月30~31日一次四川盆地南部强降雨过程进行诊断分析。结果发现:西南涡在700hPa上表现得比较明显,当发展极强时,甚至在500hPa也出现闭合环流;西南低涡涡区内均有降水发生,强降水中心位于涡区东北侧。低层水汽通量散度负值辐合区的分布不仅对相应时段降水落区指示较好,而且对于未来6h雨区分布也有一定参考性,可作为短临预警指标。强降雨区与强正涡度辐合上升运动区有较好的对应关系,对流层低层湿位涡的负值区对降水落区指示较好,强降水区出现在中高层正值MPV1下沿最强区,以及MPV2正负值交界区。      

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。     

Dissimilarity of Scalar Transport in the Convective Boundary Layer in Inhomogeneous Landscapes

A land-surface model (LSM) is coupled with a large-eddy simulation (LES) model to investigate the vegetation-atmosphere exchange of heat, water vapour, and carbon dioxide (CO₂) in heterogeneous landscapes. The dissimilarity of scalar transport in the lower convective boundary layer is quantified in several ways: eddy diffusivity, spatial structure of the scalar fields, and spatial and temporal variations in the surface fluxes of these scalars. The results show that eddy diffusivities differ among the three scalars, by up to 10–12%, in the surface layer; the difference is partly attributed to the influence of top-down diffusion. The turbulence-organized structures of CO₂ bear more resemblance to those of water vapour than those of the potential temperature. The surface fluxes when coupled with the flow aloft show large spatial variations even with perfectly homogeneous surface conditions and constant solar radiation forcing across the horizontal simulation domain. In general, the surface sensible heat flux shows the greatest spatial and temporal variations, and the CO₂ flux the least. Furthermore, our results show that the one-dimensional land-surface model scheme underestimates the surface heat flux by 3–8% and overestimates the water vapour and CO₂ fluxes by 2–8% and 1–9%, respectively, as compared to the flux simulated with the coupled LES-LSM.     

中高纬瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水的影响

基于1981—2020年日本气象厅(Japanese Meteorological Agency,JMA)再分析资料JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)以及美国国家气候中心(Climate Prediction Center,CPC)卫星降水资料,分析了瞬变涡旋活动特征及其对我国东部夏季降水异常的影响,并对其可能机制展开讨论。研究表明,蒙古国至我国东北和华北地区既是瞬变涡旋活动的活跃区域,也是其输送的大值区域,其中瞬变涡旋对热量和水汽的经向输送占主导地位,是中高纬热量和水汽的重要来源。根据瞬变涡旋经向热量和水汽输送变率的强度确定了瞬变热量和水汽输送的关键区域,分别为(45°~60°N,100°~130°E)和(35°~50°N,100°~120°E),并定义了瞬变热量和水汽指数,其与我国东部夏季降水异常的回归结果表明,瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水存在显著影响。中高纬天气尺度瞬变涡旋对热量、水汽和动量的输送异常,通过波流相互作用过程,对平均流形成了反馈,导致季节平均环流、水汽分布和水汽输送的异常,从而在热力、动力和水汽条件的共同作用下引起降水异常。     

基于客观识别的冬季南支槽强度年际变化及其与南方降水的关联性

利用欧洲中心ERA Interim逐日再分析资料,基于南支槽客观识别方法定义了一个南支槽强度指数,并结合格点降水资料,对1980—2019年冬季南支槽强度的年际变化特征及其与中国降水、大气环流和水汽输送的联系进行了研究。结果表明：① 南支槽强度变化主要呈准4年周期。② 赤道中东太平洋海温是影响南支槽年际变化的一个重要因素,与南支槽强度有很强的负相关关系,其中Nino 3区的海温变化对南支槽强度的影响更显著。③ 南支槽偏强年从云南南部到华南一带降水量较常年偏多,其中广东、湖南和江西南部至福建一带降水量较常年偏多30 mm以上;南支槽偏弱年西南至华南一带降水较常年偏少,其中广东、广西东部降水量较常年偏少30 mm以上。④ 南支槽偏强年时存在两支异常水汽输送路径,一支为从赤道以北至10°N,从60°E延伸至菲律宾附近的异常强西风水汽输送带;另一支位于20°N附近,由南支槽的槽前西南气流将孟加拉湾地区水汽输送到我国境内,是冬季西南与华南的主要水汽通道。