2015年夏季气候异常特征及其成因简析

2015年夏季,全国平均降水量297.6 mm,较常年同期偏少8.5%,空间分布呈“北少南多”的显著特征,长江中下游及江淮地区降水显著偏多,梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。进一步研究表明,2015年5月以来热带印度洋海温一致偏暖模态正位相发展,激发出西升东降的局地异常纬向环流,有利于西太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西。加强西伸的西太平洋副热带高压造成我国东南部地区西南低空急流频发,强度偏强。低空急流将来自南海的水汽向江淮等地输送,并激发不稳定能量释放,有利于对流活动的发展和降水的产生,导致梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。     

2008年梅雨异常大尺度环流成因分析

利用NCEP再分析资料对2008年江淮梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析研究。结果表明： （1）2008年入（出）梅显著偏早、 梅雨期长度略偏短, 梅雨分布呈南涝北旱、 东多西少, 梅雨量偏少、 强度偏弱。（2）该年入梅显著偏早是东亚大气环流由冬季型向夏季型转换提前所致, 副热带高空西风急流北跳、 500 hPa西风带环流调整、 西太平洋副热带高压季节性北跳、 夏季风北涌至江淮流域的时间均早于常年。（3）该年出梅显著偏早的主导因素是冷空气活动。（4）南涝北旱梅雨型是受南亚高压东段脊线位置接近常年、 副热带高压脊线处于适宜梅雨发生纬度带的南段、 低空西南急流和水汽输送带北缘位置以及高空强辐散和中低空强辐合区位置偏南的影响。（5）东多西少梅雨型是冷空气路径偏西所致。（6）梅雨期夏季风北涌至江淮流域活动次数偏少是梅雨量偏少的重要因素。     

江南南部初夏雨季的降水和环流气候特征

基于1961～2010年气象台站逐日降水资料、同期美国NCEP/NCAR的逐日再分析格点资料,通过气候平均、REOF分析、聚类分析等方法,分析了江南地区初夏降水的地域性和时段性特征,及西太平洋副高和高、低空急流等大气环流的相应演变过程。结果发现:（1）江南南部27.5°～29.5°N存在一个独立于华南前汛期和江淮梅雨的初夏雨季,该雨季平均发生时间为6月11～30日,比江淮梅雨早约8天左右。（2）西太平洋副高的西伸东退是江南南部初夏雨季发生发展的重要环流背景,6月第2候副高发生突变性加速西伸之后雨季开始,雨季期间850 hPa副高西伸脊点基本稳定在最西位置即133°E附近,6月第6候副高东退北抬后雨季结束。（3）低层急流大风带的形成和位置是江南南部初夏雨季阶段的重要动力条件,印度洋和孟加拉湾向东北延伸的低层急流与西太平洋副高西北侧的气流连通形成低层急流大风带,并与北侧上空的高空急流耦合,降水集中区位于低层急流大风带左侧、高空急流入口区右侧。     

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。     

梅雨锋急流暴雨日变化的地理原因研究

包括急流暴雨在内的梅雨降水存在显著日变化。过去曾从低空急流日变化等一些梅雨系统的内部联系寻求解释，但通过实例分析和气候比较认为：梅雨降水日变化的根本原因是东亚低层大气温度场日变化的区域性差异。造成这种差异的基本原因又包括两个方面，一是东亚特殊的地形构造，二是梅雨期特殊的云区分布。由于梅雨云带的存在，梅雨锋低槽内温度日变化很微弱；又由于高大地形的存在，梅雨锋低槽南北两侧温度日变化非常明显，使副高和中纬度变性高压在夜间增强，梅雨锋低槽也在夜间变深变窄，改变了早、晚时刻梅雨系统的相对强度和降水功能，导致降水日变化。低空急流系统的日变化是梅雨气压场形势出现日变化后发生的众多中间变化之一。而低层温度场日变化的区域性差异是东亚梅雨季节经常存在的一种气候现象。     

梅雨锋结构的数值模拟

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的全程四维同化模拟结果,深入分析梅雨锋结构的时空不均匀变化特征及其与低涡降水强度的密切关系。结果表明,梅雨锋呈现明显的中层锋和边界层锋两段锋的特征,中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键,中层锋的加强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通,有利于梅雨锋降水的加强,强降水并不出现于中层锋区最强的时段,而是发生于大范围锋区强度达峰值之后约16—24 h。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。组成低空急流的中低层u,v分量呈现不同的分布和演变特征,强南风中心位于900—800 hPa,呈明显的低空急流状特征,贴近暴雨区还可能出现较小尺度的急流;而强西风中心出现于中层锋前700—500 hPa,表现为高空强西风区沿锋区上界的向下延伸;低空南风急流通常与总变形同时加强。强锋段的锋前饱和高湿高能气柱、锋前中低层急流状南风区和中层西风均匀大值区等要素场呈现高度组织化的特征。梅雨锋的低层特性,如辐合、锋区强度、总变形和南风分量及降水强度等要素呈现显著的中尺度扰动特征,有明显的日变化且受长江中下游中尺度地形影响,扰动特征有随时间上传的趋势。     

高低空急流和水汽凝结过程对锢囚锋环流演变的影响

文中利用包括湍流摩擦耗散的原始方程模式研究了高空西风急流、低空南风急流和水汽凝结过程对锢囚锋环流时间演变和降水强度变化的影响 ,计算结果表明 ,水汽凝结过程与高空西风急流或低空南风急流的共同作用对锢囚锋环流的演变起非常重要的作用 ,能在锢囚锋区形成强中尺度深对流系统 ,与干大气中高空西风急流对锢囚锋环流的作用远大于低空南风急流的情况相反 ,在存在水汽凝结过程的湿大气中 ,低空南风急流对锢囚锋的影响远大于高空西风急流 ,它产生的降水过程时间更长 ,降水强度更大 ,降水范围更广 ,是锢囚锋区产生强中尺度降水的重要因子。     

梅雨末期暴雨过程中高低空环流的耦合——数值实验

一次梅雨末期暴雨过程的数值实验结果表明:模式较好地预报了西南涡的发展,暴雨区与高低空西风急流和南亚东风急流在空间上的联系。对流层上下层的耦合主要发生在低空急流和南亚东风急流之间。以北部上升,南部下沉的反环流为主要特征。无潜热加热模式也模拟出上述特征,说明梅雨期的大尺度环流系统一部分是斜压与大地形强迫的结果,而在暴雨区内的垂直耦合很弱,上升运动减小一个量级。潜热加热极大地增强了垂直反坏流。相应的对流层下层向北的横向运动增强低空急流,对流层上层向南的横向运动增强南亚东风急流。增强了的低空急流和南亚东风急流,通过动量-质量的调整,有利于反环流的维持。 梅雨末期的暴雨过程中,低空急流和南亚高空急流的耦合是重要的。而潜热释放增强了这种耦合。     

一次大暴雨过程中急流次级环流的激发及作用

使用双向嵌套数值模式MM4对1992年7月23日发生在副高北侧京津冀 地区的一次大暴雨过程进行了成功的数值模拟。利用模拟得到的高时空分辨率资料，对 伴随高、低空急流的次级环流进行了诊断，结果表明:激发次级环流的主要因子和台风、 夏季江淮气旋有明显不同；总的次级环流在降水前，有利于天气区不稳定能量的积累， 而在降水过程中提供了持续稳定的上升运动条件；急流和暴雨之间通过次级环流存在着 正反馈相互作用。     

水汽凝结过程与高低空急流对冷锋环流的作用

文中利用包括水汽凝结过程的湿大气原始方程模式，研究了高空西风急流和低空南风急流中冷锋环流和垂直运动场的演变，计算结果显示:水汽凝结过程的加入，使锋区垂直运动和锋面环流大大增强，上升运动随时间发生剧烈的变化；湿过程对锋面环流的作用发生在水汽饱和并发生凝结之后，未饱和水汽的存在对锋面环流没有什么作用；与干大气模式中高空西风急流是造成冷锋环流演变的主要因子情况不同，低空南风急流在湿大气中对锋面环流有极为重要的作用，其作用至少与高空西风急流相等；在激发锋区重力波上，低空南风急流的作用可能更加明显；水汽凝结湿过程的加入，不论是在高空西风急流下还是在低空南风急流中，都能在锋区激发出波长约为300 km的重力波，并以大于锋面移速的相速传入暖区。     

高空西风急流对长江中下游暴雨影响的数值试验

应用中尺度数值模式。在控制试验(CTL)的基础上。研究高空西风急流强度变化对长江中下游一次暴雨过程降水强度和雨带位置的影响。结果表明：控制试验对高低空急流位置、降水强度有很好的模拟能力；模式敏感性试验中高空西风急流增强(SJet)／减弱(WJet)的方法是合理的、可行的；SJet和WJet两者对低层环流和雨带及降水强度的影响过程不同。前者有利于加强低空急流。降水在CTL雨带的南侧会增强。在北侧会减弱。雨带位置南撤；后者则相反。雨带位置向北推进；SJet所引起的暴雨中心位置偏南。WJet所引起的暴雨中心位置偏北。     

辽宁盛夏降水大尺度环流及2010年降水异常成因分析北大核心CSCD

利用1961 2010年辽宁省53个气象站逐日降水量和NCEP/NCAR全球再分析资料,对盛夏辽宁降水异常的大尺度环流特征进行了物理诊断分析,并对2010年盛夏主汛期辽宁降水异常偏多的环流特征进行系统研究。结果表明,副热带西风急流位置偏北偏强、西太平洋副热带高压脊线西伸北抬以及低空偏南急流带来的水汽和动力抬升作用,是造成2010年盛夏降水异常偏多的大尺度环流因子。     

1991年江淮特大暴雨的降水性质与对流活动

从计算大尺度热源和分析ＴＢＢ资料两个方面，阐述了１９９１年江淮梅雨期间降水性质与对流活动的季节性演变特征。结果表明：梅雨期间江淮上空３个强上升运动时段分别形成了３场暴雨，由暴雨释放的热量使江淮大气出现了３个时段的强加热；３场暴雨的降水性质呈显著的季节性演变，由第１场暴雨以锋面性降水为主发展到第３场暴雨异常强的对流性降水。文中详细分析了热源和水汽汇的时空分布特征，并从大气运动场和热力结构讨论了盛夏强对流降水期间积云对流以涡动形式对热量和水汽的强铅直输送作用。江淮地区ＴＢＢ值能很好地反映降水状况，雨期一致地对应于ＴＢＢ低于２５０Ｋ的时段。梅雨中后期东亚地区对流活动季节性地增强，带状对流区（特别是ＴＢＢ高负距平区）与雨带位置相符。对流带位置及对流活动强弱与西南暖湿气流活动密切相关，它很好地表征了东亚地区的低空急流（给积云输送热带对流大气）。梅雨期间对流带主要出现在江淮流域，但可在东亚范围内飘移，它落在江淮与否则决定了江淮暴雨的维持与中断     

高低空急流与水汽凝结过程对暖锋环流演变的影响

利用包括水汽凝结过程的原始方程模式模拟了高空西风急流和低空南风急流中暖锋环流的演变以及凝结的发生。计算结果显示,水汽凝结过程对暖锋环流有非常重大的作用,是暖锋锋区产生强中尺度深对流的重要机制。与干模式大气中高空西风急流对暖锋环流的影响远大于低空南风急流的结论相反,在含有水汽凝结过程的湿大气中,低空南风急流的作用远大于高空西风急流,它是暖锋锋区中产生强中尺度降水的更重要因子;高低空急流的共同作用,对湿暖锋锋区中多重中尺度雨带的形成具有重要作用。     

梅雨暴雨与高空急流的统计与动力分析

对1991、1996、1998年梅雨暴雨与高空急流进行了统计与合成分析。结果表明，大尺度环流形势稳定是1991、1998年梅雨期局部降水时间较长的主要原因，1996年环流形势多变，难以在局地长久维持。梅雨暴雨与高空急流关系密切，暴雨多出现在西北风高空急流的右前方或西南风高空急流的右后方。西南风高空急流造成梅雨暴雨的高层辐散场多由经向风辐散形成，西北风高空急流多出现纬向风辐散，当其与南亚高压东部的经向风辐散配合时往往会造成较强的暴雨，1998年这类情况出现最多。南亚高压东北象限的偏北风对雨区南侧季风反环流的形成有重要作用。     

低空急流与内蒙古的大(暴)雪

分析了冬季产生东亚低空急流的大型环流特征及低空急流与内蒙古大（暴）雪的关系。结果表明，在东亚中纬度高空维持纬向强急流锋区的情况下，若有中亚冷槽分成南北两段东移，则极易有造成内蒙古大（暴）雪的东亚低空急流产生。指出可将产生这种环流特征的西风带大型环流的调整过程，作为内蒙古大（暴）雪天气的中期预警信号。而高低空急流的位置及强度又可作为降雪量及暴雪落区的短期预报指标。     

低空急流发生、发展的数值试验(Ⅰ)——数值模拟

为探讨低空急流发生、发展的物理机制及积云对流的影响,本文用一改进的有限区域五层原始方程模式,对发生于1983年夏季梅雨期间长江流域以南的一次低空急流过程作了数值模拟。并对急流特征、急流区质量调整及积云对流加热的影响作了初步分析。     

低空急流发生,发展的数值试验（Ⅰ）—数值模拟

为探讨低空急流发生、发展的物理机制及积云对流的影响,本文用一改进的有限区域五层原始方程模式,对发生于1983年夏季梅雨期间长江流域以南的一次低空急流过程作了数值模拟。并对急流特征、急流区质量调整及积云对流加热的影响作了初步分析。     

东亚梅雨系统的天气-气候学研究

利用1971～2000年NCEP再分析资料和中国740站的逐日地面观测资料，对东亚梅雨季的气候学进行了研究。结果表明:初夏长江流域特有的这个雨季有平均21天的长度，从6月17日开始到7月8日结束。梅雨期间降雨量达200～300 mm，占夏季总降雨量的45%左右。当6月中旬东亚夏季风突然从华南向北推进到长江流域，同时印度夏季风开始在印度次大陆爆发时，中国梅雨雨季开始。这时来自南海和孟加拉湾的水汽供应显著加强，为梅雨降雨提供了非常有利的水汽条件。气候学上梅雨锋的结构主要表现为:(1)近于纬向的宽广云雨区，其中包含有强对流降水与云团；(2) 锋前具有高假相当位温的高湿空气柱；(3)对流层低层跨越梅雨锋的水平温度梯度非常弱或几近消失；(4)梅雨锋区低层有一相对低的温度；(5) 梅雨锋区以南为强低空偏南急流，急流以北是梅雨锋风切变线；(6)从梅雨锋区到赤道的地区是一个季风型或间接的垂直环流区。在许多方面，中国东部的梅雨锋不同于日本的梅雨锋和朝鲜的梅雨锋， 因为后两者基本上是中纬度斜压结构的锋区。东亚夏季风对中国梅雨的影响要比对日本和朝鲜梅雨的影响更重要。作者对东亚梅雨系统 (中国梅雨、日本Baiu和朝鲜Changma)的区域差异进行了全面的比较研究。     

吉林一次极端降水发生发展动热力过程的数值模拟分析

利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH（CPC MORPHing technique）融合降水资料以及WRF（Weather Research and Forecasting）高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13～14日吉林地区的极端降水天气过程的环流背景和触发机制进行了分析。结果表明:（1）东北冷涡环流控制下,副高北抬与中纬度锋区形成了有利的大尺度环流背景。降水发生在冷涡底部与副高之间的平直纬向环流中,东北冷涡南部的低槽、低空切变线、高低空急流是影响此次降水的重要天气系统;（2）在高层辐散低层辐合的有利动力条件下,极端的水汽输送与吉林地区西低东高地形的阻挡和强迫抬升是极端降水产生的重要原因;（3）中高层有干冷空气入侵,伴随高空动量下传至低空,加强了低空急流发展,低空急流发展至地面附近产生超低空急流后,加强了上升运动。南北经向动量输送交汇加强了低层风辐合切变,切变线上对流发展与永吉附近小地形的抬升作用,诱导永吉县产生极端降水。