华南地区2008年6月降水异常偏多成因分析

通过对2008年6月份华南地区降水偏多成因进行分析研究,发现:500hPa巴湖维持低槽、高原气流平直,使华南地区长时间处于低槽内,同时孟加拉湾又维持低槽,利于印度洋、孟加拉湾的水汽经中南半岛向华南地区输送;南海夏季风偏早偏强、西太平洋副高偏南偏东利于西太平洋、南海水汽向华南输送,两支水汽输送带使华南上空水汽更加充足;华南长时间高层辐散、低层辐合对流不稳妥定状态;热带大气季节内振荡的对流活动从非洲东部地区向东传播至西太平洋中西部地区,造成华南地区降水偏多.     

热带印度洋夏季水汽输送特征及对南亚季风区降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析环流资料、CMAP降水量和NOAA海温资料研究了热带印度洋夏季水汽输送的时空变化特征,并考察其对南亚季风区夏季降水的影响.热带印度洋夏季异常水汽输送第一模态表现为异常水汽从南海向西到达孟加拉湾后分成两支,其中一支继续往西到达印度次大陆和阿拉伯海,对应印度半岛南端和中南半岛的西风水汽输送减弱,导致这些区域降水减少;第二模态表现为异常水汽从赤道东印度洋沿赤道西印度洋、阿拉伯海、印度半岛、中南半岛的反气旋输送,印度和孟加拉湾南部为反气旋异常水汽输送,水汽辐散、降水减少,而印度东北部为气旋性水汽输送,水汽辐合、降水增多.就水汽输送与局地海温的关系而言,水汽输送第一模态与热带印度洋海温整体增暖关系密切,而第二模态与同期印度洋偶极子关系密切.     

初夏孟加拉湾东部降水异常对印度洋海温偶极子的触发作用

基于1982—2013年逐月NCEP资料及GODAS资料,采用回归分析、合成分析以及2.5层简化海洋模式数值模拟等方法,研究了热带东印度洋的大气和海洋过程对印度洋海温偶极子(IOD,Indian Ocean Dipole)东极(IODE,IOD East pole)海温异常的影响。结果表明,IODE海温异常的演变超前IOD西极(IODW,IOD West pole)海温异常的演变,并对IOD事件的生成和发展起到关键作用。初夏,来自阿拉伯海、中南半岛地区以及孟加拉湾西南部的水汽输送,导致孟加拉湾东部出现强降水。降水释放的潜热在热带东印度形成了一个跨越赤道的经向环流,有利于加强赤道东印度洋的过赤道气流,并在苏门答腊沿岸形成偏南风异常。该异常偏南风通过影响混合层垂向夹卷混合过程和纬向平流过程,导致IODE海温迅速下降。随后赤道东南印度洋异常东南风迅速增强以及赤道中印度洋东风异常的出现,增强了自东南印度洋向西印度洋的水汽输送,削弱了向孟加拉湾的水汽输送,使西南印度洋的降水增强,孟加拉湾东部的降水减弱。因此,IOD达到盛期前孟加拉湾东部的降水通过局地经向环流在苏门答腊沿岸形成偏南风异常,导致苏门答腊沿岸迅速的降温,并最终导致IOD事件的发生。     

暴雨过程的物理诊断和水汽条件分析

对暴雨发生的物理成因进行了分析诊断,计算了与降水有关的各种物理量,讨论了各种物理量的特征,建立了物理模型.结论指出,随着大气环流由春末夏初向盛夏季节的过渡,松嫩流域东北冷涡暴雨过程的降水性质由初夏的连续性降水发展成盛夏的以对流性降水为主;暴雨区的水汽辐合中水汽平流的作用占有重要地位;影响暴雨的水汽分别来自西太平洋副热带高压南部低纬热带地区和孟加拉湾.两支水汽分别由西太平洋副热带高压西南侧的东南季风和西南季风直接向北方输送,或是分别向西或向东在我国南海合并再向北输送.来自孟加拉湾的水汽可追溯到印度洋赤道以南洋面,水汽先沿马克斯林高压东侧经索马里急流穿越赤道进入印度季风槽.关键是水汽最终能否输送到较高纬度的嫩江、松花江流域.     

MJO活动对云南5月降水的影响

本文分析了1979～2008年5月MJO(Madden and Julian Oscillation)不同位相上大尺度环流对流和水汽输送的异常情况及其对云南5月降水的影响。按MJO活动中心位置从西向东分为8个位相, 在不同位相上, 云南5月降水呈现出明显的差异:第4～6位相(MJO对流中心位于赤道印度洋中部至西太平洋)降水偏多, 而第7～8位相(赤道太平洋中部以东)和第1～3位相(赤道印度洋中西部)降水偏少, 其中以第6位相的降水正异常和第2位相的负异常最为显著。在MJO 1～8位相中, 对流主体从热带印度洋东移。在第1～3位相, 孟加拉湾还未形成西南向水汽输送, 而云南又处于水汽辐散区, 降水较少;第4位相时对流主体到达90°N附近, 部分对流云系向孟加拉湾北传, 并在孟加拉湾生成气旋性环流, 向云南输送水汽, 云南降水增多;第5位相时对流主体传到南海, 部分对流云系在南海北传, 同时在南海形成北传的气旋性环流;第6位相时赤道MJO对流主体虽然东移出孟加拉湾, 但孟加拉湾和南海的两个气旋性环流依然继续北传, 孟加拉湾气旋东部的西南风和南海气旋西部的东北风在云南交汇, 云南被强烈的水汽辐合区控制, 降水最充沛。第7～8位相时, 对流主体减弱, 东移到南海和西太平洋一带, 孟加拉湾转向为偏北风, 停止向云南输送水汽, 且云南处于水汽辐散区控制, 降水偏少。因此, MJO主体在东传过程中, 激发了热带对流在孟加拉湾和南海两条通道上的北传, 强盛的水汽输送和两个海区气旋环流的有利配置是造成云南5月降水的重要原因。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

台风“温比亚”影响期间山东极端降水过程水汽来源及源区贡献定量分析

利用拉格朗日后向轨迹追踪模式HYSPLIT，结合蒸发—降水诊断法及相关的水汽贡献定量分析法，分析了台风“温比亚”影响期间山东极端强降水的水汽来源及输送特征。结果表明：区域极端强降水的发生与大尺度的水汽输送和辐合密切相关；影响强降水的水汽源地主要有4个，它们分别位于印度洋→孟加拉湾→南海、低纬西太平洋、中纬度西北太平洋和中国东部；源区贡献定量分析表明，低纬西太平洋对极端降水的水汽贡献最大，中纬度西北太平洋次之，印度洋→孟加拉湾→南海与中国东部的贡献相当且均低于中纬度西北太平洋；进一步对比不同源区的水汽输送差异发现，虽然印度洋→孟加拉湾→南海初期摄取的水汽较多，但输送过程中过高的沿途水汽损耗，显著降低了其对极端降水的水汽贡献，尽管中纬度西北太平洋和中国东部地区初期摄取的水汽较少，但两者沿途的水汽损失亦小并且两者摄取的水汽在目标区实际转为降水的比例较高，因此两者最终的水汽贡献不容忽视。     

玉树地区“3.28-3.29”强降雪天气过程成因分析

利用常规地面、探空、卫星云图、各物理量场资料,对玉树地区3.28-3.29发生的一次强降雪天气过程进行了诊断分析。结果表明:500hPa高空图中,中高纬度的长波形势为两槽一脊型,低纬度南支槽发展旺盛,玉树州处在冷暖气流汇合时,易触发强降雪天气过程;高低空散度、涡度场配置为低空辐合、高空辐散,有利于降水天气过程的出现;造成此次强降雪天气的水汽来源于孟加拉湾地区,降水中心在水汽辐合最明显的地区。     

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。     

夏季对流层低层印缅槽活动初探

本文对1974—1983年夏季印缅槽活动进行普查后指出,夏季印缅槽属于印度季风槽的一部分,它的活动受南海毗邻地区热带天气系统所制约。在南半球越赤道气流进入孟加拉湾和中南半岛所形成的西南季风潮过出后期,往往是印缅槽形成的良好时期。初夏印缅槽活动与华南前汛期的暴雨有较好的相关。      

索马里越赤道气流的变化特征及其对西北地区东部夏季降水的影响*

利用NECP/NOAA再分析资料,建立了越赤道气流强度的表征指标,分析了索马里越赤道气流的变化特征及其与西北地区东部夏季降水的相关性,并从大气环流和水汽输送方面初步探讨了索马里越赤道气流对西北地区东部降水的影响。研究表明:索马里越赤道气流呈增强的趋势。夏季索马里越赤道气流强度有10、14、23 a的变化周期,且与西北地区东部降水有很好的相关性,尤其6月超过99%的置信度检验;索马里越赤道气流强盛时,东亚地区会出现异常东风,同时在欧亚大陆上空易形成西北地区东部降水偏多的500 hPa环流型,增强印度洋和孟加拉湾的水汽输送,从而造成西北地区东部降水偏多。     

石家庄的云、降水和水汽特征

应用1972~2003年石家庄17个站的云、降水资料分析了各类云的发生频率及其降水特征,结果表明:全年而言,积层混合云出现频率高,且降水概率、降水率较大;夏季积状云出现频率高,降水概率、降水率大,对两者增雨机会多。应用2000~2004年常规天气图,对造成石家庄降水的天气系统、云、降水、水汽进行分析,结果显示:西来槽、冷切变、东蒙冷涡和华北低涡出现频率较高,造成的降水次数多,实施增雨的机会多;气旋类、西南涡出现频率低,但过程雨量大,降水持续时间长,是人工增雨不可忽视的天气系统;冷涡类降水时间最短,降水强度大,对其实施人工增雨,作业时机的把握很重要。石家庄上空的水汽含量呈单峰型季节变化,空中水汽资源量明显地受到大气环流和天气系统影响。对水汽通量场分析表明,对流层中高层水汽多来自于孟加拉湾和南海,低层水汽主要来自于东海、黄海,地面近地层水汽源多为黄渤海。     

我国西南地区秋季降水年际变化的空间差异及其成因

使用1980～2010年全国站点降水资料、ERA-Interim再分析环流资料、哈德莱海表温度资料,运用聚类分析和旋转经验正交函数分解,对西南地区的秋季降水按照其年际变化规律进行分区,进而分析影响各区域降水变化的物理过程和机理。结果表明:西南地区被分为东、西两个区域。西南东、西区域秋季降水的年际变化、显著周期、旱涝异常年份、相关的环流系统都有明显差异。西南东部秋季降水主要与热带海温异常有关,受低纬度环流影响。当赤道东太平洋为暖海温异常,热带印度洋为西正东负的偶极子型海温异常时,分别激发出西北太平洋反气旋和孟加拉反气旋,共同向西南东部输送水汽,造成西南东部降水偏多。西南西部降水在秋季三个月份与不同的环流形势对应:9月降水由中南半岛反气旋输送的暖湿气流决定;10月降水受高原以东反气旋环流和孟加拉湾低槽共同影响;11月降水主要受中高纬环流异常的影响,与斯堪的纳维亚遥相关存在显著负相关。     

一次大到暴雪天气过程分析

利用Micaps中常规资料、自动站资料及物理量场分析场,对黑龙江省2012年1月31日-2月1日的大到暴雪天气过程进行分析,本次降水过程主要是由高空中纬度的短波槽与低纬度系统南支槽强冷空气合并所引起的,高空500 hPa西来的低槽、700 hPa和850 hPa切变、地面低槽等影响系统共同导致绥化大到暴雪的天气.低空从渤海海面的水汽输送也是造成大到暴雪天气的重要水汽来源.低层辐合引起强烈的上升运动,又为这次大到暴雪提供了充分的动力条件,导致我国自南到北大部都有降水天气,尤其是黑龙江省降雪比较明显.     

南印度洋偶极型海温与中国西南地区初秋降水的关系

利用1979年1月~2018年12月Hadley海表温度资料、CRU TS v4.03逐月格点降水资料,以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,对南印度洋偶极型海温与中国西南地区初秋降水的关系进行了研究。结果表明:7~8月平均印度洋海表温度EOF第二模态表现为显著的东北—西南向偶极子模态,其东北和西南两侧的海表温度呈反相位变化特征,为典型的南印度洋偶极子(SIOD)分布,其时间系数表现为30a以上的周期变化并定义为新的SIOD指数;对应7~8月SIOD正异常,西南地区9月对流活动显著增强,负异常则对流活动显著受到抑制,且SIOD指数与中国西南地区初秋降水呈较强的正相关; SIOD影响中国初秋降水的主要途径是:印度洋东北部形成的越赤道气流在孟加拉湾以南上空分为两支,其中一支经孟加拉湾和中南半岛进入中国西南地区,将孟加拉湾水汽向该地区输送,并造成水汽在该地区辐合,有利于中国西南地区降水发生。该研究结果不仅对认识南印度洋海气系统对中国降水的可能影响,还对发展西南地区初秋降水预测模型有着重要的意义。      

2008年1月中国南部低温雨雪冰冻天气特征及其与东亚大气环流异常探讨

根据NCEP／NCAR提供的1968--1996年全球逐月、2008年1月全球逐日再分析资料以及中国气象局提供的降水资料,分析了2008年1月中国南部持续低温雨雪冰冻天气期间东亚地区中低空大气环流异常特征。结果表明,乌拉尔山阻塞高压和地面蒙古冷高压是这次灾害性天气重要的冷空气源地;700hPa异常偏强的低空西南风急流以及低空急流大风速中心随时间沿急流轴的传播为此次低温雨雪冰冻天气提供了充足的动量、热量和水汽;850hPa流场西太平洋上空异常东南风、印度洋上空异常西南风以及850hPa垂直速度场中国南部大陆异常上升气流,在很大程度上影响着2008年1月中国南部的天气;赤道辐合带、西太平洋副热带高压以及南支槽的异常,致使东亚上空不仅存在异常的南支槽前西风带水汽输送和西太平洋副热带高压西南侧东风带水汽输送,还存在异常的由印度洋经孟加拉湾向中国南方大陆的水汽输送。     

2011年陕西省强秋淋天气分析

利用陕西省自动站实测的降水资料和美国国家环境预测中心提供的NECP/NCAR再分析资料,对2011年9月3—20日陕西省强秋淋天气的环流特征和动力热力学结构进行了诊断分析。结果表明：2011年的强秋淋天气具有持续时间长,累计雨量大,降水强度大,强降水日数多,气温持续偏低的特点。连阴雨期间副热带高压较常年同期强度偏强、位置偏西偏北,东亚大槽偏西,印缅槽偏强,即东亚大槽后部的偏北气流引导极地冷空气从贝湖南下至华北,同时印缅槽前和西太平洋副高西北侧的西南暖湿气流伸至115°E附近,陕西持续受冷暖空气交汇影响,出现近20d的强连阴雨天气。连阴雨期间,西太平洋副高的北抬南撤,急流在40°N附近维持和850hPa上南风的盛行都为连阴雨的形成提供了有利条件。另外,来自孟加拉湾和南海的水汽是这次连阴雨的主要水汽来源,假相当位温的高能区出现在105°E～110°E,能量锋区与此次连阴雨的雨带相对应,造成陕西省2011年强秋淋天气。     

冬季华南降水年际变化的环流特征及对前期海面温度异常响应

利用我国160站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及英国哈德莱中心的海表面温度资料，分析了华南冬季（12月至次年2月）降水年际变化的大气环流特征以及对前期海面温度（Sea Surface Temperature,SST）异常的响应。结果表明，东亚高空急流异常偏南（偏北），东亚大槽减弱（增强），天气瞬变扰动和南支槽加强（减弱），来自孟加拉湾和南海的西南风在华南形成异常辐合（辐散），从而有利于该地区降水异常偏多（偏少）。ENSO型SST异常不能完全解释华南降水异常年南支槽和低层环流特征，进一步研究表明，导致华南降水异常的南支槽和低层风场变化与热带印度洋和赤道西太平洋SST异常关系更为密切。由前期热带印度洋和赤道西太平洋构建的SST指数和华南冬季降水相关达到0.44，两者相关系数在SST指数超前1个月时达到最大，对华南冬季降水具有一定潜在预报意义。     

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。     

气候系统模式FGOALS模拟的南亚夏季风：偏差和原因分析

本文通过与观测和再分析资料的对比,评估了LASG/IAP发展的气候系统模式FGOALS的两个版本FGOALS-g2和FGOALS-s2对南亚夏季风的气候态和年际变率的模拟能力,并使用水汽收支方程诊断,研究了造成降水模拟偏差的原因。结果表明,两个模式夏季气候态降水均在陆地季风槽内偏少,印度半岛附近海域偏多,在降水年循环中表现为夏季北侧辐合带北推范围不足。FGOALS-g2中赤道印度洋"东西型"海温偏差导致模拟的东赤道印度洋海上辐合带偏弱,而FGOALS-s2中印度洋"南北型"海温偏差导致模拟的海上辐合带偏向西南。水汽收支分析表明,两个模式中气候态夏季风降水的模拟偏差主要来自于整层积分的水汽通量,尤其是垂直动力平流项的模拟偏差。一方面,夏季阿拉伯海和孟加拉湾的海温偏冷而赤道西印度洋海温偏暖,造成向印度半岛的水汽输送偏少;另一方面,对流层温度偏冷,冷中心位于印度半岛北部对流层上层,同时季风槽内总云量偏少,云长波辐射效应偏弱,对流层经向温度梯度偏弱以及大气湿静力稳定度偏强引起的下沉异常造成陆地季风槽内降水偏少。在年际变率上,观测中南亚夏季风环流和降水指数与Ni?o3.4指数存在负相关关系,但FGOALS两个版本模式均存在较大偏差。两个模式中与ENSO暖事件相关的沃克环流异常下沉支和对应的负降水异常西移至赤道以南的热带中西印度洋,沿赤道非对称的加热异常令两个模式中越赤道环流季风增强,导致印度半岛南部产生正降水异常。ENSO相关的沃克环流异常下沉支及其对应的负降水异常偏西与两个模式对热带南印度洋气候态降水的模拟偏差有关。研究结果表明,若要提高FGOALS两个版本模式对南亚夏季风气候态模拟技巧,需减小耦合模式对印度洋海温、对流层温度及云的模拟偏差;若要提高南亚夏季风和ENSO相关性模拟技巧需要提高模式对热带印度洋气候态降水以及与ENSO相关的环流异常的模拟能力。