副热带高压中心区域内云和降水气候特征研究回顾与展望

囿于副热带高压(简称副高)中心区域下沉运动不利于成云致雨的传统认识,迄今有关副高中心区域内云和降水过程的研究甚少。基于此,回顾了目前利用卫星遥感观测结果而开展的与之相关的研究成果。对这些研究的主要结论归纳如下:(1)副高中心区域内总云量可达30%以上,夏季副高中心区域以层积云为主(云量14.92%),高层云和卷层云的平均云量均不及5%,卷云的平均云量为12.13%;(2)副高中心区域内云的短波辐射强迫(82.19 W·m~(-2))加热地气,长波辐射强迫(22.28 W·m~(-2))冷却地气;(3)副高中心区域内四季均存在上升运动及降水,西太平洋副高中心区域内冬、春两季日均降水量为1.5 mm·d~(-1),夏季达2.0 mm·d~(-1),夏季北美南部至大西洋、北非的副高中心区域内日均降水量达3.0 mm·d~(-1)以上,其对局地降水的贡献率超过或接近50%;(4)副高中心区域内降水频次与上升运动频次有着准线性对应关系。     

1981~2018年青海夏季极端降水时空演变及成因分析

采用青海省41个国家地面气象站6~8月逐日降水资料和ERA-Interim0.5°×0.5°逐月再分析资料,分析了1981~2018年青海夏季极端降水的时空变化特征及天气学成因。结果表明:8月和夏季极端降水频次均呈显著增加趋势,75%以上站次的最大日降水量、极端降水阈值和极端降水频次均呈增加趋势;极端降水频次与海拔高度之间、最大日降水量与500hPa比湿、500hPa位势高度、近地面温度之间均存在显著的正相关;以极端降水高发年8月的大气环流场为例,200hPa高空急流扩展到70°~100°E,100hPa高度正距平超过3.2hPa,高层冷高压发展异常偏强,500hPa青藏高原温度和高度距平异常偏高,上游区域扰动能量辐合强度达?1×10?6m/s2,高发年水汽异常增强,比湿最大正距平超过0.4g/kg,上升运动异常扰动和正涡度异常扰动强度均明显偏强,其特征有利于极端降水的产生。      

1951—2017年榆林市区夏季降水量年际变化特征分析

基于1951—2017年榆林国家基本气象观测站逐日降水数据和NCEP/NCAR逐月大气再分析资料,分析了榆林市区夏季降水量的年际变化特征,研究了降水异常时对应的环流特征。结果表明：榆林夏季平均降水2475 mm,最多达516 mm,最少仅621 mm;年际变化上存在显著的3 a和8 a左右周期;夏季降水量主要与大雨及以上降水日数和降水频次有关。榆林降水异常的合成分析（正异常值减去负异常值）发现：榆林夏季降水偏多年,500 hPa高度场贝加尔湖南为负距平,亚州大陆东岸为正距平;100 hPa我国东部正距平;相应的对流层低层700 hPa高原东侧为偏南距平风,对流层水汽通量在河套北部有明显的辐合中心。表明贝湖低压偏强,西太平洋副热带高压偏强,脊线位置偏北是榆林夏季降水偏多的主要环流特征。     

夏季南亚高压东西振荡特征研究

用合成分析方法讨论夏季南亚高压东西位置异常时东亚地区高低层环流特征和垂直环流特征，结合大气环流的这些特征讨论了南亚高压东西位置异常对我国东部降水的影响，最后对南亚高压位置异常与海温异常的关系进行了研究．结果表明，南亚高压与500hPa西太平洋副高存在“相向而行”和“相背而去”的关系；南亚高压偏东年850hPa距平风合成表明西太平洋副高增强西伸，长江流域存在距平风的辐合，导致长江流域降水偏多；偏西年西太平洋副高减弱东撤，长江流域为距平北风控制，使得长江流域降水较少。南亚高压偏东（西）年高原西部和我国长江流域上升运动较强（弱）。前期冬季赤道中东太平洋海温偏高（低），则夏季南亚高压的位置易偏东（西）。前期冬季到同期夏季印度洋海温偏高（低），夏季南亚高压偏东（西）。     

基于星载测雨雷达探测的亚洲对流和层云降水季尺度特征分析

利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达10年探测结果,就季尺度亚洲对流降水和层云降水的降水频次和强度及降水垂直结构的特点进行了研究.结果表明春、秋、冬三季东亚季平均降水环西太平洋副热带高压呈带状分布,雨强一般不超过10 mm/d;夏季,沿孟加拉湾、中国西南、中国东部至日本的大片雨区中出现了大于12 mm/d强降水;亚洲陆面对流和层云降水强度均弱于洋面.亚洲山地强迫不但可引起迎风坡上千公里长度的高降水频次和强降水带,而且导致其下风方向降水频次减少.季尺度降水频次分析表明,亚洲大部分地区对流降水频次小于3%;而层云降水频次一般大于3%,最高可超过10%;副热带高压南侧及西南侧的热带地区对流和层云降水频次均高于副热带高压北侧及西北侧的中纬度地区;降水频次的区域分布还表明,春季中南半岛至中国华南及南海南部对流活动多于同期的印度次大陆.季平均对流和层云降水廓线的季节变化主要表现为"雨顶"高度的季节变化,即降水云的厚度变化;两类降水平均廓线季节变化的区域性差异表明,热带外地区较热带地区显著、陆面较同纬度洋面显著、孟加拉湾比南海显著,而南海和西太平洋暖池无明显的季节变化.此外,降水结构的剖面分析还表明对流降水存在4层结构、层云降水存在3层结构.     

欧亚中高纬冬季地表感热异常与中国西北东部夏季降水的可能联系

利用1979—2012年NCEP/DOE月平均地表感热通量再分析资料、西北东部156站夏季降水日资料,分析了欧亚大陆中高纬(61°N—67°N,53°E—68°E)冬季地表感热通量对我国西北东部夏季降水的影响。结果表明,当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏大时,春、夏季地表向大气输送感热值也偏大,引起了夏季500 hPa乌拉尔山阻塞高压加强,蒙古低压加深,西北太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西,西风急流位置偏北,南亚高压呈东部型;对流层中低层表现为异常上升气流,同时有水汽的辐合,西北东部位于副高外围和蒙古低压底部,大气环流场的变化导致中国西北东部夏季降水偏多。当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏小时,春、夏季地表向大气输送感热值偏小,引起相反的夏季大气环流异常,使得中国西北东部夏季降水偏少。     

近50年川渝盆地夏季降水多尺度变化特征

利用1961-2010年川渝盆地气象站逐日降水量资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数展开、多锥度—奇异值分解等方法,研究了川渝盆地夏季降水的季节内尺度、年际尺度和年代际尺度变化特征。结果表明:川渝盆地夏季降水主模态空间型为东西反向分布型。MTM-SVD分析指出,川渝盆地夏季降水的季节内变化主要表现为准33天振荡,典型循环体现了盆地东西反向分布和南北反向分布的交替演变过程;川渝盆地夏季降水的年际变化特征主要表现为准2年周期循环,并且准2年周期的空间异常分布与盆地夏季降水主模态一致,即东西反向分布;在年代际变化方面,1961-2010年盆地西部夏季降水为减少趋势,盆地东部为增多趋势;川渝盆地夏季降水在1979年和1987年前后出现过两次明显的突变;当南亚高压偏北偏东时,西太平洋副热带高压(下称副高)偏北,盆地东部在副高的控制下,盆地西部则处在副高西部边缘,来自孟加拉湾的暖湿空气被副高阻挡在盆西,导致盆地降水西多东少,而当南亚高压偏南偏西时,副高偏南,来自孟加拉湾的西南暖湿空气可以直接输送到盆地东部,盆地降水西少东多。     

江淮流域夏季低频降水的前期预报信号

基于ERA-Interim逐日4时次再分析资料和753站逐日降水资料,对1980—2013年江淮流域夏季降水特征进行分析,探究江淮流域夏季低频降水的前期预报信号,结果表明:1)江淮流域夏季降水受10～30 d低频振荡影响显著,10～30 d低频分量在江淮流域夏季降水中占较大比重。2)200 hPa上,低频降水过程发生前9～6 d有低频反气旋(低频气旋)自青藏高原东北部向中国东部移动。500 hPa上超前低频降水过程9 d至低频降水过程发生时有西太副高自东向西(自西向东)移动至中国东部沿海地区,热带地区负(正)低频OLR中心不断向北移动,最北端到达江淮流域并达到最强,进而促进(抑制)江淮流域低频降水的发生。3)青藏高原预报信号能够有效补充西太副高及热带OLR信号的不足,将青藏高原信号、西太副高信号及热带OLR信号作为综合预报因子对江淮流域降水进行预报,对仅依赖低纬度地区信号进行降水过程预报的准确率有较好改进作用。     

中国东部夏季主要降水型与高原春季热力因子间的关系

采用中国地面气象观测站2 474个站的降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,利用经验正交函数展开、相关分析和小波分析等方法,探讨了中国东部夏季主要降水型与春季高原大气视热源之间的可能相关特征,并初步分析了前春高原大气加热对东部夏季降水异常分布的影响机制。降水EOF分析表明,中国东部夏季降水主要分为:华南—江淮型和长江中下游型;相关和周期分析表明,300 hPa和400 hPa高原南部地区、500 hPa高原北部地区视热源与华南—江淮降水型之间相关显著,3个区域视热源均与华南降水呈负相关,且与江淮降水呈正相关;200 hPa高原偏北地区、500 hPa高原东部地区视热源与长江中下游地区降水呈负相关,而500 hPa高原西部地区视热源则与长江中下游降水呈正相关关系。以上春季高原不同高度关键区域的视热源可为预报夏季降水提供重要判据;从视热源与各个降水中心的相关特征可见,春季高原上空视热源加热场结构会影响中国东部夏季雨带南北位置的分布情况。由春至夏高原加热的"气泵"作用,使得由孟加拉湾和南海地区水汽输送经高原东部地区后,折向东输送至中国大陆东部地区。加热偏强时,水汽向北输送分量加强,雨带偏北,降水"南少北多",反之亦然。     

陕西黄土高原短时强降水时空分布及环流特征

利用2004—2018年陕西榆林、延安市所辖25个国家气象站逐小时降水量及年降水量,分析了陕西黄土高原短时强降水的时空分布特征和雨强特点。结果表明：（1）短时强降水最早出现在5月上旬,最晚在10月中旬,6月下旬至8月下旬是集中出现时段,占总频次的89%,其中7月下旬出现最多;短时强降水出现频次和日数的年代际变化呈阶梯上升趋势,并有较大的年际差异,有3 a左右的周期变化。（2）短时强降水以单站和局地强降水居多,单站强降水占短时强降水总日数的64%,局地强降水占22%。（3）短时强降水的日变化表现为17时最多,10时最少,下午（14—19时）为高发时段;大多数短时强降水时间尺度为1 h以内,占总频次的92%;雨强以20～39.9 mm/h最多,占总频次的93%,雨强≥50 mm/h的极端强降水偶有出现。（4）短时强降水的空间分布有2个高中心,分别是无定河流域和洛河流域,无定河流域的吴堡雨强最大达73.5 mm/h。（5）多强降水年（强年）和少强降水年（弱年）的环流形势对比发现,强年500 hPa副高偏强,584 dagpm线在黄土高原形成槽区,中高纬度经向热力差异较大,200 hPa急流偏强,700 hPa南支气流偏强,西南和东南两条水汽通道到达陕西黄土高原,Δθse(850-500)达到10～12 ℃,而弱年上述特征不明显。     

Seasonal Characteristics of Precipitation Occurrences in the Core Area of the Subtropical High

Based on the National Centers for Envioromental Prediction（NCEP）Reanalysis 2 daily data and the Global Precipitation Climatology Project（GPCP）1 Degree Daily（1DD）precipitation data from 1997 to 2006,seasonal characteristics of precipitation occurring in the core area of the subtropical high（STH）were investigated by the frequency analysis method.The results indicate that precipitation occurs in the core area of the STH in each season,which is inconsistent with the common knowledge.In summer,there exists 40%–80%of the precipitation frequency in the STH,against less than 50%in other seasons.Generally,the seasonal mean rain rate inside the STH is about 1–2 mm day -1 in winter and less than 4 mm day -1 in summer,which contributes to about 30%–90%of the local total precipitation.In summer,such a contribution is about 50%–90%,and it is less than 40%in other seasons.Statistically,the occurrence frequency of the updraft within the core area of the STH varies from 25%to 75%in summer and less than 25%in other seasons. The results also reveal that there is about 30%of the STH frequency over the eastern China in summer, and the corresponding precipitation and updraft frequencies are 25%and 15%respectively.This is the so-called unique precipitation pattern in summer in eastern China,i.e.,precipitation is controlled by the core of the STH. Additionally,more than half of the precipitation occurring in the STH is accompanied with updraft at 500 hPa while less than half is with downdraft at 500 hPa.The former may represent deep precipitation whereas the latter may hint shallow precipitation in the core area of the STH.     

西北太平洋副高东西变动与西南地区降水的关系

西北太平洋副热带高压（简称副高）位置的异常变动对东亚和中国气候有十分重要的影响。为进一步认识副高东西变动对中国西南地区降水的影响,根据东亚—西北太平洋地区高低层大气环流的季节特征,选取700 hPa不同关键区区域平均相对涡度定义了一个新的表征副高位置东西变动的VORT指数。分析发现:该指数不仅能客观定性地表征副高反气旋环流位置的东西变动,而且能反映副高与东亚经向环流变化的关系,副高偏东（西）时,东亚呈负-正-负（正-负-正）经向异常波列。与其他副高指数相比,该指数能较好地反映夏季中国东部雨带位置的季节性移动,并与西南地区降水呈显著相关,对西南地区降水变化有指示意义。其中,6月和7月的相关非常显著,副高偏西时,6月四川西部和南部、云南中北部地区降水偏少,贵州大部降水偏多;7月四川北部和东部、贵州东北部降水偏多,而云南中部和西北部降水偏少,反之亦然。进一步分析还发现,副高与海温的关系与副高活动的位置有关,副高越偏北,与海温的关系就越弱。     

海温与中国黔东南季降水的相关分析

采用相关分析法分析了1960—2006年黔东南各季降水与海表温度SST的关系。结果表明:不同区域SST与不同季节降水的相关时间、相关程度有较大差异。印度洋B区和NINO W区SST对中国黔东南地区降水影响显著的月份较多,中、东太平洋SST与秋、冬季降水影响显著。春、冬季降水与印度洋B区和NINO W区SST相关最为显著;夏季降水与黑潮A区SST相关最为显著;秋季降水与中、东太平洋的NINO 3.4区和NINO综合区SST相关最显著。ENSO暖事件与发生年冬季和结束年秋、冬季以及结束年的翌年春、夏季降水关系较为密切,ENSO冷事件与发生年的冬季和结束年的秋季降水关系较为密切。     

北非高压的气候特征及其对中国夏季降水的影响

以北非高压的5个指数为基础，分析了北非高压的气候特征：北非高压强度越强，范围越广，东伸越明显且脊线偏南，反之偏西偏北；北非高压的强弱趋势、南北位置和东西位置具有显著的季节变化，其中5月下旬和6月下旬有两次明显的跳跃，在时间上比西太平洋副高两次北跳提前2-3候。北非高压对中国夏季降水影响主要表现为我国东部地区以长江为界的南北降水具有反相分布特点，西藏高原上东、西部降水存在相反分布。最后，讨论了北非高压与西太平洋副高及东亚环流的关系，发现：两个高压的强度、范围和南北及东西位置的变化趋势基本一致，从西亚到太平洋呈现正、负、正的波列分布特征。这种特征组成了亚洲地区纬向型的遥相关分布，这可能是造成中国夏季降水时空分布的原因之一。     

嘉兴夏季降水与副高的年际年代际变化关系分析

为了定量描述副高变化及其与嘉兴夏季降水的关系,在500 hPa高度场上选择一个特定的关键区定义了一个副高指数,分析发现该指数既存在大于45年周期、准9~16年的年代际变化周期,也存在4年和准2年的年际变化,与降水间存在很好的相关关系,可以作为预测降水的一个重要因子。嘉兴夏季降水与西北太平洋副热带高压在1980年前后发生了一次同期的年代际尺度跃变。1980年以前,副高强度明显偏弱,主体偏东,嘉兴夏季降水偏少;而1980年以后则反之。     

云南地区季降水量和气温的潜在可预报性分析

利用云南地区42年气候资料,使用低频白噪声延伸法和方差分析方法,估计了该地区季节降水量和季节气温的气候噪声方差和潜在可预报性。分析结果表明：（1）云南季降水量的气候噪声方差随着季节降水量的增加而增加,空间上主要是由南往北减小,夏季降水量的气候噪声方差显著大于其他季节,季气温的气候噪声方差则随着季节气温的减小而增加,空间上春、冬季由东往西减小而夏、秋季由南往北增加;冬季气温的气候噪声方差显著大于其他季节;（2）云南季降水量和季气温的潜在可预报性同样具有显著的季节变化和空间变化,云南春季的降水量和气温的潜在可预报性均显著大于其他季节,夏季降水量和气温的潜在可预报性均较其他三个季节小;春、秋季降水量潜在可预报性西部大于东部,夏季北部大于南部,冬季则是南部大于北部,云南季气温除夏季外均是西部大于东部。（3）季风和冷空气活动可能对云南地区的季降水量和气温的潜在可预报性有重要影响。     

星载测雨雷达探测的夏季亚洲对流与层云降水雨顶高度气候特征

利用热带测雨卫星测雨雷达的10年探测结果,对夏季亚洲对流降水与层云降水雨顶高度分布、雨顶高度与地表降水强度的关系、雨顶高度日变化特征进行了研究。结果表明,青藏高原和中国东部平原的多数(70%以上)对流降水雨顶高度分布在8—12和5—10km,其他地区分布在5—9km;陆面对流降水雨顶平均高度高于洋面。洋面和陆面层云降水雨顶高度没有明显差异,多在5—8km。夏季亚洲浅对流降水比例少,而深厚对流主要出现在中国东部平原、西南、印度次大陆西部至伊朗高原东部地区,比例约40%。洋面和陆面的弱对流降水的雨顶平均高度在7—8km,弱层云降水相应的雨顶平均高度多小于7.5km;陆面约90%的强对流降水雨顶平均高度在9km以上,而强层云降水雨顶的平均高度通常不超过8.5km。夏季亚洲对流降水和层云降水的雨顶平均高度均随着地面平均降水率的增大而升高,两者遵从二次函数关系。对流降水及层云降水频次、强度和雨顶高度的日变化峰值分析表明,陆面这些参量的日变化强于洋面,并且三者的日变化基本同步。     

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。     

2012年华南前汛期降水特征及环流异常分析

2012年华南前汛期于4月第2候开始,6月第5候结束。前汛期降水经历了三个不同的阶段：第一阶段是4月第2候至5月第3候的降水集中期（锋面降水）,江南大部和华南大部降水偏多25％以上,第二阶段是5月第4候至6月第2候的少雨期,华南中部和东部降水偏少50％以上,第三阶段是6月第3—5候的第二个降水集中期（季风降水）,江南东南部至华南中西部降水偏多50％以上。对各阶段大气环流距平场的分析结果表明：华南前汛期开始后,偏强的乌拉尔山高压脊导致南下的冷空气偏强,偏强的低层副热带高压使得我国南方为整层水汽输送的异常辐合区,两者共同导致华南前汛期第一阶段的锋面降水较常年同期偏多;南海夏季风在爆发后偏弱和西北太平洋副热带高压（以下简称副高）持续3候异常偏北是导致第二阶段前汛期降水明显偏少的主要原因;第三阶段,南海夏季风异常偏强,副高南落并增强,以及孟加拉湾季风槽的偏强使得华南前汛期此阶段的季风降水偏多。