郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

基于HYSPLIT模式的济南机场一次暴雨过程的水汽输送特征分析

利用NCEP再分析资料,结合HYSPLIT轨迹模式对2018年6月25日发生在济南遥墙国际机场的一次大暴雨过程的水汽条件及输送过程进行分析。结果表明:此次大暴雨的水汽输送通道主要有3支,一支是源自对流层中层的西北气流输送,另一支是西太平洋上副热带高压边缘东南气流输送,第三支是南海上空向北的气流输送,三支通道中,西太平洋通道和南海通道对暴雨的水汽贡献最大,分别为46%和42%,来自西北通道的水汽输送相对较少,它对暴雨的水汽贡献仅为12%;进一步的分析表明,在850 hPa以下的对流层底部,来自西太平洋通道的水汽输送占据主导地位,而在700 hPa以上的对流层中层,则是来自南海通道的水汽输送占据主导地位。     

2008年初我国南方低温冻雨灾害的气候特征

根据2008年初中国南方低温冻雨灾害发生的时间和范围定义了中国南方地表气温异常指数(STAI).研究表明,STAI与欧亚大陆的中、高纬度系统和太平洋副热带高压都有很好的相关性,并且中纬度系统在中层占优,高纬度系统在低层占优.根据STAI合成的典型冷(暖)年850和500 hPa欧亚大陆位势高度异常场呈“北正南负”(“南正北负”)型,西太平洋副热带高压减弱(加强),我国南方水汽主要来源于孟加拉湾(南海).2008年STrAI的前期大气环流背景既具有典型冷年的特征:欧亚大陆位势高度异常呈“北正南负”型;又具有典型暖年的特征:西太平洋副热带高压显著增强,中国南方水汽同时来源于孟加拉湾和南海.     

潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动影响的机理研究

使用1958—2001年的中国气象局台风年鉴资料和欧洲中心再分析资料,初步揭示了潜热通量异常对西北太平洋(含南海)热带气旋活动的可能影响机理。统计分析发现,西北太平洋(含南海)热带气旋年频数与北太平洋副热带(简称关键区)的潜热通量在过去40余年中均表现为显著的减弱趋势。诊断分析表明,关键区的潜热通量通过低层信风向西的水汽输送—整个西北太平洋热带气旋活动区水汽低层辐合上升而凝结—潜热释放这一链条改变西北太平洋(含南海)大气环境场条件(包括中层湿度场、高低层涡度场和高低层散度场),进而调制热带气旋活动。使用SAMIL模式进行关键区内潜热通量加倍和减半的敏感性试验,进一步证实了关键区潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动调制作用的可能机理,而对南海热带气旋活动影响较小。由此可推断,在过去40余年中,北太平洋副热带中部区潜热通量的减弱趋势可能是造成西北太平洋(含南海)热带气旋频数下降的主要原因之一。     

袁河流域极端降水事件成因分析

利用欧洲中期天气预报中心格点再分析资料和HYSPLIT模式对袁河流域5次极端降水天气过程的平均环流背景、主要影响系统、物理量场以及降水发生过程中的120 h气块后向轨迹特征进行分析。结果发现:(1)极端降水发生时,高层袁河流域处于南亚高压东侧辐散气流中,中层副热带高压位置适中,受584 dagpm线附近的西南气流控制,低层正好处于切变线上,且有强盛的西南气流向降水区输送能量和水汽。(2)物理量场上,袁河流域附近低层辐合、高层辐散,垂直速度场、水汽分布、水汽通量散度场都有利于该区域出现暴雨天气。(3)与袁河流域一般性暴雨的平均t-lnp图对比分析可见,极端暴雨的能量条件更好,降水对流性更强,水汽条件也更为充沛。(4)袁河流域极端降水上空的水汽路径总体上可以归纳为5条。来源于孟加拉湾附近、中南半岛南部和云南南部的西南水汽路径最多,占轨迹总数的59.5%;其次是来源于我国南海的南方路径,主要位于1 500 m以下,占轨迹总数的15.0%。     

太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的长期变化(二)

本文通过统计学相关分析,讨论了西太平洋低纬地区经圈环流强度、西北太平洋副热带高压的长期变化与赤道太平洋东部海温场、热带太平洋西部—南海海温场之间的耦合关系。 结果表明,赤道太平洋东部海温异常是西太平洋低纬地区经圈环流强度长期变化的主要原因之一。赤道太平洋东部海温的异常,通过西太平洋低纬地区经圈环流强度的异常响应,影响西北太平洋500hPa副高以及南海海温的长期变化。很有可能,东北太平洋中高纬度西风带西风强度与赤道海温的遥相关,是通过西太平洋低纬地区哈特莱环流向北的角动量和热量输送而实现的。     

2021年夏季河南极端降雨水汽来源分析与西太平洋副热带高压的可能作用

为研究西太平洋海域在河南“7·20”极端降雨事件中的作用,利用海表面温度、海平面气压、位势高度和风场等再分析数据与降水观测数据,分析了2021年夏季河南极端降雨事件的水汽输送来源及其与西太平洋副热带高压多尺度变化特征的关系。数据显示, 2021年夏季河南极端降雨期间,西太平洋副热带高压偏强偏北,河南地区以东至西北太平洋中低空出现显著的东风异常和西向水汽输运。结果表明, 2021年夏季河南暴雨区中高空相对涡度、位势高度和垂直上升运动存在显著异常,从西北太平洋海域通过中低空异常东风输送的水汽是主要来源。经验模态分解结果显示,副热带高压强度指数的第二模态(intrinsic mode functions of west Pacific subtropical high, IMFWPSH)与河南地区降雨第二模态存在统计显著关系并在此次极端降雨事件中扮演重要角色。诊断分析发现,在IMFWPSH正位相期间,副热带西太平洋存在异常增强的上升运动并在中低空产生异常东风,河南地区上升气流异常增强,因此, IMFWPSH可为河南地区降雨提供重要条件。     

强热带风暴“帕卡”活动特征分析

1201号强热带风暴“帕卡”是今年在西北太平洋及南海活动的第一个热带气旋,也是自1979年以来第一个在3月份生成于南海的热带气旋.本文利用多种资料,分析了“帕卡”强度及移动路径特点,并对引起其1移动路径及强度变化的原因做了进一步分析,主要得出以下结论:(1)“帕卡”生成过程中有两次冷空气影响南海,冷空气间隙暖湿的下垫面条件和较强的水汽和能量输送是系统迅速生成的主要原因;(2)西北太平洋副高的一次短周期活动,对“帕卡”移动路径变化起着重要作用;(3)空气的冷暖交汇作用加强了风暴中心的垂直对流结构,使“帕卡”登陆时仍然维持热带风暴的强度.     

"鸣蝉"台风结构和强度变化特点

2003年第14号台风"鸣蝉"朝西北方向移到24°N以北时,中心气压下降到920hPa,近中心最大风速达60m/s,在沿125°E北上时,强度减弱很缓慢.本文对该台风的移动路径和强度变化进行分析,发现台风主要是在副热带高压和高空槽的引导下移动,路径比较规则.来自热带辐合带的深厚水汽输送通道为台风强度的维持提供了丰沛的水汽和能量.200hPa高空槽前西南急流为台风提供强流出流场.涡度场的对称分布,使水汽和能量向台风中心旋转,低层辐合加强,涡动动能得以维持,有利于台风强度的加强.弱的水平风速垂直切变和暖洋面的加热作用,也是台风维持的原因.     

2021年西北太平洋和南海台风活动概述

利用中央气象台台风实时业务资料、自动气象站观测资料以及卫星云图等对2021年西北太平洋及南海台风活动的主要特征和影响我国台风的路径、强度及风雨影响进行分析和回顾。结果表明:2021年西北太平洋及南海台风生成个数偏少,生成源地整体偏西;台风强度偏弱,但有多个台风出现了快速增强,其中台风“烟花”“灿都”的24 h强度增幅达40 m·s^-1,为近30 a少见;2021年先后有5个台风登陆我国,另有2个台风影响我国。在登陆台风中,4个登陆华南的台风强度均弱于历史平均值。所有登陆台风在登陆后的维持时间都明显高于历史均值,特别是台风“烟花”为历史上登陆华东后维持时间最长的台风,给我国带来了严重的灾害影响。     

0418号"艾利"台风暴雨过程的数值模拟

本文利用中尺度MM5模式模拟了0418号“艾利”台风造成闽东北强降水的一次物理过程．模拟结果表明：充沛的水汽和强烈的上升运动是造成台风暴雨的直接原因，降水与850hPa涡度场、散度场有较好的对应关系．基本流场存在二次切变时，横渡型扰动会激发产生并且发生不稳定，从而导致暴雨天气的产生．台风附近相当位温密集陡峭和CAPE值的突增表明台风有加强的可能，CISK和涡旋Rossby波的传播是可能的机制．水汽的敏感性试验结果表明：水汽变化会影响台风的强度和降水的强度，水汽的微小变化可造成降水极大的变化，但对台风的位置影响不大．     

“罗莎”台风造成浙江特大暴雨的过程分析

0716号台风"罗莎"于2007年10月7日下午15:30在浙江省苍南县霞关镇附近的浙闽交界处登陆。受"罗莎"台风的影响,浙江省出现暴雨到大暴雨,过程平均降雨量全省达163.0mm。利用NCEP/NCAR1°×1°再分析格点资料、浙江省自动站降水数据和MICAPS的Ki与Ky指数资料(浙江省部分),对由0716号台风"罗莎"造成的浙江大暴雨到特大暴雨过程的大环流天气形势演变、动力条件、水汽输送及物理量特征等进行诊断研究。结果表明,在10月6～9日"罗莎"台风影响浙江期间,欧亚500hPa中高纬度为平直环流,乌拉尔山以西为高压脊,从河西走廊至中原地区有一移动性冷槽,西太平洋副热带高压逐渐加强,呈东西向带状,位置偏北强度偏强,江淮以南地区为副热带高压控制,脊线位于30°N附近;在对流层中、低层(气压为700hPa、850hPa)有明显的冷温槽,途经河西走廊、河套地区、江淮和长江中下游地区,7日14时至8日14时地面冷锋与"罗莎"台风倒槽在浙江相互作用,形成了台风外围受冷空气侵入的特定环境场,为浙江大暴雨到特大暴雨的形成创造了条件。"罗莎"台风螺旋云带中含有大量水汽从东海向浙江大陆输送,10月6日20时至8日14时,从东海到浙江大部出现强的水汽通量大值区,最大水汽通量出现在10月7日02时低层(气压为850hPa),中心为40g/(s.hPa.cm)以上的水汽通量大值区出现在东海,低层高含水量从东海向浙江陆地持续输送,时间长达42h,为本次大暴雨到特大暴雨提供了有利的水汽条件,诊断得出,大气柱可降水量达65kg/m2时可出现大到暴雨,大气柱可降水量达70kg/m2时可出现特大暴雨。从流场、散度场和垂直速度场发现,台风环流区域内低层的强上升运动为本次大暴雨到特大暴雨提供了上升运动的促发机制,高层辐散区与中低层台风北侧倒槽强烈辐合区叠加,使得中低层的辐合更为强烈,这都有利于台风北侧暴雨的维持和加强;台风环流域内的垂直上升运动区有一个"增厚"过程。分析温度平流发现,6～8日在浙江上空(气压为550hPa以下),有明显的冷暖平流交汇,冷空气进入台风外围与台风携带的暖湿空气相遇,台风环流呈西冷东暖状态,加上低层的辐合机制,促使斜压对流不稳定能量的加大,并释放出最大有效的位能,使得大于35℃的Ki指数和4～6个单位的Ky指数高值区覆盖浙江全省,造成大气强烈的上升运动,导致台风倒槽降雨量的加强。     

1949—2019 年影响山东的热带气旋时空分布及极端降水和大气环流异常

使用中国气象局热带气旋资料中心的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料提供的月平均数据,对北上影响山东的热带气旋（tropical cyclone,TC）及其造成的极端降水进行统计分析,并揭示了有利于 TC北移影响山东的大气环流特征。结果表明：影响山东的 TC主要出现 于 6—9 月,其中盛夏时节（7、8 月）TC对山东影响最大;TC影响山东时,强度主要为台风及以下等 级,或已发生变性;TC会引发山东极端降水事件,TC极端降水多出现在夏秋季（7—9 月）,其中8月的占比最大,9月次之,TC降水在极端降水事件中的占比约为 10%,但年际变化大,有些年份占比达60%以上,特别是1990 年以来 TC对极端降水的贡献显著增强;影响山东的 TC主要生成于西 北太平洋,多为转向型路径;当500 hPa位势高度异常场呈太平洋一日本遥相关型的正位相时,TC更易北上影响山东,此时西北太平洋副热带高压位置偏北,其外围气流会引导TC北上转向,对华东地区造成影响;850 hPa上,南海至西北太平洋存在异常气旋式环流,对流活跃,夏季风环流和季风槽加强,有利于TC的生成和发展,同时,华东、华南上空有异常上升运动,涡度增大,垂直风切变减小,水汽充沛,TC登陆后强度能得到较好的维持。     

2023年夏季海洋天气评述

2023年夏季（6—8月）大气环流特征为：北半球极涡呈偶极型分布,极涡强度较常年偏弱,欧亚地区及西北太平洋500 hPa槽脊位置与常年相近,副热带高压较常年平均偏西且略偏南,强度偏强,范围偏大。6 月,我国东部和北部近海海域出现3次海雾过程,7月和8月无大范围海雾过程。西北太平洋和南海生成台风10个,个数较常年同期偏少,平均极值强度显著偏强。6月生成1个远海转向台风;7月生成3个台风,其中2个台风登陆我国;8月台风活动频繁,生成台风6个,其中有2个在9月登陆我国。全球其他海域有20个编号的热带气旋生成。我国近海出现6次8级以上大风过程,其中热带气旋影响5次,江淮气旋入海影响1次。浪高超过2.0 m 的大浪过程发生12次。西北太平洋和南海海面温度较常年平均偏高,台风活动对海浪和海面温度分布影响显著。     

2021年夏季海洋天气评述

2021年夏季（6—8月）大气环流特征为：北半球极涡呈单极型分布,主体位于北冰洋上空偏向西半球,强度较常年偏强;东亚地区以纬向环流为主,副热带高压较常年平均略偏西偏南。6月,北部海域温度较低,黄渤海海雾天气多发。7月,西南季风推进,热带气旋活跃。8月,副热带高压增强西伸,热带气旋活动频次偏少。夏季共有7次海雾过程,其中6月有4次,7月有3次。我国近海出现了9次8级以上大风过程,其中热带气旋大风过程6次,温带气旋入海影响的大风过程3次。浪高在2 m以上的海浪过程有10次,2 m以上大浪的天数共计38 d。我国北部及东部海域升温明显,从北到南的海面温度梯度减小。西北太平洋和南海有9个台风活动,其中台风“烟花”造成近海一次范围广、时间长、风力大的大风过程。     

南海北部冬季水温垂直结构的重要特征

在论证广东外海冬季存在着一支逆风流动的海流——“南海暖流”时,我们曾经指出:南海北部在北回归线附近,冬季在100—200米层上出现了一个温度负梯度带,它与北太平洋西部相同纬度和层次上所出、现的次表层热锋——“副热带辐聚”,具有同样的热结构。并指出,正如次表层热锋与副热带逆流的关系一样,这种负梯度带的存在与南海暖流也是密不可分的。     

2018年8月西北太平洋热带气旋频数异常的成因分析

基于中国气象局"CMA-STI热带气旋最佳路径数据集"、欧洲中期天气预报中心ERAInterim逐月再分析资料,利用1979-2018年热带气旋生成指数中与西北太平洋海域(包括南海海域)8月TC生成频数相关性较好因子,定量分析了2018年8月环境场因子异常的情况与可能原因,并讨论其影响该月台风数量异常偏多的物理机制。结果表明:850 hPa相对涡度和600 hPa相对湿度与西北太平洋海域8月TC生成频数的相关关系最好。2018年8月,相关较高区域的850 hPa相对涡度与多年平均值最大正距平达0.25×10-4/s,600 hPa相对湿度高于多年平均值8%~10%。2018年8月,西北太平洋副热带高压(副高)位置偏西偏北、北印度洋至我国南海大范围海域西风正异常、南海海域经向风正异常、水汽通量正异常,以及季风槽的位置决定了850 hPa相对涡度因子和600 hPa相对湿度因子正异常的出现,触发对流活动的增强,并通过风驱动海面热量交换机制为TC中潜热释放提供所需的能量供应,最终导致TC生成频数偏多。     

0604号台风"碧利斯"持久不消及造成云南暴雨成因分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°6h再分析资料对0604号台风"碧利斯"登陆后持久不消及其造成云南暴雨的成因进行分析.其结果表明:两高间强而宽广的辐合带和西南急流增强使台风低压在陆上连续5d不消,副高、西南急流在低压区形成的最大风速中心位置决定台风低压移动方向.此次云南台风暴雨是在台风减弱低压主导作用下,激发强不稳定能量释放、产生强对流,形成利于垂直运动深厚发展伴有强抽吸作用的暴雨动力结构,孟加拉湾水汽源源不断向云南上空输送,经低层强水汽辐合抬升凝结而造成的.影响云南500hPa低压干位涡涡源中心值越大地面降水越强,850hPa干、湿位涡可提前12h预示台风减弱、移动方向的信息.     

2022年西北太平洋和南海台风活动概述

利用中国气象局热带气旋最佳路径等资料,对2022年西北太平洋及南海台风活动的主要特征和影响我国台风的路径、强度及风雨影响进行分析和回顾。结果表明：2022年西北太平洋及南海台风生成个数与常年持平,台风总体强度偏弱,生成源地显著偏北;登陆台风个数偏少,登陆强度偏弱;有3个台风集中在广东西部登陆,另外强台风“梅花”是1949年以来首个4次登陆不同省份的台风。全年多台风事件频发,共存的台风共计有11组,历史罕见。2022年台风灾害影响较轻,夏台风偏少,秋台风活跃。     

3月份在南海生成的1201号强热带风暴“帕卡”的移动特征及成因分析

1949 ～2011年中国气象局台风年鉴资料统计结果表明,在南海生成的热带气旋,1、2月份仅在1965年出现1次,而3月份没有热带风暴强度级别以上的热带气旋生成,1201号强热带风暴“帕卡”是首个3月份在南海生成的强热带风暴,本文指出“帕卡”具有生成时间偏早、移动速度慢等显著特征,其平均移动速度仅为1.6 m/s.利用Nino 3.4区3月表层水温滑动平均资料、分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料、分辨率为1°×1°的NOAA OI表层水温资料,分析了“帕卡”生成原因,结果表明2011年秋冬季拉尼娜事件引起次年3月赤道西北太平洋及南海表层水温较多年平均偏高,其中南海中部表层水温较多年平均偏高0.5℃以上;3月份副高脊线偏北,弱冷空气南下产生的冷涌作为CISK的启动源;南海中南部上空对流活跃,跨赤道气流强劲;低层垂直风切小于5 m/s等有利因素促进了“帕卡”生成.分析结果为春季热带气旋的预报提供有意义的参考.