冬半年副热带南支西风槽结构和演变特征研究

南支槽是冬半年副热带南支西风气流在高原南侧孟加拉湾地区产生的半永久性低压槽,本文从气候学角度探讨其结构和演变特征。结果表明：（1）南支槽10月在孟加拉湾北部建立,冬季（11-2月）加强,春季（3-5月）活跃,6月消失并转换为孟加拉湾槽;10月南支槽建立表明北半球大气环流由夏季型转变成冬季型,6月南支槽消失同时孟加拉湾槽建立是南亚夏季风爆发的重要标志之一。（2）南支槽在700 hPa表现明显,其槽前干暖平流的输送有利于昆明准静止锋形成和维持,槽后冷湿平流也与孟加拉湾冷涌关系密切。（3）冬季辐散环流下沉支抑制了南支槽前上升运动的发展,这时低层辐合,中层辐散,南支槽前上升运动一般只伸展到对流层中层600 hPa左右。春季随着辐散环流减弱,东亚急流入口区南侧辐散中心的出现使得垂直运动向上迅速伸展。（4）从气候平均看冬季水汽输送较弱,上升运动浅薄,无强对流活动,南支槽前降水不明显,雨区主要位于高原东南侧昆明准静止锋至华南一带。春季南支槽水汽输送增大,同时副高外围暖湿水汽输送加强,上升运动发展和对流增强,南支槽造成的降水显著增加,因此春季是南支槽最活跃的时期。     

冬半年副热带西风南支槽结构和演变特征研究

南支槽是冬半年副热带南支西风气流在高原南侧孟加拉湾地区产生的半永久性低压槽, 本文从气候学角度探讨其结构和演变特征。结果表明: (1) 南支槽10月在孟加拉湾北部建立, 冬季 (11～2月) 加强, 春季 (3～5月) 活跃, 6月消失并转换为孟加拉湾槽; 10月南支槽建立表明北半球大气环流由夏季型转变成冬季型, 6月南支槽消失同时孟加拉湾槽建立是南亚夏季风爆发的重要标志之一。 (2) 南支槽在700 hPa表现明显, 其槽前干暖平流的输送有利于昆明准静止锋形成和维持, 槽后冷湿平流也与孟加拉湾冷涌关系密切。 (3) 冬季辐散环流下沉支抑制了南支槽前上升运动的发展, 这时低层辐合, 中层辐散, 南支槽前上升运动一般只伸展到对流层中层600 hPa左右。春季随着辐散环流减弱, 东亚急流入口区南侧辐散中心的出现使得垂直运动向上迅速伸展。 (4) 从气候平均看冬季水汽输送较弱, 上升运动浅薄, 无强对流活动, 南支槽前降水不明显, 雨区主要位于高原东南侧昆明准静止锋至华南一带。春季南支槽水汽输送增大, 同时副高外围暖湿水汽输送加强, 上升运动发展和对流增强, 南支槽造成的降水显著增加, 因此春季是南支槽最活跃的时期。     

滇黔静止锋大暴雨的锋面特征及其对MCS的影响

2012年5月21—22日,贵州省出现了一次典型的Ⅲ型静止锋在南支槽的引导下锋生而触发MCS形成暴雨的过程。MCS有非线性、降水强的特征。分析发现:低层静止锋锋区强,锋生明显;锋前有高能舌及低涡切变发展,切变南侧有偏南急流。垂直方向上锋区陡峭,锋前上凸区内上升气流强,对流不稳定;南支槽及高低空系统的前倾配置是上升气流强的原因。这些锋面特征为MCS发生发展提供了有利条件:低层高能舌和低涡切变为MCS提供了热力和动力条件;偏南急流是影响MCS的重要因素。锋前上凸区是MCS发展的重要区域,锋区附近的θse场及高低空系统前倾配置利于MCS发生发展。锋前到锋区附近的水汽条件好,急流出口处的水汽辐合及上升气流为MCS和大暴雨提供了有利水汽输送。     

云南倒春寒天气过程的分析研究

利用常规观测和NCEP 1°×1°的6小时再分析资料,总结1980-2011年云南15次低温雨雪强倒春寒天气过程,得出500 hPa形势高纬为两槽一脊和横槽型,700 hPa为典型北高南低特征.重点分析2011年3月14-19日和2005年3月2-6日不同类型下两次强过程,过程中均有昆明准静止锋增强和川滇切变线南下,新西伯利亚冷空气南下自东北向西南侵入云南.前者地面强降温由中低层强冷平流引发,而后者是由低层强冷平流和高层强冷平流下传共同造成.强雨雪天气对应有深厚垂直上升运动或对流层中低层以下层存在强上升运动柱.孟加拉湾为水汽源地,强高、低空急流和其垂直耦合的次级环流输送了水汽和热量.强降雪期间,无南支槽时需要大而强的水汽通量和水汽辐合,有南支槽配合时中低层水汽通量有迅速增加过程.低层为冷层或近地面强冷平流利于降水物冷凝成雪.过程中均有强锋生作用推动锋面南下,锋面前进方向锋生函数零线对应低层850 hPaQ矢量辐合线,锋区梯度大,能量积聚多对应降雪范围大.低层等露点线有Ω型特征,露点锋抬升作用触发干湿交界面上干冷、暖湿气流交汇,露点锋和低空急流位置强度及Q矢量辐合区与云南强倒春寒降雪区有较好对应关系,地面降温幅度与850 hPa锋生函数正值强度成正比.     

2010年冬季浙江两次强降雪过程的对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,对浙江2010年冬季两次强降雪过程的环流形势和物理量场进行了分析和讨论.结果表明:两次过程都是北方冷空气与西南暖湿气流交汇所致,冷空气较强时,锋区迅速南压,降雪持续时间较短,暴雪产生在中低层切变线的风速辐合区中;而冷空气强度适中时,“冷垫”和静止锋长时间存在,降雪持续时间则较长,暴雪产生在低空急流的左前方;降雪区上空有明显的水汽通量辐合,水汽通量大值区的演变与降雪过程有较好的对应关系;低空辐合和高空辐散的配置是强降雪产生的有利动力条件,其强度越强,降雪也越强.     

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。     

东部和中部型El Ni?o事件对云南冬季降水影响的差异分析

利用1981-2017年云南125个站逐日降水观测资料和NCEP再分析资料,对比分析了两类El Ni?o事件期间云南冬季的降水差异,发现东部型El Ni?o有利于冬季云南大部地区降水显著偏多,而中部型El Ni?o的影响却不明显。进一步从两类事件相应的大气环流等方面分析了造成降水差异的物理原因。研究表明:(1)东部型El Ni?o年,Walker环流在西太平洋为异常强的下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏西,Hadley环流在20°N为异常上升气流,造成云南水汽输送和辐合加强,中高纬度巴尔喀什湖和贝加尔湖脊发展,冷空气沿高原东侧南下影响云南,冷暖空气在云南频繁交汇,导致云南冬季降水日数明显偏多,相应降水偏多;(2)中部型El Ni?o年,Walker环流在西太平洋下沉支强度较东部型弱,相应的西太平洋副热带高压较东部型偏弱偏东,Hadley环流在20°N为下沉气流,对云南区域水汽输送影响较弱,同时中高纬度环流不利于冷空气南下影响云南,除对应冬季云南东部降水日数偏少外,对其他地区降水的影响不明显。     

夏季东亚季风区Hadley环流上升支结构异常及其对长江流域降水的影响

利用ECMWF最新发布的Interim再分析资料,计算了东亚季风区Hadley环流质量流函数,并使用EOF分解、相关分析及合成分析等统计方法,分析了夏季东亚季风区Hadley环流上升支结构的异常特征及其对我国长江流域降水的影响。发现夏季东亚季风区Hadley环流上升支具有独特的双上升中心结构,两上升中心的位置分别对应东亚夏季风系统中的两条辐合带——热带季风槽及梅雨锋。上升支的主要异常模态表现为两个上升中心“跷跷板”型的反相异常。与梅雨锋对应的副热带上升中心强度与长江流域降水呈正相关关系,即当其偏强时,长江流域降水偏多,反之亦然。副热带支偏强时,低层西太平洋副热带高压偏南导致气流在长江流域异常辐合,其异常西南风水汽输送使得长江流域有异常水汽辐合,高层气流在长江流域异常辐散。同时鄂霍次克海附近阻塞活动偏强,东亚沿海地区500 hPa高度场出现“+-+”的经向异常型。这些异常型均有利于长江流域的降水。      

滇黔准静止锋锋区前后天气要素分布特征

利用Micaps常规地面观测资料,分析2001—2003年滇黔准静止锋的锋区前后总云量、风速、低云量、相对湿度、温度等天气要素的差异。结果表明：Ⅰ型静止锋锋区前后云量差异不明显,其余3种类型均是锋前总云量和低云量低于锋后;4类静止锋锋前的相对湿度低于锋后,而温度则相反,是锋前高于锋后,其中Ⅳ型静止锋锋区前后气温明显高于其余类型的静止锋,且锋区两侧的温差明显低于其余类型的静止锋;Ⅰ型、Ⅳ型锋前的南风较北风强,而Ⅱ型、Ⅲ型锋区两侧的风相当。     

东部和中部型El Nino事件对云南冬季降水影响的差异分析

利用1981-2017年云南125个站逐日降水观测资料和NCEP再分析资料,对比分析了两类El Nino事件期间云南冬季的降水差异,发现东部型El Nino有利于冬季云南大部地区降水显著偏多,而中部型El Nino的影响却不明显。进一步从两类事件相应的大气环流等方面分析了造成降水差异的物理原因。研究表明:(1)东部型El Nino年,Walker环流在西太平洋为异常强的下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏西,Hadley环流在20°N为异常上升气流,造成云南水汽输送和辐合加强,中高纬度巴尔喀什湖和贝加尔湖脊发展,冷空气沿高原东侧南下影响云南,冷暖空气在云南频繁交汇,导致云南冬季降水日数明显偏多,相应降水偏多;(2)中部型El Nino年,Walker环流在西太平洋下沉支强度较东部型弱,相应的西太平洋副热带高压较东部型偏弱偏东,Hadley环流在20°N为下沉气流,对云南区域水汽输送影响较弱,同时中高纬度环流不利于冷空气南下影响云南,除对应冬季云南东部降水日数偏少外,对其他地区降水的影响不明显。     

南海季风爆发早晚年大气环流的输送异常Ⅰ: 动力输送异常

利用NCEP逐日再分析资料,计算和分析了1949~2009年的南海季风爆发时间,并分析讨论了南海季风爆发偏早年和偏晚年大气环流的差异。结果表明:1)南海季风的爆发伴随着该地区降水的显著增加,且爆发时间在1958~1997年间呈偏早趋势。2)在南海季风爆发早年相对于晚年,中高层纬向风在青藏高原和西南太平洋西风异常偏强、孟加拉湾和南海有东风异常偏弱。3)在低层,孟加拉湾、南海和东海西风异常偏强、西南太平洋东风异常偏弱;而青藏高原北部塔里木盆地北风异常偏弱、中国中东部、南海和孟加拉湾南风异常偏弱、东海南风异常偏强。亚欧大陆、印度洋、南海和西南太平洋的大气环流异常与南海地区降水关系密切。      

1999年6月长江中下游梅雨暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和加强观测期资料,对1999年6月发生在我国长江流域的持续性梅雨期降水过程的大尺度环流特征进行了分析,结果表明:(1)1999年梅雨期,我国长江中下游强降水带状分布非常明显,强降水主要发生在长江中下游地区,强降水带呈东西向分布,并且雨带的南北边界非常清楚。(2)在对流层低层,从孟加拉湾来的西风气流和西太平洋副热带高压前缘的东南气流在长江流域维持,为此次强暴雨过程产生和发展提供了有利的大尺度条件。高空急流和低空急流的存在和维持为此次梅雨锋暴雨过程的发生提供了有利的抬升机制,而对流层中低层的中性对流不稳定特征则为持续性暴雨过程的发生提供了有利的不稳定机制。(3)梅雨锋区对流层低层的水汽辐合非常明显,水汽输送主要来自孟加拉湾和西太平洋,同时南海季风槽在向梅雨锋区输送水汽的过程中起到了非常重要的作用,它是热带海洋地区向我国内陆输送水汽的通道。(4)平均纬向风速u对流层高层出现了与高空西风急流与高空东风急流相对应的两个强风速核;径向平均风速v在400 hPa以下层次盛行南风,而在400 hPa以上的高层盛行北风;受两侧下沉气流的制约,梅雨锋降水带南北两侧存在位势不稳定层结中的不稳定能量无法释放,因此没有出现明显的降水。     

华南锋面和季风降水环流特征及加热结构对比分析

选取华南2017年5月15日两段不同系统影响的典型个例降水,基于ERA Interim分析资料和地面、雷达等观测资料,从两类降水的大尺度环境及中尺度特征方面探讨了两类降水系统的差异,并利用模式潜热廓线订正方案对两类降水个例的潜热进行反演。结果表明,季风降水主要受偏南风影响,边界层内强辐合、高温高湿,中高层（600~150 hPa）较强辐散,而锋面降水受低层锋面系统影响,对流层低层强辐合,800~300 hPa较强辐散,水汽输送深厚,斜压性结构明显,且垂直运动剧烈。除两者的辐合辐散中心、正涡度的中心以及水汽通量辐合中心和垂直运动大值中心所在的层次明显不同外,其强度也差别较明显,就垂直运动而言,锋面降水的最大值达-1.2 hPa/s,远远大于季风降水（-0.2 Pa/s）。两者的中尺度特征和加热结构也存在显著差异,季风降水中尺度雨团沿海岸线自西向东移动发展,潜热加热中心为单峰值,位于5~6 km;锋面降水中尺度雨团在一条西南-东北走向的雨带上不断向东南方向合并发展,潜热加热中心有两个,分别位于1~2 km和6~7 km。      

山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971-2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华南沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析.建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型.分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支.结果表明:在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次.暴雨的范围广、强度大.出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后.在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆.中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北.500 hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合.低层850-700 hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制.热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东.在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送.在台风登陆后12-48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入.暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨.     

An analysis of extreme intraseasonal rainfall events during January–March 2010 over eastern China

The precipitation over eastern China during January–March 2010 exhibited a marked intraseasonal oscillation (ISO) and a dominant period of 10-60 days. There were two active intraseasonal rainfall periods. The physical mechanisms responsible for the onset of the two rainfall events were investigated using ERA-interim data. In the first ISO event, anomalous ascending motion was triggered by vertically integrated (1000–300 hPa) warm temperature advection. In addition to southerly anomalies on the intraseasonal (10–60-day) timescale, synoptic-scale southeasterly winds helped advect warm air from the South China Sea and western Pacific into the rainfall region. In the second ISO event, anomalous convection was triggered by a convectively unstable stratification, which was caused primarily by anomalous moisture advection in the lower troposphere (1000–850 hPa) from the Bay of Bengal and the Indo-China Peninsula. Both the intraseasonal and the synoptic winds contributed to the anomalous moisture advection. Therefore, the winter intraseasonal rainfall events over East Asia in winter could be affected not only by intraseasonal activities but also by higher frequency disturbances.     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

福建入夏早晚异常的风场特征分析

本文以850 hPa、200 hPa月平均风场和西太平洋副热带高压脊线北抬至25°N日期资料及福建省25个代表站(县)5—7月的降水资料为基本分析素材。首先标定福建入夏异常的标准与年例,其次揭示850 hPa2、00 hPa 6月风场与异常年例的基本特征,进而探讨了对福建入夏早晚的影响关系。结果表明:在低层索马里-阿拉伯海区的越赤道气流强劲,南海至东亚低纬区域西南风偏大,西太平洋区域低纬度地区南风减弱、东风强劲,且东西风交汇区偏西;而在高层辐合区东风范围偏大,索马里-阿拉伯海区的区域东风风速强劲,青藏高原南侧和副高主体季节性位移的关键区以吹东风为主,东亚区域经向度小,位于青藏高原至我国东部区域范围内,形成一逆时针“距平”风环流;在此高低层风场特征的匹配下,有利于福建提早进入夏季;反之亦然。     

THE EFFECT OF EQUATORIAL CENTRAL PACIFIC SSTAS ON THE INTERANNUAL VARIATION OF PRECIPITATION OVER SOUTHWEST CHINA DURING SPRING

The interannual variations of rainfall over southwest China (SWC) during spring and its relationship with sea surface temperature anomalies (SSTAs) in the Pacific are analyzed, based on monthly mean precipitation data from 26 stations in SWC between 1961 and 2010, NCEP/NCAR re-analysis data, and Hadley global SST data. Sensitivity tests are conducted to assess the response of precipitation in SWC to SSTAs over two key oceanic domains, using the global atmospheric circulation model ECHAM5. The interannual variation of rainfall over SWC in spring is very significant. There are strong negative (positive) correlation coefficients between the anomalous precipitation over SWC and SSTAs over the equatorial central Pacific (the mid-latitude Pacific) during spring. Numerical simulations show that local rainfall in the northwest of the equatorial central Pacific is suppressed, and a subtropical anticyclone circulation anomaly is produced, while a cyclonic circulation anomaly in the mid-latitude western Pacific occurs, when the equatorial Pacific SSTAs are in a cold phase in spring. Anomalous northerly winds appear in the northeastern part of SWC in the lower troposphere. Precipitation increases over the Maritime Continent of the western equatorial Pacific, while a cyclonic circulation anomaly appears in the northwest of the western equatorial Pacific. A trough over the Bay of Bengal enhances the southerly flow in the south of SWC. The trough also enhances the transport of moisture to SWC. The warm moisture intersects with anomalous cold air over the northeast of SWC, and so precipitation increases during spring. On the interannual time scale, the impacts of the mid-latitude Pacific SSTAs on rainfall in SWC during spring are not significant, because the mid-latitude Pacific SSTAs are affected by the equatorial central Pacific SSTAs; that is, the mid-latitude Pacific SSTAs are a feedback to the circulation anomaly caused by the equatorial central Pacific SSTAs.     

两类华南沿海暖区暴雨特征及热力发展机制对比研究

对2009—2014年4—6月的华南沿海暖区暴雨依据低层环流进行分类:第一类为偏南向型,即珠江口以西经向性偏南向辐合线型,由东南、偏南、西南三支气流汇合;第二类为西南向型,即珠江口以东纬向性西南向辐合线型,由偏西和西南风两支气流汇合。6小时强降水统计显示,6年中偏南向型年平均73.2次,西南向型年平均50.3次。南海夏季风爆发后,两种类型发生频数均明显增加。两类低层辐合线系统对应上层的合成特征显示,500 hPa天气形势偏南向型为宽阔暖脊,温度脊落后,有较明显的暖平流,无锋区;西南向型为弱槽,中纬度温度槽落后,锋区偏北,华南位于锋面前暖区,有弱波动。两类暴雨垂直剖面上有深厚垂直速度中心伸展到400 hPa;对应强烈的辐合层为几个垂直叠置的辐合中心;均为水汽充沛,对流不稳定能量层次深厚,有较强凝结潜热释放,造成气柱增暖拉伸,加强深厚多中心辐合及上升气流,其中西南向型凝结潜热释放更强,偏南向型中高层暖平流强于其凝结潜热释放。探讨热力发展机制的数值模拟显示,凝结潜热释放对气柱增温,大大增强暴雨区垂直速度厚度与强度,并增强暴雨区低层辐合环流,减弱中层辐散环流,其影响力达到环流强度的30%~50%,有利于维持强烈对流,促进暖区暴雨的发展。      

中国南方准静止锋对冬季大范围冻雨的影响

利用1979—2016年1月逐日0.125°×0.125° ERA-Interim再分析资料及冻雨观测资料,通过个例合成等方法,探讨了中国南方准静止锋和冬季大范围冻雨的关系。结果表明:（1）中国南方大范围冻雨受昆明和华南准静止锋共同影响呈东西带状分布;（2）青藏高原东侧逆温之强,范围之广以及水汽之充沛的主要原因,一是冷空气常堆积在横断山脉以东和南岭山脉以北等中国广大的南方地区,其形成机制主要为冷平流和绝热冷却,地势较高地带非绝热冷却也较明显;二是700和850 hPa暖平流形成的暖层也十分宽广;三是850 hPa源自中国南海和西太平洋的湿平流输送;（3）500 hPa东亚大槽、700 hPa南支槽、850 hPa反气旋和地面蒙古冷高压为青藏高原东侧对流层低层极地大陆性气团与热带海洋性气团和热带大陆性气团交绥创造了必要的环流条件;（4）东亚冷空气爆发从青藏高原东侧南下,迫使近地面暖湿气团抬升形成华南准静止锋。同时,受青藏高原东部地形的阻挡产生冷空气堆积。当冷空气堆积到一定厚度向西爬上低纬高原时,又与南支西风相遇形成昆明准静止锋。由昆明和华南准静止锋形成的复杂锋面结构,伴随宽广而强烈的逆温有利于中国南方大范围冻雨的产生。