南方地区连续暴雨过程扰动能量的积累和传播分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年5月26日—6月18日我国南方地区连续暴雨过程期间波包传播和积累进行分析与研究。由中低层500 hPa和700 hPa高度场的波包分布特征分析可知,强降水过程产生期间,绝大部分发生强降水的地区均是波包大值区,扰动能量的积累和释放与降水过程的发展有一定对应关系。扰动能量的发展和积累与强辐合区内不稳定能量的输送也有较好的对应。波包值的经向和纬向传播特征表明,在强盛的西南季风背景下,这次南方地区连续暴雨过程的扰动能量主要来自孟加拉湾地区,在降水期间有源源不断的波包由该地区向降水区域传播;西太平洋副热带高压(简称西太副高)所处的高值区范围偏南,有利于副高北侧西南气流扰动能量的传播;高原地区的扰动能量对降水也有重要影响,南支锋区扰动异常活跃。中低层扰动能量的传播、积累及频散与降水的发生、维持及结束有着紧密的联系。     

一次华南季风低压连续性暴雨过程的诊断分析

利用NCEP的FNL再分析资料、广东省区域自动站观测资料等,对2018年8月27日到9月1日发生在广东省的一次季风低压连续性暴雨过程的大气环流形势以及持续性降水的物理机制进行分析。结果表明:在高层辐散环境条件下,低层季风低压的长时间维持,为强降水提供有利的环境条件。低层的不稳定能量以及深厚的垂直上升运动,为持续性的强降水提供了有利的动力条件。暴雨期间,来自南海地区的暖湿气流为暴雨区带来了充足的水汽;暴雨区域的水汽总收支为净流入,其中南边界为强的水汽流入边界,西边界的水汽流入弱于南边界,北边界和东边界为水汽输出,经向的水汽辐合是暴雨区水汽辐合的主要贡献者。     

对流层中层大气能量转换特征与暴雨激发和维持的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2 513个测站逐日降水资料,分析了2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程中对流层中层大气风场动能和势能的相互转换和分布特征。结果表明,在暴雨迅速发展阶段,受环流形势和地形等条件的影响,动能能量转换成驻波形式的波动势能;在强降水维持并减弱阶段,动能和势能之间的转换趋于平缓。在整个暴雨过程中,强降水区与500hPa风场能量大值区分布基本一致。此外,台风"黑格比"也为此次暴雨过程提供了必要的水汽。     

2005年3月西藏强降雪过程的波包分布及传播特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,采用波包传播的诊断方法,对2005年3月24—25日发生在西藏中东部地区的强降雪过程中波包的传播和积累特征进行分析,发现500hPa高度场波包分布特征与强降雪产生的区域有着较好的对应关系,在强降雪产生的时段内,高度场扰动能量有着明显的积累和增强。从波包的传播特征来看,受印度洋和孟加拉湾低值系统活跃的影响,来自孟加拉湾的暖湿气流不断向青藏高原输送,继而为西藏林芝地区强降雪过程提供了充足的水汽来源。高纬的冷空气南下与西南气流交汇促使了这次强降雪天气过程的产生。     

"18·8"广东季风低压持续性特大暴雨水汽输送特征

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明:持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。     

2008年9月四川一次持续暴雨过程触发及维持特征

利用NCEP1°×1°6h再分析资料和常规观测资料,对2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:副热带高压、东北冷涡、低空切变、青藏高原东部高空槽以及台风是影响此次暴雨过程的主要天气系统;来源于南海及孟加拉湾的低层偏南气流提供了稳定的水汽输送;暴雨前期850hPaθse场呈典型的"Ω"形分布;强烈的上升运动触发不稳定能量释放,有利于强降水天气的发生发展。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

秋行夏令:2021年10月初北方致灾性持续暴雨及水汽极端性分析

2021年10月3—6日,我国北方地区经历了历史罕见的持续性极端强降水过程,暴雨中心稳定维持在陕西中部、山西、京津冀、辽宁等地南部和山东北部,给上述地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。基于台站观测降水、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料诊断了本次降水过程的极端性。结果表明,本次暴雨过程无论是降水强度、持续时长还是经向水汽输送均表现出典型北方夏季暴雨和大气环流配置特征。上述五省二市区域平均的过程累计雨量强度远远超过秋季其他暴雨个例,即使在夏季也位列第二。本次过程的极端性与强降水中心稳定在上述地区密切相关。上述五省二市区域平均降水连续4日均超过15 mm,这在秋季历史上从未出现过。除过程的极端性强外,9月山西等地降水异常偏多对10月初秋涝也起到了叠加作用。本次秋涝对应的大气环流呈现出典型的北方夏季主雨季环流型,表现为西太平洋副热带高压（副高）偏西偏北,副高西侧的经向水汽输送异常强盛,同时10月4—6日北方地区发生一次强冷空气过程,冷暖气流交汇在上述地区。水汽收支计算表明,本次过程的经向水汽输送强度为秋季历史之最,甚至超过了盛夏时期北方大部分暴雨过程水汽输送强度。上述分析结果表明,即使在仲秋时节亦可产生有利于北方极端持续暴雨的环流形势和水汽输送,并导致秋涝发生。     

重庆“7．17”暴雨过程的波包分布及传播特征

基于NCEP/NCAR再分析格点资料,利用波包传播诊断方法(WPD)诊断分析了2007年重庆"7.17"强降水过程,研究了高频波波包分布和传播特征与降水的关系.结果表明,波包能明显反映出降水过程的发生、维持和结束特征.500 hPa层次上,在降水发生前,主降水区域波包值突然增大,之后随着降水的发生,强度略为减小,但仍维持在较强位相,在降水过程基本结束之前,波包值突然减小为正常值;波包的经向和纬向传播特征表明,本次降水主要受孟加拉湾地区强波包中心及高原地区波包传播的影响.     

梅雨锋西段持续性暴雨的环境场特征及贵阳极端降水成因

利用多种资料分析了2014年7月13—17日贵州持续性暴雨过程的中尺度环境场特征及贵阳极端降水成因,并以多个时次不同要素资料进行合成分析,构建此次梅雨锋西段持续性暴雨的天气学模型。结果表明:(1)此次贵州持续性暴雨发生在单阻型梅雨稳定的背景下,当地持续3~4 d的强降水由中低层低涡切变、低空急流及地面静止锋(梅雨锋)共同作用造成。(2)梅雨锋雨带的建立、维持及移动造成贵州不同区域出现强降水。此次过程梅雨锋雨带对贵州的影响分四个阶段,其中,第三阶段梅雨锋西段缓慢南压过程中多个β中尺度云团更替、合并及缓慢移动造成贵阳及周边部分县市降水量突破历史极值。(3)中低纬度系统相互作用使水汽输送异常偏强。7月16日白天当年第9号超强台风"威马逊"进入我国南海海面后促使副热带高压西侧向北输送的水汽加强,该水汽与来自孟加拉湾的强盛西南暖湿气流在贵州上空汇合、加强,形成异常偏强的水汽通量及水汽辐合中心,这可能是贵阳极端降水发生的重要原因。(4)相比2010—2014年5—9月贵阳发生的另外4场大暴雨过程,该过程更长的降水持续时间可能是贵阳极端降水发生的另一重要原因。(5)贵阳强降水期间,强降水的雷达回波表现为层状云-积云混合降水回波,并具有低质心暖云降水特征,同时径向速度图上可见强劲西南急流及中尺度气旋性辐合。     

2008年低温雨雪天气扰动能量的积累和传播

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年1月我国南方地区大范围低温雨雪天气期间波包传播和积累进行了分析与研究.分析表明,中低层500hPa和700hPa高度场的波包传播特征能够较好地反映期间出现的4次低温雨雪天气过程.4次雨雪过程基本上产生于波包扰动能量积累的高值时段或处于低压系统持续稳定阶段,雨雪天气处于波包大值区控制下.波包值的经向和纬向传播特征表明2008年1月我国南方地区持续低温雨雪天气过程,主要受到青藏高原南缘系统异常活跃的影响,南支槽活动频繁有利于来自印度洋和孟加拉湾的暖湿气流沿云贵高原不断向我国输送,继而为我国长江中下游以及其南部地区低温雨雪天气提供了充足的水汽来源.偏北路径的冷空气,副高西南侧偏东气流的扰动能量的传播和积累,在波包传播图上都有一定的反映.该研究对进一步利用波包传播图预报天气过程提供了有意义的一种思路.     

西藏地区强降雪过程的波包分布及传播特征

利用NCEP/NCAR高度场的再分析资料,通过波包传播诊断方法(WPD),对2005年10月19～23日西藏地区中东部及南部边缘地区一次大范围强降雪天气过程进行波包分布与波能传播特征分析。结果表明:500hPa高度场的波包分布和传播特征很好地反映此次过程;强降雪天气发生在波包大值区域内而且反映了过程的爆发和消亡;波包的分布特征与强对流天气的发生状况是一致的;波包的移动路径很好地反映了扰动能量的传播。此次过程是"积累-释放"的三次循环。     

The Relationship Between Abnormal Meiyu and Medium-Term Scale Wave Perturbation Energy Propagation Along the East Asian Subtropical Westerly Jet

The East Asian subtropical westerly jet(EASWJ) is one of the most important factors modulating the Meiyu rainfall in the Yangtze-Huaihe River Basin, China. This article analyzed periods of the medium-term EASWJ variation,wave packet distribution and energy propagation of Rossby waves along the EASWJ during Meiyu season, and investigated their possible influence on abnormal Meiyu rain. The results showed that during the medium-term scale atmospheric dynamic process, the evolution of the EASWJ in Meiyu season was mainly characterized by the changes of3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves. The strong perturbation wave packet and energy propagation of the 3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves are mostly concentrated in the East Asian region of 90°-150°E, where the two wave trains of perturbation wave packets and wave-activity flux divergence coexist in zonal and meridional directions, and converge on the EASWJ. Besides, the wave trains of perturbation wave packet and wave-activity flux divergence in wet Meiyu years are more systematically westward than those in dry Meiyu years, and they are shown in the inverse phases between each other. In wet(dry) Meiyu year, the perturbation wave packet high-value area of the 10-15 d low-frequency variability is located between the Aral Sea and the Lake Balkhash(in the northeastern part of China), while over eastern China the wave-activity flux is convergent and strong(divergent and weak), and the high-level jets are strong and southward(weak and northward). Because of the coupling of high and low level atmosphere and high-level strong(weak) divergence on the south side of the jet over the Yangtze-Huaihe River Basin, the low-level southwest wind and vertically ascending motion are strengthened(weakened), which is(is not)conducive to precipitation increase in the Yangtze-Huaihe River Basin. These findings would help to better understand the impact mechanisms of the EASWJ activities on abnormal Meiyu from the perspective of medium-term scale Rossby wave energy propagation.     

华南夏季12-30 d持续性强降水的低频特征分析

利用1982-2011年夏季（5-8月）中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射和海表温度资料集,通过选取低频降水事件的方法,分析了华南夏季12-30 d持续性强降水事件的基本特征,然后利用位相合成法对持续性强降水期间伴随的低频大气环流型以及低频信号的来源和传播情况进行研究,同时也分析了低频海-气耦合过程对持续性强降水的影响。结果表明：（1）华南夏季降水具有显著的12-30 d低频振荡特征,持续性强降水事件在6月发生次数最多,低频降水期间的雨带自东南向西北传播。（2）在持续性强降水发生期间,华南及邻近海域低层受强大的低频气旋式环流控制,低频上升运动显著,而中国南海-菲律宾海一带则是强的低频反气旋式环流,其西侧向北的低频水汽输送不断将中国南海的水汽送至华南及邻近海域进行辐合上升。低层的低频信号来源于热带西太平洋和中国南海-菲律宾海一带低频振荡的西北向传播,同时伴随着西太平洋副热带高压明显的西伸东退过程。（3）在高层,华南北侧（22°-45°N,95°-130°E）区域强大的低频气旋式环流和孟加拉湾-中国南海一带的低频反气旋式环流相互配合,使华南高层处于强大的辐散环境中,从而加强了华南低层的辐合与低频上升运动,造成持续性强降水的增强。高层的低频信号来源于低频罗斯贝波列的东南向传播。（4）低频大气环流异常通过云辐射和热通量过程改变低频海表温度异常,而由大气强迫的低频海表温度异常通过影响低层大气的稳定性来对大气施加明显的反馈作用,该海-气耦合过程有利于大气低层低频信号向华南地区传播,从而影响了华南持续性强降水的发生、发展与结束。     

Role of the subtropical westerly jet waveguide in a southern China heavy rainstorm in December 2013

An extreme rainstorm hit southern China during 13–17 December 2013, with a record-breaking daily rainfall rate, large spatial extent, and unusually long persistence. We examined what induced this heavy rainfall process, based on observed rainfall data and NCEP–NCAR reanalysis data through composite and diagnostic methods. The results showed that a Rossby waveguide within the subtropical westerly jet caused the event. The Rossby wave originated from strong cold air intrusion into the subtropical westerly jet over the eastern Mediterranean. With the enhancement and northward shift of the Middle East westerly jet, the Rossby wave propagated slowly eastward and deepened the India–Burma trough, which transported a large amount of moisture from the Bay of Bengal and South China Sea to southern China. Strong divergence in the upper troposphere, caused by the enhancement of the East Asian westerly jet, also favored the heavy rainfall process over Southeast China. In addition, the Rossby wave was associated with a negative-to-positive phase shift and enhancement of the North Atlantic Oscillation, but convergence in the eastern Mediterranean played the key role in the eastward propagation of the Rossby wave within the subtropical westerly jet.     

江淮梅雨期强降水和大气不同时间尺度波动的关系

中国的江淮梅雨具有多时间尺度特征,利用1979—2017年欧洲中期预报中心逐日再分析资料(ERA-interim)和台站逐日降水观测数据,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了江淮梅雨期间不同时间尺度强降雨过程的特征,对比研究了不同时间尺度强降水对应的大气环流系统波动的演变特征。研究表明江淮梅雨降水集中期开始前1~9天和10~20天尺度的强降水首先增多,而21~30天时间尺度的强降水在降水集中期开始增多。低频周期波动(10~20天和21~30天)比天气尺度波动可以提供更持续和更深厚的暖平流输送,触发持续时间更长的垂直运动和水汽输送,有利于持续性强降水的发生。与1~9天天气尺度波动相关的强降水主要与上游自中亚经青藏高原向下游传播并不断发展加强的Rossby波能量传播有关,青藏高原对天气尺度涡旋的增强有重要作用;对10~20天尺度强降水,高层中纬度东北亚低频反气旋环流西移南压,长时间维持在江淮地区,低层南海-西太平洋地区准双周振荡西北向传播,伴随西北太平洋副热带高压加强西伸是主要影响过程;对21~30天尺度强降水而言,江淮上空移动性环流不明显,高层反气旋性环流增强的过程与其北南两侧,即贝加尔湖及其以东地区气旋环流和南海-西太平洋气旋环流的发展移动有密切的联系,同时伴随了对流层中低层西北太平洋地区21~30天尺度低频波的西北传播。      

Spatial Propagation of Different Scale Errors in Meiyu Frontal Rainfall Systems

The spatial propagation of meso- and small-scale errors in a Meiyu frontal heavy rainfall event,which occurred in eastern China during 4 -6 July 2003,is investigated by using the mesoscale numerical mo...     

Rossby波和热带对流活动对2010年6月梅雨发生前后我国东部两次强降水过程的影响

基于574台站的逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,在比较2010年梅雨期前后(6月7—11日和18—22日)我国东部两次强降水过程的大尺度环流型差异的基础上,从Rossby波活动通量及热带对流活动探讨了这两次强降水过程的异同。结果表明,相同之处在于:两次强降水过程期间中高纬度地区都存在Rossby波向下游传播,中纬度地区呈现双阻型式,低纬度地区西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)强度偏强、西伸脊点位置偏西。不同之处在于:1)第一次降水过程中Rossby波的波源位于北欧地区附近,贝加尔湖地区为低槽,使得冷空气南下到36°N左右;同时孟加拉湾活跃的对流系统使西太副高加强西伸到95°E左右,冷暖空气交汇,导致强降水发生;2)第二次降水过程中Rossby波的波源位于北欧地区和中西伯利亚地区附近,东亚地区的低槽较第一次过程明显加深,有利于冷空气到达长江中下游地区(30°N左右),西太平洋暖池地区活跃的对流系统使得西太副高加强西伸到90°E左右,冷暖空气在长江中下游及其以南地区交汇,导致强降水发生。     

两次持续性暴雨天气的螺旋度对比分析

本文利用常规观测资料、逐小时区域自动站观测资料、NCEP1°× 1°逐6小时再分析资料等对安顺2019年6月5-11日和9月5-10日的持续性暴雨天气进行分析,结果表明：（1）6月5-11日天气过程主要是由于两高之间不断有短波槽东移造成的,9月5-10日天气过程主要是由于副高稳定少动,西南涡在副高外围稳定维持较造成的;（2）垂直螺旋度垂直积分越大越有利于产生强的短时强降雨,垂直螺旋度强中心发展高度越高越有利于短时强降雨持续不断的产生;（3）水汽垂直螺旋度在这2次持续性暴雨天气过程中对短时强降雨的发生和降雨强度有很好的指示,水汽垂直螺旋度在短时强降雨出现前6小时出现增大,且中心值越大短时强降雨强度越强,在短时强降雨发生期间迅速减小;（4）6月5-11日天气过程中,质量垂直螺旋度值增大-减小得越多,出现的短时强降雨强度越强。