伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段（2003~2013年时段）,局地环流导致异常下沉（上升）气流,南亚高压偏东（偏西）和西太平洋副热带高压（简称副高）偏西（偏东）,菲律宾及副高西南侧水汽输送加强（减弱）,华南地区低层出现强的水汽辐合（辐散）,导致降水偏多（偏少）。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。     

季风湿润区夏季水汽收支的年代际变化特征

采用1983—2002年NCEP/NCAR再分析资料和我国660站降水资料,对我国东部季风湿润区夏季水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:20世纪80—90年代夏季水汽收支时间序列表现出明显的年代际变化增加趋势,与降水时间序列的相关系数为0.71;水汽收支高值、低值年代不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚夏季风的强弱和降水异常变化。合成的水汽输送年代际异常在东亚—西太平洋区表现为4个异常环流,异常水汽通量辐合区位于长江流域及以南地区。水汽收支高值年代,亚洲大陆高纬度地区低压偏弱,大陆表面温度及西太平洋海温偏高,我国东部沿海盛行异常偏南风,低层气流辐合、高层气流辐散强,垂直上升运动强烈;低值年代则相反。合成的经向水汽收支占总收支的71.3%,合成的异常降水量最大达100 mm以上。     

青藏高原东部与其北侧热力差异与高原季风及长江流域夏季降水的关系

利用1961—2011年NCEP/NCAR逐月再分析资料及中国584个地面观测站的逐日降水资料,分析了夏季青藏高原及其附近地区大气热源对青藏高原夏季风及中国夏季降水的影响。结果表明,夏季青藏高原主体东部与其以北地区存在明显的热力差异,对青藏高原夏季风有显著的影响,由此定义了一个青藏高原东部与其北侧热力差异指数。当青藏高原东部与其北侧热力差异指数偏大时,青藏高原夏季风偏强,长江流域的夏季降水偏多;反之,当指数偏小时,青藏高原季风偏弱,长江流域的夏季降水偏少;进一步研究发现,当指数偏大时,南北气流在长江流域辐合,使得来自太平洋上的暖湿水汽与来自高纬度地区的干冷空气在长江流域汇合,增大了该地区的水汽含量,同时由于辐合上升运动加强,导致长江流域降水偏多;当指数偏小时,长江流域上空低层西南风增强,来自印度洋与太平洋上的暖湿水汽更多地往华北地区输送,长江流域的水汽含量减少,而该地区的辐合上升运动也明显减弱,降水随之减少。     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究 II. 夏季风水汽输送

利用1979~2002年的ERA-40和NCEP/NCAR逐日再分析资料以及CMAP降水资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风)水汽输送的气候学特征及其与夏季降水的关系。分析表明:各夏季风子系统水汽输送通量主要取决于低层季风气流,南亚夏季风和北澳夏季风以纬向水汽输送为主,而东亚夏季风有很强的经向水汽输送。分析也证实,亚澳季风区的夏季风降水主;要源于水汽输送的辐合,而且ERA-40资料对夏季风水汽输送辐合的描述能力强于NCEP/NCAR资料。此外,受低层季风气流结构的影响,三夏季风子系统水汽输送辐合的动力机理存在明显差异,南亚夏季风和北澳夏季风的水汽输送辐合主要由低层西风气流的风场辐合所造成,而东亚夏季风的水汽输送辐合则由低层南风气流的风场辐合和季风湿平流共同作用造成。因此,东亚夏季风降水有别于南亚夏季风降水和北澳夏季风降水。     

2008年6月一次华南暴雨过程的云分辨模拟分析

GCE(Goddard Cumulus Ensemble)模式中体现了云与云之间的相互作用,以及云与周围环境、长波辐射及示踪气体等之间的相互作用.模式可通过云中的水凝物等微物理量描述云体的生命史(发展、成熟、消散),并在此基础上通过引入地面降水诊断方程对降水的发展过程进行分析,因而降水过程实际上是云的发展过程的体现.本文所使用的二维云分辨模式(2DCRM)就是GCE模式的二维版本.利用该模式对2008年6月10-15日的华南暴雨过程进行模拟,分析了主要降水时段地面降水收支及热量收支在不同降水发展阶段的特征.模拟结果表明,在降水初始阶段,主要由局地大气增湿和水汽辐合率减小来抑制降水发展;在成熟阶段,局地水汽变化、水汽辐合、地面蒸发和局地水凝物变化均有正的贡献,降水强度达到最大;在衰退阶段,降水强度减小的主要原因是水汽辐合显著减小.在降水性层状云区,降水主要来自于水汽辐合,水汽的主要消耗项是局地水汽增加;在对流云区,降水主要来自于水汽辐合与局地大气变干,水汽的主要消耗过程是水凝物生成并向降水性层状云区输送.初始阶段和衰退阶段的局地大气温度变化率相对较小,成熟阶段区域平均大气冷却达到最强,区域平均大气温度变化率主要受区域平均的热辐散率与区域平均的潜热释放影响.     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究Ⅱ. 夏季风水汽输送

利用1979～2002年的ERA-40和NCEP/NCAR逐日再分析资料以及CMAP降水资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风) 水汽输送的气候学特征及其与夏季降水的关系.分析表明: 各夏季风子系统水汽输送通量主要取决于低层季风气流, 南亚夏季风和北澳夏季风以纬向水汽输送为主, 而东亚夏季风有很强的经向水汽输送.分析也证实, 亚澳季风区的夏季风降水主; 要源于水汽输送的辐合, 而且ERA-40资料对夏季风水汽输送辐合的描述能力强于NCEP/NCAR资料.此外, 受低层季风气流结构的影响, 三夏季风子系统水汽输送辐合的动力机理存在明显差异, 南亚夏季风和北澳夏季风的水汽输送辐合主要由低层西风气流的风场辐合所造成, 而东亚夏季风的水汽输送辐合则由低层南风气流的风场辐合和季风湿平流共同作用造成.因此, 东亚夏季风降水有别于南亚夏季风降水和北澳夏季风降水.     

"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。     

2010年6月中旬浙闽赣地区暴雨特征和冰云热力效应的数值模拟分析

以2010年6月19日发生在浙闽赣地区的一次强降水过程为例,利用中尺度WRF模式进行模拟,用模拟资料对该地区降水收支特征和冰云热力作用进行分析。依据局地水汽/热量变化项、水汽/热量辐合辐散项和云凝物辐合辐散项这3个因子可将降水分为8类,其中局地水汽变干和大气变暖、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水强度(雨强)最强,而局地水汽变湿和大气变冷、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水覆盖率最大。冰云热力效应包括辐射和潜热两部分。基准试验与敏感性试验对比分析表明冰云辐射减弱降水,而冰云潜热增强降水。热量收支对比分析发现冰云辐射造成辐射冷却的减弱在对流层中低层随高度增加,减弱大气不稳定和降水;而冰云潜热造成潜热增强在对流层中高层随高度减小,增强大气不稳定和降水。     

基于ERAlnlerim资料的2003年淮河流域梅雨期水汽收支分析

以2003年6月29日-7月11日淮河流域梅雨期强降水为研究对象,采用ERAInterim再分析资料和站点降水资料,综合分析该期间慢降水时段水汽收支。结果表明：降水主要来自低层水汽辐合的贡献,而与低空急流相联系的水汽辐合具有显著的日变化,即后半夜至凌晨最大,午后最小,并由此造成了梅雨期强降水独特的日变化特征,最强降水出现在后半夜至凌晨;蒸发主要集中在白天,夜晚很小,数值约为降水量的15％,表明局地水循环的重要作用。针对淮河流域强降水区进行的水汽收支计算表明,水汽收支方程左、右两边数值在整个强降水时段具有较好的一致性,相关系数为0．77;对整个强降水期取时间平均,获得的水汽收支方程左、右两端数值的偏差为18％。     

1998年中国大洪水时期的水汽收支研究

文中首先通过水汽通量的势函数和流函数的计算 ,分析了 1998年中国大洪水时期的全球水汽背景 ,然后从雨情分析入手 ,将 1998年 5～ 8月长江、松花江流域洪水期分为 7个降水阶段、11个区域 ,对各时段、各区域的水汽收支作了诊断分析 ,得到中国大洪水时期部分水汽收支图像 ,揭示了水汽循环的一些规律 ,主要结果如下 :( 1) 1998年 5～ 8月 ,中国东部地区是全球最强的水汽汇区 ,这与 1991年夏季的情况相似。水汽通量的势函数极小值区 (最大辐合区 )对应强降水区 ,并且暴雨区的水汽辐合是由半球尺度的水汽输送造成 ,这表明 ,即使对于区域性大洪水 ,它必须从极大范围地区获得水汽供应。分析还表明 ,南海季风的爆发及其区域内西南方向水汽流的增强与印度洋势函数 (水汽辐散 )的增强关系密切。( 2 )大气的水汽收支表明 ,降水主要来自水汽的辐合项 ,辐合主要发生在大气低层 ;用余差法计算出的局地蒸发项一般为降水量的 13 ～ 12 ,因而水汽的再循环过程也十分重要 ;垂直输送项把低层的水汽向中上层输送 ,增加高层的水汽积累 ,为积云的发展和潜热释放提供条件。( 3 )南海地区的水汽输送情况与中国强降水密切相关 ,南海季风爆发后 ,其强劲南风气流输送水汽的区域往往是强降水发生区。对于整个中国东部大陆区而言 ,来     

新疆夏季降水的水汽特征

对新疆夏季降水天气过程的水汽特征做了合成分析。结果表明：新疆地区发生大降水时，大气中所含水汽仅与我国湿润地区一般条件下大气中所含水汽相当。新疆降水所需水汽主要是靠一定的天气系统以接力输送方式输送到一定地区，然后在合适的环流作用下，向降水发生区逐步输送。西南季风对新疆夏季降水有间接影响。区域水汽收支计算表明，该区降水天气维持所需水汽主要由纬向西风气流输送提供。低层偏东风所输送的水汽对维持南疆降水是不够的。     

中国东部季风区夏季四类雨型的水汽输送特征及差异

利用1951~2015年NCEP/NCAR再分析逐日资料和中国160站月降水观测资料,及中国东部季风区夏季四类雨型（北方型、中间型、长江型和华南型）的划分结果,分析了东亚水汽输送与中国东部季风区夏季降水的关系,比较了四类雨型的水汽输送、收支特征及其差异,结果表明:（1）夏季影响中国东部季风区的水汽通道主要有以下6条:印度洋通道,表征印度季风区偏南的西风水汽输送;高原南侧通道,表征印度季风区偏北的西风水汽输送;太平洋通道,表征由西太平洋副热带高压（副高）带来的西太平洋的水汽;西风带通道,表征西风带的水汽输送;孟加拉湾通道,表征来自孟加拉湾向北的水汽输送;南海通道,表征来自印度洋和孟加拉湾在中南半岛转向及来自南海的水汽;与中国东部不同地区降水异常相联系的水汽通道存在明显的差异,且同一条水汽通道在夏季不同阶段与降水的关系也不尽相同。（2）四类雨型的水汽输送和收支特征有明显的差异,华北盛夏降水主要受亚洲季风水汽输送的影响,其次是西风带水汽输送,北方型年二者往往偏强,尤其是季风水汽输送增加一倍以上,贡献也明显增加,20世纪70年代中期之后,季风水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大;淮河流域夏季降水异常主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,其次是高原南侧通道水汽输送,二者偏强并在淮河流域辐合时,淮河流域降水偏多形成中间型年;长江中下游地区夏季降水主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,长江型年,副高西北侧的西南水汽输送异常加强,并与北方冷空气异常在长江中下游地区辐合,区域为正的水汽净收支;华南地区夏季降水则受印度洋通道、太平洋通道及南海通道的共同影响,当三条通道异常偏强,水汽与北方冷空气在华南地区辐合,形成华南型年。本研究所得结论加深了我们对四类雨型形成机理的认识,并为汛期主雨带的预测提供了参考。     

雅鲁藏布江流域夏季降水的年际变化及其原因

本文通过多套观测与再分析降水资料的比较,分析了雅鲁藏布江流域夏季降水的特征,从水汽含量与水汽输送的角度检验了雅鲁藏布江水汽通道的特点,研究了流域夏季降水的年际变化及其原因。分析表明:（1）该流域夏季降水大值位于雅鲁藏布江出海口至大峡谷一带,观测中流域平均降水可达5.8 mm d-1。不同资料表现的降水空间分布一致,但再分析降水普遍强于观测,平均为观测的2倍左右。（2）该流域夏季的水汽主要来自印度洋和孟加拉湾的偏南暖湿水汽输送,自孟加拉湾出海口沿布拉马普特拉河上溯至大峡谷,即雅鲁藏布江水汽通道。水汽收支诊断表明,夏季流域南部（即水汽通道所在处）是水汽辐合中心,流域平均的辐合约9.5 mm d-1,主要来自风场辐合与地形坡度的贡献。（3）不同再分析资料表现的流域降水和水汽分布特征总体一致,但量值差异较大。NCEP（美国国家环境预报中心）气候预报系统再分析资料CFSR、日本气象厅再分析资料JRA-25较欧洲中期天气预报中心再分析ERA-Interim资料更适于研究该流域（青藏高原东南部）的水汽特征,因为后者给出的流域降水和水汽偏强。（4）近30年该流域夏季降水无显著趋势,以年际变率为主。年际异常的水汽辐合（约为气候态的35.4%）源自异常西南风导致的局地水汽辐合（纬向、经向辐合分别贡献了16.5%、83.5%）,地形作用很小。流域夏季降水的年际变化是由印度夏季风活动导致的异常水汽输送造成的,其关键系统是印度季风区北部的异常气旋（反气旋）式水汽输送。     

高分辨率MRI模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟

本文使用MRI模式在不同分辨率下(180 km、120 km、60 km、20 km)的AMIP试验结果, 分析了该模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟, 并考察模式分辨率的影响。结果表明:MRI模式能够较为合理地模拟出青藏高原夏季气候平均的降水空间分布, 但对气候平均水汽输送通量以及降水年际变化的模拟却存在较大的误差。随着分辨率的提高, 该模式对青藏高原气候平均降水的模拟有明显改进, 包括降水年循环以及夏季降水的空间分布等。分辨率为180 km、120 km、60 km、20 km的MRI模式模拟的青藏高原7月平均降水绝对误差分别为2.2 mm/d、1.2 mm/d、0.7 mm/d、0.2 mm/d。另外, 高分辨率模式模拟的青藏高原夏季水汽输送通量的年际变化也更接近观测。当分辨率达到20 km时, MRI模式模拟的西风水汽输送指数与观测的相关系数达到0.43, 通过了0.1显著性水平的显著性检验。但MRI模式对青藏高原夏季降水的年际变化以及气候平均水汽输送通量的模拟技巧并不随分辨率的增加有明显提高。低分辨率模式中模拟降水量偏大、印度季风槽偏强的现象在高分辨率模式中仍然存在。     

低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟

利用MM5V3中尺度数值模式,对2003年6月16日20:00~17日08:00云南楚雄等地大暴雨的中β尺度系统的发生、发展进行了数值模拟。模拟结果表明:强降水中心与实况基本吻合,但模拟降水量比实况偏弱;中β尺度系统发展的初期低层质量辐合先于高层辐散增强,而减弱阶段也是低层辐合减弱先于高层辐散减弱,也就是说低层散度场的变化引起高层的变化;中β尺度系统的发展、增强、减弱过程,主要靠低层的正涡度制造;低纬度地区水汽分布差异较高纬度地区小,水汽的辐合主要取决于风场辐合,而平流输送则决定暴雨的持续时间;高原地形对空气的上升运动和水汽辐合有一定影响,特别是在背风坡,上升运动均有所减弱,水汽呈弱的辐散。     

青藏高原夏季降水的区域特征及其与周边地区水汽条件的配置

使用青藏高原地区97个测站1961-2005年6～8月降水总量及同期NCEP/NCAR月平均 u, v风、比湿和300 hPa位势高度等再分析资料, 首先使用旋转经验正交函数分解方法得到青藏高原夏季降水的4种主要分布类型, 之后利用相关分析方法, 分析了与4种降水类型匹配的水汽输送以及相应的环流背景, 最后使用合成分析对高原异常旱涝年的水汽输送和环流形势的差异进行了分析.结果表明, 青藏高原夏季降水的主要气候特征是南部与北部降水异常呈现相反分布的特征, 其水汽输送和环流形势配置差异显著.如果孟加拉湾海区向北的水汽输送和东部海洋向西的水汽输送加强, 同时乌拉尔山阻高强盛, 东亚从低纬至高纬呈现 " - "位势高度环流形势时, 有利于西南水汽输送并与来自东部海洋的水汽形成辐合, 造成高原夏季降水偏多, 反之降水则偏少.     

华南集中强降水的年代际变化及环流特征

本文利用中国气象局提供的华南65个站点的逐日观测以及NCEP再分析数据,对华南夏季降水的年代际转变及其集中强降水的环流特点进行了分析,主要结论如下：华南降水在1991/1992有明显的年代际变化,相关的大气环流场也发生了显著的转变。东亚上空的副热带西风急流减弱偏北,西北太平洋副热带高压位置偏西,华南上空低层辐合、高层辐散、垂直运动以及水汽输送的辐合也发生了明显变化。年代际上降水偏多时,西北太平洋和印度洋的水汽输送比平均情况更强。当集中强降水事件发生时,增加的水汽输送主要源于西北太平洋和中国南海。进一步分析表明1991/1992年之后印度洋的水汽输送增加,但是西北太平洋的水汽输送减少。这一发现很好的说明了自1991/1992年以来华南集中强降水事件的重要变化。     

青藏高原南缘关键区夏季水汽输送特征及其与高原降水的关系

青藏高原南缘水汽输送和聚散过程决定着高原及其邻域的降水分布特征,在提出"青藏高原南缘水汽输送关键区"(简称南缘关键区)概念的基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料分析了1979-2010年南缘关键区夏季水汽输送过程与收支变化,并根据台站降水量观测资料探讨了南缘关键区各边界水汽收支与高原夏季降水分布的关系。结果表明,孟加拉湾偏南风水汽流进入南缘关键区后,在印度热低压与青藏高原大地形制约下,形成了3条进入高原的水汽输送通道。这使得南缘关键区整体为多年平均水汽辐散区,除南边界外,其余均为水汽输出边界。南缘关键区各边界水汽收支年内与年际变化明显,且东、西边界水汽输出强度变化特征相反。而各边界水汽收支与印度热低压和南海夏季风活动关系密切,输出边界的水汽支出异常则直接影响着青藏高原乃至周边季风区的降水异常分布以及极端旱涝事件的发生、发展。此外,NCEP/NCAR与JRA-25再分析资料之间的对比验证表明,这两种再分析资料在青藏高原南缘水汽输送过程的定性研究中是可靠的。     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。