唐乃亥水文站径流量与黄河源区拍涡的关系

为了揭示地下热活动对黄河上游径流变化的影响,并为径流的短期预报与水利调度、防洪抗旱等提供参考依据。利用2002 2011年唐乃亥水文站日平均径流量资料和东亚地震资料,定义了拍涡强度指数,分析了10年间黄河源区的拍涡和唐乃亥水文站日平均径流量的关系。结果表明,黄河源区拍涡出现的时间与唐乃亥水文站日平均径流量距平百分率≥50%的丰水期相对应,丰水期与拍涡出现的时间相差在一周以内,且丰水期平均径流量与拍涡强度指数呈正相关关系,这对黄河上游径流预报有重要的指示意义。     

300 hPa北极涡年际及年代际变化特征的研究

利用NCEP/NCAR 1949—2002年月平均再分析高度场资料,通过线性倾向估计、二项式系数加权平均、Morlet小波分析等诊断方法,系统地讨论了300 hPa北半球极涡面积、强度及中心位置的年际和年代际变化特征,结果表明:(1)年平均北极涡的面积在20世纪70年代中期之前在总的上升趋势中有几次较小的波动,之后在总体下降趋势中有几次较大的起伏;Ⅰ、Ⅱ区的线性变化趋势非常小,Ⅳ区最大,夏季的年际变化相对明显一些,秋季变化最弱,各季节均有线性收缩趋势,冬季幅度最大,秋季最小。(2)年平均极涡强度的年际、年代际变化特征与极涡面积有相似之处,但不同年份存在显著差异;各分区的强度变化与北半球类似(特别是Ⅰ区);夏季的年际变化幅度最大,春、夏季年代际变化的特征明显,秋季最弱。(3)北极涡中心位置通常并不在北极点,各分区极涡总面积所占的百分比有明显差异,且有月际变化,这些差异与海陆热力差异造成的环流的差异密切相关;极涡的主要位置有一定的年际、年代际变化特征;极涡中心位置主要偏向亚洲大陆及太平洋一侧。     

冷暖空气入侵对西南低涡发生发展影响研究

本文采用WRF模式模拟了2008年7月20~22日四川省一次由西南涡活动引发的大暴雨过程,并分析了对流层中层至中低层冷/暖空气入侵在西南涡发生发展过程中的作用,研究结果表明:冷/暖空气从北部入侵会改变对流层中、低层流场,当降低模式北边界温度,增强西北气流南下,致使四川省上空没有形成西南涡,取而代之为一深槽,同时雨区内上升运动减弱、低层辐合减弱,对流层中层温度增加、比湿略减小,雨区集中在深槽附近,雨区范围和强度都显著减弱且小于控制试验。增加模式北部温度引起北部东北气流向南输送,低值系统南移,增温促进了周围空气向降水中心辐合,增强了中低层大气的辐合上升运动,对流层中、中高层增温,雨带南压,雨区强度显著增强且大于控制试验。降低或增加模式西边界温度对流场、低涡强度和位置影响相对较小,降温使得低涡位置偏北、对流层风速增强与减弱区交替分布;增温使得低涡偏东、对流层中层至中低层风速减弱高层风速增强,二者对降水落区影响亦较小,对大暴雨中心强度有不同程度影响。      

北极涡活动对我国同期及后期气温的影响

利用NCEP／NCAR1950-2002年500hPa月平均再分析高度场资料计算出北半球及各分区的月平均极涡面积、强度，讨论了它们与我国气温的相关。结果表明：北半球500hPa年平均和4季的极涡面积大小与我国多数站点同期气温呈负相关，尤其在年平均及冬季状况下最显著，1-12月极涡面积与气温的负相关呈由减弱到增强的变化趋势；而极涡强度与我国同期气温的相关性相对较弱，在秋冬季不少地区出现正相关，1-12月极涡强度与气温负相关性的变化趋势是由增强到减弱。利用奇异值分解研究极涡对后期我国气温的影响后发现，极涡指数与后期我国气温呈负相关，但不同季节差异较大。当冬季Ⅳ区极涡面积显著缩小、北半球极涡总强度明显增强时，长江中下游以北及东北地区下一年春季气温通常上升；春季Ⅰ区极涡面积、强度异常偏大，则夏季华南沿海、西南及河套地区气温比常年偏低；若春季北半球极涡强度减弱、夏季亚洲区极涡面积收缩，则其后的秋季华北气温相对较高。     

夏季北极涡与副热带高压的联系及对华北降水的影响

由于北极涡与副热带高压是两个影响我国天气气候变化的主要大气环流实体,两者紧密相联,且均对华北夏季降水有明显作用,本文使用NCEP/NCAR再分析资料、国家气候中心提供的74个大气环流因子及中国160 站月降水资料,利用合成分析、相关分析及SVD等方法讨论了夏季北极涡与北半球大气环流及副热带高压的相互关系,分析了夏季北极涡及副高对华北降水的共同作用.结果表明:(1) 北极涡的变化不仅与高纬高度场密切相关,而且与中、低纬度环流紧密联系,当极涡异常偏大偏强,中、低纬地区位势高度均明显偏低,北半球副高的面积和强度易偏小,北界位置易偏南,其中副高强度的变化最大.(2) 各分区极涡因子与副高因子之间基本呈显著的负相关,而与西太平洋和南海副高的北界、脊线位置呈正相关.(3) 极涡指数、副高脊线及北界指数与华北降水之间以正相关为主,副高面积、强度指数与华北降水基本呈负相关.当亚洲和欧洲区极涡异常南扩,北非、大西洋、北美副高显著收缩减弱,西太平洋和南海副高明显北抬时,华北降水易增加.     

河北省廊坊地区暴雨预报的地气学方法

利用1981 2011年发生在中国及周边地区4级以上地震资料和廊坊地区降水资料,首先分析了落在廊坊地区境内的地震"拍涡"和河北省境内4级以上地震引发的"震源涡"对廊坊地区降水的影响,然后进一步统计分析了由于地热涡产生和活动引起的地温场分布、变化与暴雨天气产生和落区分布关系,最后对2011年廊坊地区降水与暴雨个例进行了检验分析。结果表明,由4级以上地震引发的落在廊坊地区境内的地震"拍涡"及河北省境内4级以上地震相伴的"震源涡"可导致廊坊地区降水异常和偏多;一年中由于地震频发落在廊坊地区境内形成的多个地震"拍涡",其存在可以导致廊坊地区数月降水的异常和偏多。从地气学的角度分析,影响廊坊地区多雨和暴雨的主要地气系统是地震"拍涡"和"震源涡"。通过对2011年廊坊地区降水及暴雨个例的分析表明,掌握地下中强震活动信息,充分利用地热涡形成引起的地温场变化以及地热涡最强点("超能值")的分布,结合天气影响系统的诱发,对暴雨及其落区预报具有非常重要的预报参考价值。     

2011年中国4次成灾性气候异常及其原因分析

为了研究地震与气候异常的关系,从地震活动的角度对2011年发生在我国的4次成灾性气候异常进行了分析.结果表明,2011年长江中游春、夏季大旱的直接原因是3月24日发生在缅甸的7.2级地震;长江中下游6月上旬出现旱涝急转则与3月11日日本东部的9.0级地震及缅甸地震密不可分;鄂赣交界发生的4.6级地震对黄河中游秋汛的影响最为明显,这是“震侧强涡”造成的结果;2012年1月贵州冻雨较多也是受到印度锡金和我国东海两个地震形成的“拍涡”影响,这表明地震活动是影响天气、气候变化的可能原因之一.     

基于CRA空间检验技术的西南地区东部强降水EC模式预报误差分析

CRA(contiguous rain area)空间检验技术是将连续雨区作为目标进行检验。通过设定降水量阈值,识别、分离及平移降水目标,将预报偏差分解为落区、强度和形态误差,该方法可避免传统TS评分的双惩罚效应。利用CRA空间检验技术对2011—2014年5—9月西南地区东部EC细网格模式36 h预报时效119个降水目标的预报误差进行分析,并按照环流形势和影响系统对强降水个例进行分型,分为西南地区东部低涡切变型、西南地区东部-江淮切变型、南风型,分别对上述三类不同类型强降水个例的落区和强度误差进行了对比。得到如下结论:西南地区东部降水预报形态误差占比最大,为60%左右,其次是落区误差,为30%左右,强度误差最小,约为10%;落区平均偏西0.7°,经向偏差不明显;模式对于水平尺度较小的降水目标漏报可能性较大,而对于天气尺度降水目标模式预报面积偏大,总降水量偏大,雨强偏小;西南地区东部低涡切变型和西南地区东部-江淮切变型降水强度预报误差类似,模式预报雨区面积均偏大,降水尺度越大,偏大的概率越大,实况平均降水强度越强,模式预报强度越偏弱;南风型预报强降水面积和平均强度均偏弱,出现漏报的概率较大;而对于最大降水量,三种类型模式预报的最强降水均较实况偏弱;西南地区东部低涡切变型模式预报落区偏西,江淮至西南地区东部切变型模式预报落区偏西偏北,南风型模式预报落区偏西偏南。     

北半球冬季极涡异常变化的时空特征

利用NCEP/NCAR再分析月平均高度场资料,计算了1948/1949-2009/2010年北半球冬季500～10 hPa的极涡环流指数,包括面积指数S、强度指数P和中心位置指数(λc,φc).分析了北半球冬季极涡在垂直高度上(共12层)的季、月气候态和异常态变化规律.结果表明:极涡面积和强度在不同高度上的大小变化不同,最大值出现的时间也存在差异,二者相关性不好,为两个相对独立的指数.极涡面积和强度的年代际变化趋势在上下层上也不一样,异常变化规律复杂;极涡中心位置上下层变化规律相同,主要在东半球80°N以北范围变化,在极点附近经度变化大,纬度变化小,纬度指数年代际变化明显,近10 a极涡明显偏南.从整体上看,极涡中心位置从500 hPa到10hPa形态上为逆时针、半径越向上越大的旋转变化.     

1999年夏季青海多雨形势分析

利用1959-1999年降水，气温、高度场等资料分析得出，1999年夏季青海省多雨与乌拉尔山高压脊偏强，西太平洋副热带高压位置偏北及西伸脊点位置偏东，极涡强度偏强等因素有关，其中，中高纬度地区乌拉尔山高压脊多次建立和稳定维持，以及西太平洋副热带高压脊线位置异常偏北，西伸脊点位置偏东是造成青海省夏季多雨的最关键因子。     

一次冷涡暴雨的中尺度对流云团分析及数值模拟研究

利用MM5模式对2000年8月发生在河北省的一次暴雨过程进行了模拟,发现本次过程是由蒙古东部的低涡与副热带高压共同作用形成的,而局地大暴雨的直接原因是中尺度对流云团的作用。中尺度对流云团形成前期有一个能量急剧积累的过程。通过改变地形、低层东南风大小的敏感性试验,发现这次暴雨虽然发生在河北东部,但华北西部、北部的地形对暴雨影响很大:当降低地形高度后,雨区的位置和强度都发生变化;减弱低层东南风后,蒙古东部冷涡的强度和移动速度都有不同程度的改变,并且层次越低影响越明显。     

一次青藏高原低涡和西南涡同步变化过程北大核心CSCD

青藏高原低涡(简称高原低涡)和西南涡是影响我国降水的重要天气系统,两者同步变化是引发我国西南和东部地区强降水的重要方式,而两低涡同步变化的物理过程和机理目前尚不清晰。为探究高原低涡和西南涡同步变化的物理机制,选取2020年超强超长梅雨期间一次高原低涡与西南涡同步变化过程,利用ERA5逐小时再分析资料及降水观测资料,分析两涡共存时特殊时间节点所对应的强度、结构等演变特征及位涡收支。结果显示:水平位置不重叠的高原低涡和西南涡也可发生同步变化,即强度变化特征大致相似。两低涡在同步变化之前各自的演变机理不同,但同步变化时两者的演变机理基本一致。具体地,未发生同步变化时,高原低涡主要依靠加热场作用维持东移,西南涡则依靠水平位涡通量散度作用得以维持;两涡同步变化时,两者强度变化相似,演变机理一致,两涡维持主要依靠水平位涡通量散度作用,加热场作用次之。     

华北“7·19”暴雨中低涡系统演变及多尺度相互作用机制研究

为探究华北暴雨的维持及中尺度系统演变机制,利用NCEP/NCAR的GFS资料、地面自动站观测资料等,借助数值模拟、涡度收支分析和尺度分离等方法,对2016年7月19日前后一次华北暴雨过程进行了观测分析和模拟研究。(1)本次极端降水过程与东移低槽切断形成的深厚低涡密切相关。低涡与副高脊线形成“东高西低”形势且雨区始终处于高层辐散低层辐合的动力配置下,有利于对流维持。涡旋与低空急流的配合使来自西南侧和东侧的水汽在华北辐合,并使雨区处于能量锋区,对流层中低层形成深厚逆温层,为暴雨维持提供水汽和能量保障。(2)低涡系统总体呈增强趋势,中心涡度最高达55×10-5 s-1以上。成熟阶段呈现贯穿对流层的直立正涡度柱,但涡度变化集中在500 hPa以下,中心维持在850 hPa附近。涡度增长主要受正涡度区与辐合中心重合产生的拉伸效应以及干侵入等因素的促进作用。(3)低层辐合中心由三种不同尺度系统叠加而成,其中中尺度系统对中心的强度和位置影响最大,而大中尺度风场间的辐合也使辐合区更大、强度更强。低层涡旋增长与风场辐合加强之间形成正反馈调节,有利于低涡和降水的维持。      

ENSO与中国东部夏季降水异常关系的年代际变化

根据1960—2011年Had ISST资料集中的月平均海表温度资料和中国753站逐日降水资料,基于转经验正交函数分解等分析方法,发现中国夏季降水的变化具有明显的独立性特征,可以分为相对独立的11个雨区,并在此基础上讨论了11个雨区夏季降水与ENSO的相关关系及其年代际变化,发现不同雨区的夏季降水与ENSO相关关系的年代际变化特征不尽相同,据此可分为3种类型:第1类为稳定不相关型,代表区为东北地区、长江中下游地区、江南地区、闽赣地区、环琼州海峡地区;第2类为稳定相关型,代表区为河套地区、黄河中下游地区;第3类为相关关系变化型,代表区为辽吉地区、黄淮地区、淮河流域以及两广地区。而在第3类相关关系变化型中,4个雨区夏季降水与ENSO相关关系的年代际突变时间也存在差异,两广地区的突变年份在1975年左右,辽吉地区和黄淮地区的突变年份在1980年左右,淮河流域的突变年份在1985年左右。     

西太平洋副热带高压不同特征指数与贵州夏季降水的关系

利用贵州85个气象观测站1979—2015年6—8月逐月降水资料、2011—2015逐日降水资料、国家气候中心副高指数及NCEP第二套再分析资料对西太平洋副热带高压与贵州夏季降水的关系进行了分析,并对副高位置发生变化时贵州暴雨带的变化进行了对比,结果表明:(1)贵州夏季大部分区域的降水与副高面积指数、强度指数为正相关,与脊线位置、西伸脊点为负相关;当副高面积增大或强度增强时,对应贵州夏季降水偏多;降水偏多时,6—8月副高的位置偏西或接近平均年份;降水偏少年,副高位置偏东或接近平均年份,且无论偏多(少)年均具有逐步北推东退的趋势。(2)面积指数、强度指数与降水在2~4 a较为显著的凝聚共振关系,二者基本为同位相变化;副高脊线位置、西伸脊点与降水具有2 a的凝聚共振关系,二者与降水均呈反位相变化,脊线位置(西伸脊点)的变化明显超前于降水的变化。(3)贵州6—8月出现暴雨天气时,副高脊线的平均位置具有逐步北推的趋势,且贵州暴雨日数先增加后减少,西伸脊点具有逐步西进的趋势,且贵州暴雨日数逐步增加;当脊线位置位于25°—29°N或西伸脊点位于90°—100°E时贵州暴雨日数最多。     

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。     

渭河流域2011年9月16—19日致洪暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,对2011年9月16—19日渭河流域致洪暴雨天气过程诊断分析,结果发现:巴湖横槽、乌拉尔山阻塞高压、低涡切变和副热带高压为连续暴雨的产生提供有利的环流天气背景条件。低涡切变的维持为大降水的产生提供了充分的动力抬升条件。低层辐合和高层辐散的有利配置加上旺盛深厚的垂直上升运动,将低层高温高湿的水汽抽吸到雨区上空。雨区位置随200hPa急流南压而南移,暴雨区与850hPa偏东急流位置对应较好。巴湖横槽转竖,引导冷空气大举南下,预示着持续阴雨天气结束。     

北半球极涡指数对高原夏季降水的影响

利用奇异值分解方法(SVD)分析了夏季降水对极涡面积和极涡强度指数的响应,研究发现,冬季北半球极涡指数场与高原夏季降水场,在青海省大部分是明显的负相关区域,西藏大部分以正相关为主;春季北半球极涡指数场与西藏和青海夏季降水场为正相关。冬季12月极涡指数与高原夏季6月降水的相关,自高原东南部到西北部呈“+-+”分布;冬季1月极涡指数与高原夏季7月降水相关,南北呈“+-”分布,西藏为正相关,青海为负相关;冬季2月极涡指数与高原夏季8月降水,除柴达木盆地北侧、西藏西部为弱的负相关外,其余地区均为正相关。      

7月南半球500hPa极涡异常的度量及其与极区增暖的联系

利用ECMWF月平均再分析资料,构造了500hPa7月南极极涡面积、强度指数。结果表明,定义的面积及强度指数为两个独立参数,通过分析南半球高纬度地区500hPa位势高度场EOF的主要模态以及典型年份的南极极涡差异,表明强度指数比面积指数更能代表极涡的强度变化。7月500hPa南极极涡强度指数与同期南半球高纬地表温度的变化趋势一致,下垫面的加热作用与南极极涡强度变化联系密切,在全球变暖背景下极涡面积收缩与热带扩张存在联系。     

夏季南亚高压和西太副高活动特征指数与中国东部降水分布的联系

为了进一步研究夏季南亚高压（South Asia High,SAH）与西太平洋副热带高压（West Pacific Subtropical High,WPSH）活动特征指数变化及其互动作用对我国东部降水的影响,利用2001-2020年高分辨率ERA5再分析资料分析了南亚高压和西太副高的夏季逐候强度指数、面积指数、脊线位置和东西伸脊点的演变特征,并针对两者同强同弱和经纬向位置远近情形下对比分析了两者互动作用对我国东部降水的影响。结果表明：（1）南亚高压和西太副高的强度指数与面积指数变化均呈较明显的正相关,特别是南亚高压的脊线位置、强度指数和面积指数的变化有较好的一致性,即：南亚高压脊线越偏北（南）,其强度和面积指数均越大（小）。（2）夏季南亚高压东伸脊点和西太副高西伸脊点的逐候平均位置变化具有“相向而行、相背而去”的互动趋势,南亚高压纬向位置的突变晚于经向位置的突变,间隔时间约4候。（3）两者同强同弱年与我国东部降水有较好的相关性,即当两者同时偏强（弱）时,长江中下游地区降水偏多（少）,华南地区降水偏少（多）。两者经纬向相对位置的异常对我国东部降水有一定的影响,即：当两者经纬向异常靠近时...