淮河流域持续性强降水过程的环流变化特征

利用淮河流域4省20：00-次日20：00逐日降水量资料,界定了1961-2006年淮河流域持续性强降水过程,并利用NCEP资料,应用合成分析方法对强降水过程和前期环流特征进行了研究。结果表明,从持续性强降水开始之前到强降水过程中乌拉尔山附近阻高减弱,贝加尔湖以北到鄂霍次克海附近的阻高偏强;西太平洋副热带高压在500hPa上表现为西伸北抬,但在850hPa上西伸明显,基本无北抬;南亚高压范围明显扩大,尤其是淮河流域以北地区200hPa高度明显增大,在中国东部到日本上空200hPa急流中心也有明显变化。850hPa西南急流的建立与西太平洋副热带高压的西伸有关,同时乌拉尔山附近高压减弱,冷空气南下,东西气压梯度增大也有利于西南急流的建立。     

2003年夏季中高纬度环流与淮河流域降水

研究了 2 0 0 3年夏季中高纬环流特征以及乌拉尔山、鄂霍茨克海和贝加尔湖三个地区阻高指数逐候的变化情况。 6月下旬至 7月上旬东亚中高纬出现“双阻”形势 ,造成淮河流域持续一个多月的集中强降水 ,但是在 7月底 ,鄂霍次克海阻高再度建立并持续 ,致使盛夏西太平洋副热带高压较常年偏南 ,所以雨带的位置也未能北移。因此 2 0 0 3年夏季主要雨带维持在淮河流域     

2008与1969年冬季持续性雨雪过程对比分析

利用安徽省降水量资料和NCEP资料对1969年与2008年冬季两次超过半月的持续性雨雪过程进行分析。结果发现:强降水过程之前都有一次阻塞高压较明显增强过程,而强雨雪过程则始于阻塞形势减弱期,当乌拉尔山阻高指数锐减到谷值前后的1～2天,同时伴有偏强的西南气流,会有一次较为明显的降水增强的过程。500hPa环流形势2008年为经向型,冷暖空气均较强,持续性雨雪期间有4次强雨雪天气过程;而1969年环流较为平直,雨雪天气持续较长,但基本无强雨雪过程。通过准双周振荡分析发现1969年持续性雨雪期间的水汽源地主要为南海,2008年水汽则同时来源于南海和孟加拉湾。     

基于集合预报的持续性强降水可预报性评估方法研究

利用集合预报成员初值误差在大气相空间中增长方向不同的特点,结合模式检验方法,构建持续性强降水可预报性评估指数(Index of Composite Predictability,ICP),为持续性强降水可预报性及数值预报误差增长机理研究提供科学方法。ICP综合评估指数包括三个数学模型:集合预报成员单一评估指数定义、集合预报成员综合评估指数定义和集合预报成员预报能力定义。利用中国国家气象中心T213全球集合预报资料,选取江淮流域2010年6月17—25日和2011年6月4—12日2次持续性强降水过程,进行ICP综合评估指数应用试验,其中,单一评估指数选取中雨公平成功指数ETS、500 hPa高度场均方根误差分别代表模式降水预报能力和环流形势预报能力。结果显示:可预报性评估指数ICP可有效挑选出预报最好和最差的集合预报成员,两者对持续性强降水过程的大尺度环流系统、中尺度影响系统、降水过程预报差异显著,预报最好成员对影响持续性强降水的大尺度环流形势(阻塞高压、西太平洋副热带高压和东亚大槽)的位置和强度及演变过程、低层中尺度影响系统(如切变线和西南低涡)发生发展过程预报,以及降水发生时间和落区预报与实况更接近,预报更成功,持续性强降水可预报性综合评估指数ICP合理可靠。     

2007年淮河流域雨季暴雨多尺度环流分析

使用NCEP/NCAR 1°× 1°逐日再分析资料、风云2号气象卫星亮温(TBB)资料,分析2007年淮河流域梅雨期降水的多尺度特征.结果表明,2007年梅雨期暴雨集中在淮河流域,其中从6月30日-7月8日.沿淮淮北连续9 d暴雨、大暴雨,降水集中程度和降水强度均超过2003年,导致淮河流域发生仅次于1954年大洪水.雨季期间乌拉尔山附近的阻塞高压频繁出现;西太平洋副热带高压偏强,且位置稳定;强盛的季风涌将充沛的水汽输送到淮河流域一带与中高纬度干冷空气频繁交汇.西太平洋副热带高压稳定偏强、强盛的季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原对流扰动东传的有利配置导致2007年淮河流域集中强降水.     

1998及1999年乌山阻高突变对长江中下游大暴雨过程的影响

1998年和1999年在长江中下游地区发生了特大暴雨,为了了解这两年长江中下游地区强暴雨系统的大尺度环流背景和寻找发生大暴雨的前兆因子,我们分析研究了乌拉尔山地区阻塞高压的逐日变化对长江中下游地区强暴雨过程的影响.本文利用1 9 9 8年6月、7月和1 9 9 9年6月逐日12:00(世界时,下同)500 hPa高度场和乌拉尔山及附近地区(45.～65.N,30.～100.E)的阻塞高压强度指数(UBHII)资料.重点分析研究了这两年长江中下游地区大暴雨发生前后的UBHII和环流的逐日变化特征,发现这两年持续性大暴雨过程均发生在乌山阻高从强高峰向低谷下降期间,即在长江中下游地区发生大暴雨过程之前乌山阻高就先有一个突变.若欧亚环流比较稳定,则长江中下游地区降水较少.这个研究结果说明乌山阻高从异常加强期向减弱期转折这一特征是1998及1999年长江中下游地区将要发生特大暴雨过程的重要前兆之一.文中还对1998年7月下旬和1999年6月下旬欧亚地区逐日500 hPa高度的环流演变过程作了分析探讨,特大暴雨的产生必须同时有强冷空气与强暖湿气流的相互作用,在乌山阻高开始建立和加强期,亚洲上空环流比较稳定,长江中下游上空缺乏冷暖气流的剧烈活动,所以没有明显的降水过程.而乌山强阻高开始减弱是强冷空气开始活动的一个重要标志,也是长江中下游地区发生大暴雨过程的重要前兆之一.     

1998胪1999年乌山阻高突变对长江中下游大暴雨过程的影响

1998年和1999年在长江中下游地区发生了特大暴雨,为了了解这两年长江中下游地区强暴雨系统的大尺度环流背景和寻找发生大暴雨的前兆因子,我们分析研究了乌拉尔山地区阻塞高压的逐日变化对长江中下游地区强暴雨过程的影响.本文利用1 9 9 8年6月、7月和1 9 9 9年6月逐日1200(世界时,下同)500 hPa高度场和乌拉尔山及附近地区(45.～65.N,30.～100.E)的阻塞高压强度指数(UBHII)资料.重点分析研究了这两年长江中下游地区大暴雨发生前后的UBHII和环流的逐日变化特征,发现这两年持续性大暴雨过程均发生在乌山阻高从强高峰向低谷下降期间,即在长江中下游地区发生大暴雨过程之前乌山阻高就先有一个突变.若欧亚环流比较稳定,则长江中下游地区降水较少.这个研究结果说明乌山阻高从异常加强期向减弱期转折这一特征是1998及1999年长江中下游地区将要发生特大暴雨过程的重要前兆之一.文中还对1998年7月下旬和1999年6月下旬欧亚地区逐日500 hPa高度的环流演变过程作了分析探讨,特大暴雨的产生必须同时有强冷空气与强暖湿气流的相互作用,在乌山阻高开始建立和加强期,亚洲上空环流比较稳定,长江中下游上空缺乏冷暖气流的剧烈活动,所以没有明显的降水过程.而乌山强阻高开始减弱是强冷空气开始活动的一个重要标志,也是长江中下游地区发生大暴雨过程的重要前兆之一.     

中国冬季两类极端低温事件特征及其大气环流成因分析

近年来,中国冬季极端低温事件逐渐增多,其天气表征和成因存在很大差异。本文将极端低温事件分成大范围持续性低温事件(EPECE)和普通寒潮事件(CWE)两类,对其特征和大气环流成因进行了分析。结果表明:CWE平均维持3～5天,过程期间降温迅速并很快升温、降水出现在过程前期;而EPECE平均维持超过15天,降温幅度更大、降温范围更广、降水主要在过程后期。进一步分析环流成因发现,在EPECE中,事件开始前11(-11)天时对流层波动出现异常信号并上传,平流层极涡中心偏东,-9天时出现异常向东扩展的反气旋式Rossby波破碎(AWB)又将能量下传至对流层,阻塞高压异常向东扩展至90°E,阻塞强度最大超过24,阻塞频率最大超出气候态50%,西伯利亚高压的强度增强到1053 hPa。上述异常维持至过程发生后7(+7)天,从而使得冷空气爆发时降温剧烈、持续时间长。而CWE中前兆信号出现相对较晚,-3天时平流层极涡中心位于极点附近,伴随第0天出现AWB,乌拉尔山地区阻高异常局限在60°E附近,阻塞强度最大超过20,阻塞频率最大超出气候态45%,西伯利亚高压强度达到1050 hPa。+3天后,各环流系统的异常几乎消失,因而降温虽然剧烈但维持时间较短。     

2003年 8月 21-22日辐合气流暴雨天气过程总结

本文综合应用天气图、静止卫星云图、物理量诊断场,分析了 2003年 8月 21～ 22日黑龙江省大范围强降水过程.分析了乌拉尔山阻高、副热带高压和冷暖空气在暴雨天气过程中的作用.得出有预报指示意义的特征.并对日本传真图的降水预报能力进行了检验分析.在暴雨预报中也具有一定的预报意义.     

大范围持续性强降水过程与30～60 d低频降水的联系及其预报指数

研究低频振荡是目前开展强降水过程延伸期预报的有效途径。利用1981—2010年中国753站逐日的降水观测资料、NCEP/NCAR第二套再分析资料及实况天气图等资料,分析大范围持续性强降水过程与30～60 d低频降水的联系,并根据前期低频信号构造强降水过程预报指数。研究表明,(1) 大范围持续性强降水过程与低频降水紧密相联,低频降水对强降水过程有显著贡献。在30～60 d低频降水显著年,强降水过程均发生在低频降水峰值阶段;但对于低频降水而言,仅有56%的峰值阶段发生强降水过程。(2) 当低频降水峰值阶段发生强降水过程时,来自东北亚和南海的低频位势高度低值系统在长江中下游汇合,“南北高、中间低”的低频位势高度分布有利于低频气流强烈辐合,并在经向上形成两个完整的反向低频垂直环流圈,促进了上升运动发展,导致强降水过程发生;而对于低频降水峰值未发生强降水过程的情况,北方冷空气南下较弱,高纬度低频影响系统位置偏北,长江中下游附近表现为“南高北低”的低频位势高度分布和单圈垂直环流,不利于低频气流强烈辐合。(3) 综合高、中、低纬的前期低频信号构造了强降水过程预报指数,对延伸期(10～25 d)长江中下游大范围强降水过程预报具有参考价值。      

高层大气三维热力结构异常及其遥相关特征对江淮流域旱涝的影响

文中分析了江淮流域旱涝过程与南北半球经向波列遥相关特征,结果表明,前期赤道地区高层大气的三维热力结构异常与中国江淮流域夏季旱涝异常存在显著相关。进一步研究发现,江淮流域夏季旱、涝年与前期春季低纬高层大气热力结构呈显著的反位相特征,且两者垂直方向均呈跨越南北半球经向波列结构特征,该波列扰动源可追溯到南极冰盖强信号因子。采用EP通量诊断分析可进一步揭示出与江淮流域旱涝过程相关的经向波列传播及高层大气波射线折射特征。     

2011年7月七大江河流域气候特点及降水异常成因分析

利用国家气候中心723站降水和气温资料、JRA-25和NCEP/NCAR I再分析资料数据集、NOAA气候预测中心海温资料等,采用线性趋势、动力诊断、相关分析、小波分析等方法,开展2011年7月我国七大江河流域气候特点及其变化特征研究,揭示长江流域主汛期降水异常的可能机理。结果表明：2011年7月七大江河流域降水量总体偏少,长江流域降水属异常偏少;流域气温持续气候变暖特征,以松嫩流域异常偏暖最为显著。降水变化线性趋势显示：珠江流域和长江流域为线性增加型;淮河流域为基本不变型;辽河流域、海河流域、黄河流域和松嫩流域为线性减少型。但降水具有显著年际变化外,长江流域、淮河流域、海河流域、黄河流域等具有显著年代际变化周期。2011年7月长江流域降水异常偏少的主要原因：大气对赤道中东太平洋外强迫的响应持续着La Nina的形态;副热带高压异常活动与东亚南风环流强度指数偏弱;长江流域整层水汽收支显著亏损,降水效率低。     

等熵位涡在一次淮河流域大暴雨分析中的应用

利用NCEP/NCAR 1°×1°逐日再分析资料、常规气象观测资料,通过等熵位涡理论对淮河流域2009年9月24—25日的大暴雨过程进行分析。结果表明:淮河流域对流层低层的中尺度低涡的发生发展与此次暴雨密切相关;315 K等熵位涡高值中心的移动和强度变化很好地反映出中尺度低涡系统的发展变化情况,其移动方向与雨带走向一致,降水落区主要位于等熵位涡高值中心轴线移动方向右侧的强西南气流处,对应于345 K等熵面上干冷空气移动方向前部的暖湿区内;在暴雨发展强盛时期,淮河流域暴雨区上空从对流层高层至低层均存在明显的正等熵位涡平流,干冷空气的侵入使得低涡加强发展,辐合上升运动增强,有利于暴雨的增幅,这是引发此次暴雨过程重要的触发机制。     

2015年夏季气候异常特征及其成因简析

2015年夏季,全国平均降水量297.6 mm,较常年同期偏少8.5%,空间分布呈“北少南多”的显著特征,长江中下游及江淮地区降水显著偏多,梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。进一步研究表明,2015年5月以来热带印度洋海温一致偏暖模态正位相发展,激发出西升东降的局地异常纬向环流,有利于西太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西。加强西伸的西太平洋副热带高压造成我国东南部地区西南低空急流频发,强度偏强。低空急流将来自南海的水汽向江淮等地输送,并激发不稳定能量释放,有利于对流活动的发展和降水的产生,导致梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。     

热带西太平洋对流活动与中国夏季降水

利用 1 979～ 2 0 0 3年月平均射出长波辐射 (OLR)资料 ,分析了中国夏季江淮多 (少 )雨年的同期及前期热带太平洋地区OLR场分布特征。通过定义和计算OLR对流强度指数 ,探讨对流活动与中国夏季雨型的关系。结果表明 ,夏季热带西太平洋地区平均对流活动强度与同期江淮地区降水有很好的反相关关系 ,即当热带西太平洋地区对流活动强时 ,江淮地区降水易偏少 ,当对流活动弱时 ,江淮地区降水易偏多。不仅如此 ,前期冬、春季对流活动强度与夏季对流活动强度有明显的正相关关系 ,则可利用前期冬、春季对流活动强度对当年中国夏季降水趋势进行预测和补充订正。因此 ,热带西太平洋地区对流活动强弱对于中国夏季降水预测有一定的指示意义。     

历史上的淮河洪水

2003夏季淮河流域发生了自1991年以来最为严重的洪涝灾害。为了更进一步认识淮河洪水的历史背景，根据史料反演得到的历史上淮河流域洪涝资料以及降水量观测资料分析了1470-2002年该地区的洪涝发生情况。根据淮河流域的洪水在全国范围降水分布和其他地区的关系分类，淮河降水主要有两种类型：第一种是长江淮河型，雨带集中在长江下游，也包括淮河；第二种是华北南部型，降水主要集中在华北南部和淮河。通过分析这两种类型的降水分布与对应的500hPa高度场的关系，得知淮河洪水和大气环流的异常有着紧密的联系，进一步研究洪水发生的规律，了解其形成的大气环流机制将有助于淮河的防洪抗汛工作。     

淮河流域夏季极端降水频次空间分布的客观分类及其形成机理

本文基于1961～2016年淮河流域四省（江苏、安徽、河南、山东）逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:（1）淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在32°～36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;（2）南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;（3）南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。     

淮河流域夏季降水异常与若干气候因子的关系

基于旋转经验正交函数分解 (REOF) 方法探讨淮河流域1961—2010年夏季降水与厄尔尼诺/南方涛动 (ENSO)、北大西洋涛动 (NAO)、印度洋偶极子 (IOD)、太平洋年代际振荡 (PDO) 之间的关系,并进一步分析各气候因子不同位相单独以及联合对淮河流域夏季降水的影响。结果表明:淮河流域夏季降水与ENSO,PDO,NAO,IOD等气候因子具有较稳定的相关性,其中,PDO和IOD是影响淮河流域夏季降水的关键因子,且PDO与夏季降水呈显著负相关关系;各气候因子的冷暖位相单独及联合对淮河流域夏季降水的影响不同,PDO的冷期以及NAO,IOD冷位相使流域北部的夏季降水量呈显著增加趋势,PDO分别联合ENSO,NAO和IOD的冷、暖位相对流域北部地区和淮河上游地区的夏季降水影响显著。     

1961—2008年淮河流域主汛期极端降水事件分析

利用淮河流域117个台站1961－2008年主汛期（6－8月）逐日降水资料,采用降水百分位数法划分极端降水阈值,建立极端降水事件时间序列;在此基础上揭示淮河流域极端主汛期降水事件时空演变特征。结果表明：淮河流域主汛期极端降水总量年际变化大,其强弱与旱涝格局基本对应。极端降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着淮河流域主汛期降水量。一致性分布是淮河流域主汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态,其发生频次空间上可分为流域中东部、中北部、西南部、西北部及南部5个主要区域。极端降水事件总体上有增加趋势,特别是流域