登陆热带风暴“Bilis”维持和暴雨增幅与低纬水汽输送的关系及其数值试验

采用WRF中尺度数值模式、NCEP/NCAR再分析资料、地面加密观测资料和JMA最佳路径数据集对0604号强热带风暴“Bilis”的水汽输送特征进行诊断分析与数值模拟。结果表明,“Bilis”登陆后,一直与低纬水汽通道相联结,索马里和80～100 °E越赤道气流异常活跃,将大量水汽输送到“Bilis”环流中,有利于其在陆上长久维持并引发沿途暴雨增幅。对“Bilis”的维持过程进行数值模拟和水汽敏感性试验结果显示,低纬水汽输送的减弱不利于登陆热带风暴“Bilis”的维持和暴雨增幅,索马里和80～100 °E越赤道气流的持续水汽补充有助于“Bilis”环流在陆上长久维持,减少外界水汽尤其是索马里越赤道气流的水汽输送后,TC暴雨强度和范围衰减十分剧烈。来自低纬水汽输送减弱不利于热带风暴中的强对流活动,不利于“Bilis”获得能量长久维持,雨量也随之相应减少。      

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

应用拉格朗日方法研究四川盆地暴雨的水汽来源

基于拉格朗日方法的轨迹追踪模式HYSPLIT v4.9可用来追踪水汽的来源以及运行轨迹。结合应用拉格朗日方法与欧拉方法,通过分析四川盆地2013年6月29日—7月2日、7月7—11日和7月15—19日三次暴雨过程来研究孟加拉湾地区的水汽通道对四川盆地暴雨的影响。分析结果表明：影响这三次暴雨过程的水汽通道均有多条,但其中最为主要的均为来自孟加拉湾的水汽通道。孟加拉湾水汽输送在低空环流系统的作用下,一部分是直接越过云贵高原输送向四川盆地,另一部分是绕过云贵高原在南海地区与南海水汽以及越赤道水汽在西太副高外围东南气流的作用下一并输送到四川盆地;其中在南亚季风强大的西南气流作用下,孟加拉湾大气河中的水汽主要越过云贵高原输送向四川盆地。同时分析对比了孟加拉湾水汽输送通道与大气河(Atmospheric River)之间的异同点,发现孟加拉湾水汽输送通道与大气河之间存在着一定的相似性。     

索马里越赤道气流的变化特征及其对西北地区东部夏季降水的影响*

利用NECP/NOAA再分析资料,建立了越赤道气流强度的表征指标,分析了索马里越赤道气流的变化特征及其与西北地区东部夏季降水的相关性,并从大气环流和水汽输送方面初步探讨了索马里越赤道气流对西北地区东部降水的影响。研究表明:索马里越赤道气流呈增强的趋势。夏季索马里越赤道气流强度有10、14、23 a的变化周期,且与西北地区东部降水有很好的相关性,尤其6月超过99%的置信度检验;索马里越赤道气流强盛时,东亚地区会出现异常东风,同时在欧亚大陆上空易形成西北地区东部降水偏多的500 hPa环流型,增强印度洋和孟加拉湾的水汽输送,从而造成西北地区东部降水偏多。     

2011年6月娄底久旱转暴雨天气特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP／NCAR1°×1°和2．5°×2．5°全球再分析资料,对2011年6月娄底市久旱转暴雨天气过程环流演变特征等进行详细分析。结果表明,大气环流形势的调整,特别是纬向环流向经向环流的演变,是久旱转雨的前提条件。经干旱期间与暴雨时段大尺度环流场前后对比分析得出,干旱期间500hPa高度场长期维持“西高东低”环流形势,暴雨时段环流场迅速调整为“东高西低”。干旱时期水汽输送条件弱是干旱发生的重要原因,暴雨期间西南气流加强,水汽输送通道建立,这种水汽输送形势有利于强降水形成和发展。     

2010年7~8月东北地区暴雨过程的水汽输送特征分析

本文根据影响天气系统和雨带位置的不同将2010年7~8月东北地区出现的22个暴雨日划分成了三类暴雨,在以欧拉方法分析了各类暴雨的水汽输送和收支的基础上,利用基于拉格朗日方法的轨迹模式(HYSPLIT v4.9),模拟计算了各类暴雨的水汽输送轨迹、主要通道以及不同源地的水汽贡献。结果表明,影响暴雨的水汽输送通道有三支,一支是沿西太平洋副高边缘东南气流的水汽输送,另一支是起源于南海北部向北偏东气流的水汽输送,第三支是西风带西北气流的水汽输送。第一类暴雨中,来自于西太平洋通道和南海通道的水汽输送大体相当,均很重要,两者可以占总水汽输送的87.4%。第二类暴雨中,水汽输送路径偏东,西太平洋通道的水汽输送贡献可达近70%。第三类暴雨中,虽然西太平洋通道水汽输送仍占主导地位,但北方通道的水汽输送也变得不可忽视。西太平洋通道的水汽沿途损失较小,并主要被输送到东北地区850 hPa及以下的大气之中,而南海通道的水汽沿途损失较多,与北方通道的水汽一样,主要被输送到东北地区850 hPa以上的大气之中。     

华南前汛期降水异常年水汽输送特征分析

基于华南地区76个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLIT_4),分析了1980—2011年华南前汛期锋面降水和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽贡献率。结果表明:锋面降水阶段气流轨迹主要有来自西北太平洋的东风气流、阿拉伯海-孟加拉湾的西风气流和欧亚大陆的西北冷空气。在锋面降水偏多年,西北太平洋的东风气流水汽输送贡献为69%,比偏少年多14%,阿拉伯海-孟加拉湾的西风气流输送贡献为20%,比偏少年少10%,此阶段受来自西北太平洋的水汽影响较大。季风降水阶段气流轨迹主要有来自北印度洋的越赤道气流、西北太平洋的东风气流和欧亚大陆的西北冷空气,在季风降水偏多年,来自北印度洋的越赤道水汽输送贡献为88%,比偏少年多18%,而西北太平洋的水汽输送贡献为7%,比偏少年少15%,此阶段受西南越赤道气流的水汽输送影响较大。     

2008年5—6月华南地区强降水过程的大尺度环流背景

利用华南地区逐日降水量资料以及美国NCEP/NCAR逐日再分析资料,对2008年5—6月华南连续强降水过程的大尺度环流、水汽输送及其与南半球相联系的环流背景进行分析。结果表明:(1)强降水期间西太平洋副高偏强,位置偏西偏南;鄂霍次克海地区多有阻高出现,形成一脊两槽的经向环流形势,有利于冷空气分裂南下与西南暖湿气流交汇。(2)4次强降水期间索马里急流的水汽输送均异常偏强,孟加拉湾及南海的水汽输送亦偏强;4次降水过程的水汽输送特征又有所差异。(3)4次强降水过程的发生与越赤道气流及南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的加强密切相关,索马里越赤道气流的特别强劲是华南发生暴雨的主要原因之一。前期马斯克林高压、澳大利亚高压以及索马里、西太平洋越赤道气流的异常活动,对于华南强降水过程具有预报指示意义。     

2014年5月中旬江西地区暴雨天气过程水汽输送特征分析

利用NCEP 1°×1°的fnl资料、地面观测资料和GDAS资料,分析了2014年5月16—17日江西地区暴雨天气过程的水汽输送特征,同时使用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了模拟。结果表明:此次暴雨过程的水汽主要来自大西洋、西太平洋和印度洋,其中来自大西洋的水汽经赤道东风带输送至西太平洋,与来自西太平洋的水汽汇合后一部分直接输送至江南,另一部分继续向东北方向输送至日本海域附近转向,经我国华北向南输送至江南一带;来自印度洋的水汽,经孟加拉湾和南海输送至中国江南暴雨区。来自西南、东南和东北方向的气流在我国南方上空辐合,辐合中心值高达300×106 kg/s,且辐合趋于纬向型。利用Hysplit模式对此次暴雨区不同高度的水汽来源及输送路径进行后向轨迹模拟,结果与利用流函数和势函数分析出的水汽输送源地和路径基本一致。     

基于HYSPLIT模式的济南机场一次暴雨过程的水汽输送特征分析

利用NCEP再分析资料,结合HYSPLIT轨迹模式对 2018年6月25日发生在济南遥墙国际机场的一次大暴雨过程的水汽条件及输送过程进行分析。结果表明：此次大暴雨的水汽输送通道主要有3支,一支是源自对流层中层的西北气流输送,另一支是西太平洋上副热带高压边缘东南气流输送,第三支是南海上空向北的气流输送,三支通道中,西太平洋通道和南海通道对暴雨的水汽贡献最大,分别为46%和42%,来自西北通道的水汽输送相对较少,它对暴雨的水汽贡献仅为12%;进一步的分析表明,在850 hPa以下的对流层底部,来自西太平洋通道的水汽输送占据主导地位,而在700 hPa以上的对流层中层,则是来自南海通道的水汽输送占据主导地位。     

南海至西太平洋一带夏季低空越赤道气流和季风的初步研究

本文对南海至西太平洋一带夏季低空越赤道气流的情况和西南季风的来源,进行了初步研究。发现:(1)就气候平均而言,东非低空急流的影响范围,包括印度南部、孟加拉湾南部直到中南半岛南部和南海南部。在这一范围内,夏季月平均西南季风强度的年际变化十分一致;(2)夏季在中南半岛南部、南海南部,西南季风的主要来源是上游印度、孟加拉湾地区,直接来自南半球的气流比重不大。而热带西北太平洋的西南季风,则主要来自南半球;(3)在110-140°E 的赤道地区,并不存在一支主要的越赤道气流;(4)在150°E 附近的新几内亚东岸,有一条越赤道气流的通道。热带西北太平洋的西南季风,主要就是这支越赤道气流转向而成(但似乎要求这支气流的南风分量强度超过某一下限,即存在一阈值,才能对西北太平洋的西南季风变化有影响)。新几内亚岛上的山脉,对南半球东南信风的阻挡,是形成这支越赤道气流的重要原因之一;(5)大致在15°N 以南的南亚至西北太平洋地区,其西南季风主要由二支气流构成:一支在非洲东岸附近越过赤道,成为东非低空急流,经印度南部,往下游一直影响到南海南部;另一支在新几内亚东岸附近越过赤道,转向成西南气流影响西北太平洋。     

两次秋季北上台风引发东北地区暴雨的水汽特征

利用ERA5 0.25°×0.25°高分辨率再分析资料、实况融合降水资料、台风最佳路径数据集、HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model)后向轨迹追踪模型等资料,对2019年13号台风"玲玲"和2012年15号台风"布拉万"引发东北地区暴雨的水汽特征进行分析。研究表明:两次台风最大湿层厚度达200 hPa附近,700 hPa以下比湿大于10 g·kg^-1,高比湿主要集中在850 hPa以下的低层,台风的水汽分布具有明显的非对称结构特征。整层积分水汽通量散度与暴雨落区有一定的对应关系,尤其和降水强度对应。东北地区周边海域的水汽对东北暴雨的水汽供应很关键,源在日本群岛东部的西北太平洋的东南水汽通道是最重要的水汽通道。西南太平洋或阿拉伯海,包括欧拉方法研究发现的孟加拉湾较远距离的水汽输送存在,但是并非是东北台风暴雨的主要贡献者。     

EFFECTS OF LOW-LATITUDE MONSOON SURGE ON THE INCREASE IN DOWNPOUR FROM TROPICAL STORM BILIS

By using the dataset of CMA-STI Tropical Cyclone Optimal Tracks, NCEP/NCAR reanalysis and intensive surface observations, a study is performed of the influences of a low-latitude monsoon surge on the longer persistence and increase in torrential rains from the landing tropical storm Bilis. Results suggest that the southwest monsoon was anomalously active after Bilis came ashore. The westerly winds in Bilis’s south side might give rise to the poleward movement of the SW monsoon, thus enlarging the pressure g...     

近50a东北冷涡暴雨水汽源地分布及其水汽贡献率分析

用HYSPLIT v4.9轨迹追踪模式,以分辨率为2.5°×2.5°的再分析资料驱动模式,对东北地区308例冷涡暴雨过程中的目标气块,进行后向轨迹追踪模拟。结果显示东北冷涡暴雨主要有4个水汽源地,(Ⅰ)西太平洋及相邻海域(包括鄂霍次克海、日本海、黄海、渤海和东海)水汽贡献率最大,平均水汽贡献率达39.8%;依次是(Ⅱ)孟加拉湾—南海海域为32.1%;(Ⅲ)欧亚大陆,尤其是贝加尔湖附近为20.9%;(Ⅳ)东北地区的水汽贡献率最小,仅为7.2%。欧亚大陆主要输送700 hPa高度附近的干冷气团,而各海域则输送800 hPa高度以下的暖湿气团。     

低纬季风涌影响登陆台风“榴莲”（0103）和“碧利斯”（0604）暴雨增幅的比较

以2001和2006年盛夏登陆中国南方并造成巨大灾害的两次热带气旋过程为例,利用＂CMA-STI热带气旋最佳路径数据集＂、NCEP/NCAR再分析资料及地面加密观测资料,对2001年0103号＂榴莲＂和2006年0604号＂碧利斯＂热带气旋陆上维持和暴雨增幅的大尺度环境场及成因进行了对比分析。结果表明：1）＂榴莲＂登陆后与中纬度西风槽发生相互作用,构成了典型的＂北槽南涡＂天气形势,＂碧利斯＂登陆后受西太平洋副高、北方大陆高压坝和南侧副高向西南方向延伸的高压脊所包围,有利于其环流维持。2）＂榴莲＂和＂碧利斯＂陆上维持期间越赤道气流明显增强,但是在＂榴莲＂活动期间,100°E附近越赤道气流表现突出,而在＂碧利斯＂陆上活动期间,80°E附近越赤道气流尤为显著,它们都增强了当时的西南季风,把大量来自热带海洋的水汽注入登陆后减弱的＂榴莲＂和＂碧利斯＂环流,使其非但没有很快减弱消亡,反而能在登陆后长时间维持不消。3）2001和2006年东亚夏季风存在明显低频振荡,2001年低纬夏季风10～20d低频振荡显著,而2006年则以30～60d低频振荡为主,由不同低频振荡周期表示的低纬季风涌均存在明显的北传特征。当低频振荡处于极端活跃位相时,季风涌最为强盛并侵入＂榴莲＂和＂碧利斯＂环流系统,正好对应着当时的台风暴雨剧烈增幅。此外,低频气流的辐合和低频水汽输送也是＂榴莲＂和＂碧利斯＂暴雨增幅的重要原因。     

南海西南季风爆发日期及其影响因子

利用1950～1999年NCEP全球格点日平均资料,在总结南海西南季风爆发前后850 hPa大气环流特征的基础上,提出了一个较为客观的确定南海西南季风爆发日期的大气环流方法.在与1980～1991年其他多种指标确定的爆发日期比较后,作者认为该大气环流方法所确定的爆发日期基本合理,并给出了1950～1999年各年南海西南季风爆发的日期.通过合成对比分析和相关分析发现,前期热带太平洋地区海温异常分布是影响南海西南季风爆发早晚的重要因素.菲律宾以东洋面海温偏高,赤道太平洋中部偏东地区海温偏低,可以使低层西太平洋副高减弱、高层中东太平洋洋中槽加深,印度洋热带地区偏西风偏强,印度洋-太平洋热带地区Walker环流偏强,为热带对流在孟加拉湾-南海地区发展提供了有利的环境.在孟加拉湾南部偏西气流的作用下,南海地区对流活动较为容易发展起来,低层较弱的西太平洋副热带高压也容易较早地撤出南海上空,使得南海西南季风较早爆发.反之亦然.     

我国东、西部夏季水汽输送特征及其差异

本文利用ERA-40再分析每日资料分析了我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季1971～2000年气候平均的水汽输送特征及其差异, 分析结果表明我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季气候平均的水汽输送特征有明显的差异。由于亚洲夏季风从孟加拉湾、 南海和热带西太平洋输送大量水汽到我国东部季风区, 故在东部季风区夏季经向水汽输送通量比纬向水汽输送通量大。而西北干旱—半干旱区受中纬度西风带的影响, 夏季纬向水汽输送通量比经向水汽输送通量大, 且此区域夏季无论纬向或者经向水汽输送通量均比东部季风区的水汽输送通量小一量级。并且, 分析结果还表明: 我国东部季风区由于湿度大, 故夏季水汽输送通量的散度不仅依赖于湿度平流, 而且依赖于风场的辐合、 辐散, 而西北干旱—半干旱区夏季水汽输送通量的散度主要依赖于湿度平流。此外, 分析结果还表明了我国东部季风区的水分平衡与西北干旱—半干旱区的水分平衡也有明显的不同。     

“双峰”期孟加拉湾风暴对西南水汽输送的贡献

5月和10～11月是孟加拉湾风暴活动的两个"峰值"期, 风暴对西南水汽输送有重要影响, 本文利用2001～2010年10年的JTWC(Joint Typhoon Warning Centre)风暴资料和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)1°×1°再分析资料, 研究风暴"双峰"期对西南水汽输送的贡献, 结果表明:风暴水汽向北输送最强, 其次是向东输送, 其它方向的输送较弱;在风暴中心区域及西南水汽通道, 各层和整层的 通量均大于气候平均值, 风暴的西南水汽输送特征显著;两个"峰值"期风暴的经向水汽输送比纬向几乎大一倍, 5月"峰值"期孟加拉湾风暴在西南方向的实际水汽输送总量约是10～11月的2倍, 孟加拉湾风暴前"峰值"期(5月)对水汽输送的影响大于后"峰值"期(10～11月), 孟加拉湾风暴是5月西南水汽输送的主要系统之一。     

Characteristics of Zonal Propagation of Atmospheric Kinetic Energy at Equatorial Region in Asia

Based on the daily NCEP/NCAR reanalysis dataset from 1980 to 1997, the zonal propagations of 850 hPa kinetic energy (KE) and meridional wind (v) at equatorial region are examined respectively. Results show that the strongest center of KE in the tropical Asian monsoon region is located at 75°-90°E, with the secondary over the Somalia low-level jet channel, i.e., about 50°E. East to 90°E, disturbances of both KE and v observed are mainly coming from the western Pacific Ocean and propagating westward to the Bay of Bengal (BOB) passing through the South China Sea. But the propagation directions of both KE and v are rather disorderly between the BOB and the Somalia jet channel. Therefore, the East Asian summer monsoon and the Indian summer monsoon are different in the propagating features of the disturbances of KE and v. Above facts indicate that East Asian monsoon system exists undoubtedly even at the equatorial region, and quite distinct from the Indian monsoon system, it is mainly affected by the disturbances coming from the tropical western Pacific rather than from the Indian monsoon region. The boundary of the two monsoon systems is around 95°-100°E, which is more westward than the counterpart as proposed in earlier studies by 5-10 degrees in longitude.