江淮流域梅雨期持续性强降水及其10～30d低频环流特征

利用1961—2010年中国556站的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用合成分析等方法探讨了江淮流域梅雨期持续性强降水的低频振荡特征及其发生前后低频大气环流场的演变特征。结果表明,江淮梅雨持续性强降水存在显著的10~30 d低频振荡特征。持续性强降水发生时,江淮流域对流层高层受东海低频反气旋西北部的偏西气流控制,使得南亚高压位置偏东,加强了高层的辐散型流场;对流层中层,中高纬度地区存在"+、-、+"的低频位势高度中心,蒙古低频低压使得极地冷空气易于南侵;对流层低层,江淮流域受低频P-J波列西段的台湾岛低频反气旋影响,并伴随强烈的对流活动,此反气旋使得西太平洋副热带高压向更西的位置伸展;因此低层辐合、高层辐散使得江淮流域表现为强烈的低频上升运动,同时低频水汽从孟加拉湾-南海一带输送到江淮流域,为持续性强降水的发生提供了有利的低频环流条件。另外,在持续性强降水发生前后,低层低频正涡度向北、向西传播,高层低频负涡度向南、向东传播,高低层斜压结构明显,共同作用于江淮流域,维持持续性强降水过程。     

2012年夏季华北降水和环流形势的低频振荡特征分析

对2012年夏季华北降水的低频振荡特征和相应的低频环流形势进行了分析,结果表明:2012年华北夏季降水具有显著的10~13 d低频振荡周期,振荡的演变和强降水有很好的对应关系,强降水过程基本发生在振荡的波峰处。强降水发生前,对流层低层在孟加拉湾地区首先出现低频反气旋式环流并逐渐加强,菲律宾至我国南海地区的低频环流系统逐渐向西北方向传播,中高纬西风带上有负低频高度距平东移,其伴随西风槽加深东移。对流层上层伊朗高原低频气旋式环流减弱,随后青藏高原东部低频反气旋式环流加强东移。强降水发生时,来自西北太平洋的低频偏南风和西风槽东移携带的低频水汽,为华北地区提供了充沛的低频水汽。同时对流层高层青藏高原的低频反气旋式环流东移控制我国中东部地区,华北至东北地区为强烈的低频辐散中心,上升运动加强,为降水的发生提供动力条件。对流层各层低频系统的相互配合对华北强降水的发生和维持起到了重要作用。     

江淮流域夏季持续性强降水的低频特征分析

利用1979-2009年夏季(6-8月)中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR的再分析资料以及向外长波辐射资料等,选取低频降水事件来表征江淮流域夏季持续性强降水,然后分析其基本特征及伴随的低频大气环流形势,利用位相合成的方法对该低频信号的来源和传播特征进行研究.结果表明:江淮流域夏季持续性强降水在6-7月份发生次数较多;在持续性强降水期间,江淮流域低层受低频气旋控制,南海至菲律宾海一带则是很强的低频反气旋,该低频反气旋西侧,向北的低频水汽输送将水汽不断送至江淮流域形成辐合;与持续性强降水相关联的850 hPa上的低频信号,来源于黄河河套地区低频振荡的东南向传播和西北太平洋上空低频振荡的西北向传播;在高层,当持续性强降水发生时,江淮流域的西北侧(37.5°N,80 ～100°E)附近为强烈的低频气旋式环流,紧邻该环流的西北侧,则是一个低频反气旋,两者同南海—菲律宾海一带的低频反气旋构成了一个西北—东南向的低频波列;西太平洋副热带高压和南亚高压在持续性强降水期间表现出了显著的相向而行、相背而去的特征.     

中国东南部5—8月持续性强降水和环流异常的准双周振荡

利用1979—2009年夏季(5—8月)中国站点逐日降水资料、NCEP/NCAR大气再分析资料以及向外长波辐射(OLR)资料,分析了中国东南部夏季持续性强降水的低频特征及其伴随的低频大气环流形势,利用超前滞后合成的方法对该低频信号的来源和传播特征进行了研究。结果表明:中国东南部夏季降水存在明显的准双周低频振荡,低频降水事件(持续性强降水)在6月10日前后和7月1日前后发生的次数较多,持续5d的低频降水事件降水量占总低频降水事件的比例最大。在低频降水事件发生时期,中国东南部在低层是很强的低频气旋式环流,而在中国南海至西太平洋一带则是强大的低频反气旋,同时低频的水汽从孟加拉湾北部以及中国南海、菲律宾海一带输送到长江以南地区强烈辐合上升;此时在高层一个低频反气旋控制中国东北部地区,该低频反气旋与其西侧的低频反气旋以及位于中国东南沿海的低频气旋相互配合,使得长江以南地区高层强烈地辐散,加强了低层的上升运动。在超前低频降水7d左右时,大气低层在150°E洋面附近开始出现低频反气旋,逐渐加强并向西移动到达中国东南沿海,而在中国南海一带的低频气旋则向西北移动到长江以南地区,与此同时,副热带高压有一个明显的西伸过程,高低层相互配合最终导致低频降水的发生。     

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。     

夏季南海—菲律宾上空低频热源对东亚环流影响的数值试验

采用钱永甫ｐ－σ五层坐标原始方程模式，研究南海－菲律宾地区上空的低频热源对东亚大气环流的影响。结果表明，当低频热源处于加热位相时，对流层上层澳大利亚上空西风加强，对流层低层１２０°Ｅ处越赤道气流增强，副高位置偏北，此时低层东南风影响我国东部沿海地区的降水；冷却位相时，对流层上层澳大利亚上空西风减弱，对流层低层越赤道气流减弱，副高位置偏南，此时低层西南风造成我国东部沿海的降水。     

影响贵州低频强降水的主要气象因子特征

本文基于贵州低频降水和东亚水汽输送路径,对比分析低频降水多少年的水汽差异和先兆海温差异,得到主要结论有：（1）7月开始在欧亚大陆的中纬度地区开始形成“两槽一脊”的环流形势;8、9月“两槽一脊”环流形势稳固。副热带高压的西伸脊点位于120oE附近,环流形势逐渐稳定,南方地区降水有所减弱;（2）影响贵州地区水汽输送的水汽通道主要为为孟加拉湾、南海和西北太平洋,尤其是从孟加拉湾经中南半岛进入的西南风水汽输送和南半球经南海的越赤道气流;（3）低频强降水年频次多年与拉尼娜事件从准备到爆发再衰弱的不同位相期相对应,低频强降水年频次少年与厄尔尼诺事件从准备到爆发再衰弱的不同位相期相对应     

福建前汛期持续性强降水的大气低频特征分析

本文采用福建1979—2010年66个气象站逐日降水资料和NCEP再分析资料和OLR资料,揭示了福建前汛期降水的低频特征,分析了福建前汛期持续性强降水同期的大气低频特征以及前期低频信号的演变特征,结果表明:(1)福建前汛期降水存在显著的低频周期,出现频率较高的前三个低频周期分别为:10~20、30~60和20~30 d;约63%的年份出现两种以上显著的低频周期;10~90 d低频变化占前汛期降水总方差的20%~30%;(2)前汛期总雨量与降水低频信号的强度呈显著正相关关系,持续性强降水的强度和持续时间与降水的低频特征关系密切,以BWO(ISO)为主的年份,持续性强降水的持续时间较短(长)。(3)福建前汛期持续性强降水期间日本以东、索马里以东和南海三个关键区皆为低频反气旋,日本至渤海湾南下的冷空气与索马里越赤道气流、南海南部越赤道气流在福建上空持续相遇形成低频气旋,导致福建上空低层低频辐合、高层低频辐散,对流活跃。(4)福建前汛期持续性强降水与热带及副热带大气低频变化密切相关,热带MJO的东传以及东亚西北太平洋地区低频信号的北传对福建持续性强降水过程的延伸期预报具有一定的指示意义。     

华南夏季12—30d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。     

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。      

2003年江淮流域强降水过程与30—70d天低频振荡的联系

利用NCEP／NCAR再分析和地面观测站的逐日降水资料,研究了2003年夏季江淮流域强降水过程与低频振荡的联系。结果显示,主周期为30～70d的低频振荡对2003年江淮流域暴雨的形成具有重要贡献：低频涡旋在江淮地区降水期的对流层高、低层呈负、正配置,具有斜压结构,利于降水发生;850hPa上正涡度系统的传播具有明显的北传和西传特征;存在于西太平洋、西北太平洋及其以东地区的低频波列（P—J）的活动过程影响了我国2003年江淮低频强降水的形成;整层低频水汽通量显示来自副热带高压外围的西南季风对水汽输送的贡献较显著,且2003年江淮地区30-70d时间尺度上降水的水汽来源为南海而非孟加拉湾或西太平洋。     

大气低频振荡对川西持续性强降水的影响

利用1981—2016年川西台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、Butterworth滤波等方法,分析了大气低频振荡对川西持续性强降水的影响,以期为该地强降水预报工作提供理论参考。结果表明：川西降水主要表现为15—30 d低频振荡特征。降水期间,低层低频东北风波列和西南风波列在川西相遇,辐合上升。前期在喀拉海和西北亚分别生成低频反气旋和气旋,两个系统向东南方向移动至贝加尔湖和日本海附近,为川西降水输送冷空气,印度半岛低频气旋转换为低频反气旋为川西输送阿拉伯海水汽。中层中高纬度东北风低频波列向南传播至雨区,有低频高压和低频低压分别与低层低频反气旋和气旋相对应,向东南方向传播从而影响川西地区。高层低频波传播也主要发生在中高纬度,降水前生成于贝加尔湖以西的低频反气旋和辐散中心先向东南移动,再向西南伸展,降水开始时控制川西地区。     

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961~2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型（第一模态）,其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500 hPa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。     

夏季南海－菲律宾上空低频热源对东亚环流影响的数值试验

采用钱永甫ｐ－σ五层坐标原始方程模式，研究南海－菲律宾地区上空的低频热源对不亚大气环流的影响。结果表明，当低频热源处于加热位相时，对流层上层澳大利亚上空西风加强，对流层低层１２０°Ｅ处越赤道气流增强，副高位置偏北，此时低层，东南风影响我国东部沿海地区的降水；冷却位相时，对流层上层澳大利亚上空西风减弱，对流层低层越赤道气流减弱，副高位置偏南，此时低层西南风造成我国东部沿海的降水。     

夏季长江淮河流域异常降水事件环流差异及机理研究

长江、淮河同处东亚中纬度,天气过程的大尺度环流背景相似,大量相关研究基本是把江淮流域天气气候事件作为一个整体研究,然而对长江、淮河流域夏季降水的时空变化进行分析发现,长江、淮河流域夏季异常降水事件有各自不同的年际、年代际变化特征,但环流差异及成因并不十分清楚。本文根据中国台站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用物理量诊断和现代统计学等方法,重点分析长江、淮河流域梅雨期降水异常事件发生时南北半球大气环流内部动力过程的差异及成因。研究指出:长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年500 hPa位势高度场亚洲中高纬度环流呈现为南北向（东西向）的波列与东亚中高纬鄂霍茨克海阻塞频次增多（减少）以及200 hPa高度场上东亚副热带高空西风急流强度加强（减弱）、稳定（移动）有关;长江（淮河）流域梅雨期降水异常偏多年主要水汽来源与南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）造成西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）地区越赤道气流加强有关。长江（淮河）流域梅雨期异常降水事件大气环流内部动力过程最显著的差异表现为:东亚副热带高空西风急流加强（减弱）以及南半球澳大利亚高压、马斯克林高压位置偏东（西）。     

El Ni?o对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响

基于1979~2012年候平均再分析资料,合成分析了El Ni?o对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响。结果表明,在El Ni?o衰减年夏季,西太平洋副热带高压(副高)明显偏强,位置偏向西南。副高的这种异常特征随夏季的季节进程有明显变化,初夏异常较弱,盛夏期间异常达到最强。此外,根据东亚夏季风降水呈现阶段式北进的特征,将夏季分为华南前汛期、江淮梅雨期、华北和东北雨期以及华南后汛期来分析东亚夏季风和降水的季节内变化。在上述各个时期,大气对流层低层表现为一致的环流异常型,副高及其以南区域为异常反气旋,其北部为异常气旋。这种异常环流型加强了副高南部偏东风及其北部偏北风,增强了热带水汽输送和高纬度地区冷空气的入侵,二者结合造成主汛期地区降水增加。需要强调的是,上述环流异常型随东亚夏季风逐步向北推移,导致东亚各地区的主汛期降水增加,非主汛期降水减少,降水分布更为集中。     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

淮河流域夏季持续性降水与15～30天低频振荡的联系及前期信号

采用1961-2010年全国753站逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA射出长波辐射资料和Hadley中心提供的全球海温资料,通过合成分析和Lanczos滤波等方法,讨论了淮河流域夏季持续性降水过程发生前后的大尺度流场及15~30 d低频环流特征,并寻找其前期信号。结果表明:1)在对流层高层和低层,我国东部地区低频气旋、反气旋在夏季持续性降水过程发生前后交替出现,分别通过调控南亚高压和西太平洋副热带高压东西位置变动从而影响降水过程。在对流层中层,夏季持续性强降水过程发生前后在淮河流域上空分别有"+"、"-"、"+"的低频高度中心存在。在持续性降水发生时,极地的冷空气与低纬度的暖湿空气在淮河流域上空交汇,有利于该地区降水。2)当前期冬季北太平洋地区海温和贝加尔湖东侧至鄂霍次克海地区500 h Pa位势高度场出现正异常时,会造成次年夏季淮河流域降水的15~30 d低频分量异常增多,从而使得淮河流域夏季出现持续性降水的可能性增大。     

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。     

中国南方地区冬季风降水异常的分析

1997/1998和1998/1999年冬季是中国南方典型的多雨年和少雨年,它们分别发生在El Ni~no年和La Nina年。为了了解这两个冬季降水异常的原因,通过对比分析方法对这两个冬季的大气环流和水汽输送的差异进行了研究。结果表明:多雨年与ENSO事件的暖期相联系,西风带槽脊偏东偏弱,东亚冬季风减弱,副热带高压增强,对流层低层距平流场上呈现两个反气旋和一个气旋性环流,中心位于长江流域的气旋性环流的垂直结构和形成机理与菲律宾海反气旋不同。少雨年赤道海温的距平分布及高低层环流系统都与多雨年几乎相反。研究还揭示,冬季中国南方地区的水汽主要来自南支西风带低槽前部的西南气流和南海—中南半岛上空的转向气流,水汽输送通道随高度有明显的变化。1997/1998年冬季加强的南支西风气流和菲律宾海异常反气旋有利于水汽向中国大陆输送;1998/1999年南支西风气流弱,中国东南沿海低层为冷性高压控制,两支水汽输送带都大大减弱。这种水汽输送的明显年际变化是造成这2年冬季南方降水明显差异的一个关键因子。