华南前汛期典型涝年低频降水特征及其与低频水汽输送的关系

利用1961—2013年国家气象信息中心提供的全国753站逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析风场和比湿资料,以及NOAA的HYSPLIT模式同期驱动资料,分析了华南前汛期9个典型涝年的低频降水特征及其与低频水汽输送的关系,探讨了低频水汽输送通道及源地。结果表明,华南前汛期9个典型涝年降水存在显著的10~20 d低频振荡周期,闽赣地区30~60 d低频周期也显著。华南前汛期850 hPa纬向、经向水汽通量都存在10~20 d的显著低频周期。影响华南前汛期典型涝年10~20 d低频降水的四个低频水汽输送通道及源地为:以马达加斯加岛北部印度洋、赤道中印度洋为参考源地的西南水汽通道;以日本群岛东南洋面和赤道中太平洋为源地的东南水汽通道;以里海北部和贝加尔湖东南侧为参考源地的西北冷空气通道;以白令海为参考源地的东北冷湿水汽通道。对广东佛冈站和江西广昌站的典型涝年进行水汽后向轨迹模拟验证了上述四个水汽通道,模拟源地均位于水汽通道关键区域。水汽信号参考源地和模拟源地,可作为华南前汛期提前2~6 d延伸期预报时重点考察地区。      

淮河流域汛期典型旱涝年的低频环流特征分析

利用小波分析、Butterworth滤波器分析了淮河流域汛期典型旱涝年降水和大气的低频特征,结果表明典型涝年、旱年降水的周期和方差贡献最明显的差异都位于30～60 d周期段。从30～60 d滤波降水峰值位相对应的低频环流来看,高层主要的差异位于东亚,在东西伯利亚地区涝年存在大片负异常区,而旱年则为正异常;涝年平均在东亚自北向南存在“－＋－＋”的异常配置,而旱年平均的位相近乎相反;低层风场上涝年副热带的低频反气旋比旱年更明显。此外,典型涝年的高低纬地区存在低频信号相向传播的特征,典型旱年则不明显;涝年存在低频信号自太平洋向东亚西传的特征,而旱年的西传仅局限于120 ?E以东地区。      

江西汛期典型旱涝年大气低频振荡特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料以及江西省83个台站逐日降水资料,应用小波分析、Butterworth带通滤波器分析了江西汛期典型旱涝年降水和大气的低频振荡特征。结果表明:1)江西汛期降水涝年、旱年都存在30—60 d的主要周期,涝年低频振荡的强度较旱年更强。2)涝年、旱年低频周期的峰值位相环流存在显著差异:涝年,对流层低层西太平洋副热带地区存在的低频反气旋使西南气流有利于水汽向北输送,在对流层高层中纬度地区存在低频气旋和低频反气旋对,南亚高压脊线位置偏南,对应在江西地区的整个对流层垂直方向上有低频的上升运动;旱年滤波场上形势与涝年有明显的差异。3)典型涝年、旱年低频振荡的传播特征存在差异:旱年最明显振荡中心位置较涝年偏北,且振幅较涝年偏小;涝年、旱年低频涡度都存在西传特征,但旱年西传区域仅局限于115°E以东区域,而涝年则可以西传至100°E附近区域。4)涝年汛期有明显的水汽低频波列活动过程,而旱年未出现明显的水汽低频振荡传播。     

2010年华南前汛期低频水汽输送对低频降水的影响

利用国家气象信息中心提供的华南85站1961—2010年的逐日降水资料及2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,研究了2010年华南前汛期降水的低频特征及其与低频水汽输送的关系,揭示了低频降水的低频水汽输送源地和通道。2010年华南前汛期降水呈显著10～20 d和30～60 d的低频振荡,两个低频分量峰（谷）值位相叠加,对应降水偏多（中断）;反位相叠加,对应降水偏弱。水汽通量的10～20 d低频分量明显强于30～60 d分量。影响华南10～20 d低频降水的低频水汽输送源地主要包括30 °S附近的南印度洋、苏门答腊岛及加里曼丹岛之间地带的西南源地、赤道中太平洋区域的东南源地;与之相应有西南和东南两个低频水汽输送通道。可利用水汽源地的低频水汽输异常环流特征提前6 d预测10～20 d低频降水。      

东亚夏季风时期冷空气活动的位涡分析

通过多时间尺度分析方法, 比较了夏季风时期表征冷空气活动的多种指标, 得到表征夏季风时期冷空气活动的最优指标——位涡。分析表明, 位涡 (potential vorticity, 简称PV) 的低频振荡 (20～80天和40～80天振荡) 在表征冷空气活动中效果最好。利用该指标对东亚夏季风中冷空气的来源和作用进行了研究, 重点分析了梅雨时期中高纬和中高层系统与夏季风系统相互作用的过程和机制。得出几点重要的结论: 中高纬平流层下部和对流层顶的高位涡库以及60°N附近的亚洲大陆东部低层的高位涡库是东亚夏季风系统中冷空气的主要来源。冷空气的侵入路径对不同的雨季表现出不同的特征: 华南前汛期, 有两次冷空气的侵入, 第一次来自东北方向低层, 第二次来自对流层高层的高位涡库; 梅雨期, 爆发时主要来自高层的高位涡库, 中后期鄂霍次克海附近850 hPa的高位涡库是冷空气加强和维持的主要来源; 华北雨季, 冷空气主要来自对流层高层。倾斜等熵面是垂直涡度最易发展的区域, 它也是高层冷空气侵入的路径。特定的位涡分布对应特定的降水类型, 位涡和降水的季节内振荡 (尤其是低频部分) 蕴含了中高纬系统与夏季风系统相互作用的关键信息。     

江淮旱涝及旱涝并存年降水和对流的低频振荡统计特征

利用中国国家气候中心站点降水资料、NOAA全球逐日OLR资料和NCEP/NCAR再分析数据集,分析了江淮地区旱涝年及旱涝并存年夏季降水和对流的低频振荡统计特征.结果表明:江淮地区旱涝年及旱涝并存年夏季降水具有不同的振荡周期,旱年以8～16d的准双周振荡为主,涝年8～16 d的准双周振荡与16～32 d的周期振荡同时存在.旱涝并存年与旱涝均匀年均存在16 ～ 32d的振荡,同时还有较弱的8～16 d振荡,并且旱涝并存年8～16d的振荡比旱涝均匀年更加突出,8～16d的准双周振荡可能是造成夏季降水异常的主要因子;对流的振荡周期与降水有较好的对应关系;典型旱、涝年,对流的传播特征不同,旱年准双周的低频对流以经向南传为主,涝年则主要是16～32 d低频信号在纬向上的向西传播.     

近47a华南前汛期旱涝特征

采用华南61站47a（1958-2004年）前汛期（4-6月）逐日降水资料,利用统计方法对华南前汛期的旱涝特征进行了研究。结果表明：47a来华南有12个涝年和12个旱年发生,较严重的旱涝年主要发生在20世纪50年代末至70年代中期以及90年代以后;前汛期旱涝变化以2～4a的年际尺度周期最为显著;4、5月旱涝的年代际变化特征较为一致,而5月与6月在年代际尺度上具有一定的反位相变化特征;地理分布上,可将华南地区前汛期降水分为5个旱涝异常气候区。近47a来桂南、粤西和东南沿海地区呈现旱—涝—旱的变化特征,而桂北区由旱转涝趋于雨涝的趋势明显,东北部山区由涝转旱趋于干旱的趋势明显。     

夏季长江中下游旱涝年季节内振荡气候特征

利用1951—2004年我国740站逐日降水资料对夏季长江中下游典型旱涝年季节内振荡周期、强度和位相等特征进行合成对比分析发现:长江中下游涝年降水季节内振荡周期较旱年长, 涝年以30~60 d周期为主, 而旱年以10~30 d周期为主。旱涝年长江中下游地区夏季降水的10~30 d振荡整体上均强于30~60 d振荡; 10~30 d及30~60 d振荡, 涝年的强度都大于旱年。季节内振荡在旱年的北传较涝年强, 能达到50°N附近; 而涝年不仅有明显的季节内振荡从低纬度地区向北传播, 同时还有弱的振荡从中高纬度地区向南传播, 两者汇合于长江流域形成强的振荡中心。影响我国低频降水的低频异常环流分布模态在旱涝年是一致的, 但涝年的低频环流强于旱年, 而这种低频环流场的差异正是造成涝年的低频降水强于旱年的原因之一。     

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料,根据定义的旱涝指数,划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分别讨论华南前汛期4~6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上,进一步研究了4~6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和旱年的不同特征。结果表明:影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征,华南前汛期(4~6月)降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用,而阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。     

青藏高原夏季旱涝年降水准双周振荡及低频环流特征分析

为了研究青藏高原夏季降水的低频振荡特征,利用1978-2017年高原地区62个气象站日降水资料和ERA5高分辨率逐日再分析资料,采用集合经验模态分解（EEMD）、 Lanczos滤波以及合成分析方法,对青藏高原夏季旱涝年降水的低频振荡特征、气象要素场变化及环流特征进行了深入分析,揭示了高原地区旱涝年降水低频振荡周期特征、环流特征以及低频风场、涡度场等传播特点。结果表明：（1）高原夏季降水存在10～20天的振荡周期;旱涝年的周期频率不同,涝年振荡频率明显高于旱年;涝年显著的振荡为10～20天和30天以上的振荡,而旱年主要以10～20天的振荡为主。（2）涝年在低频降水强位相,高空低频气旋控制高原主体,高空辐散,低空辐合,来自孟加拉湾偏南风的水汽供应充足,低频扰动强,利于降水发生,自西向东存在低频反气旋-低频气旋-低频反气旋的异常环流分布;反之在低频降水弱位相,高空低频反气旋控制高原主体,高空辐合,低空辐散,暖湿的偏南气流较弱,低频扰动偏弱,不利于降水发生。旱年配置有相似的特征,但低频反气旋-低频气旋-低频反气旋的环流形势不明显,整体上振荡强度较涝年偏弱,低频要素场强度也偏弱。（3）低频波动...     

湖南涝年主汛期降水低频振荡特征分析

本文基于1986—2015年湖南逐日降水数据以及同期NCEP/NCAR再分析资料,分析旱涝年主汛期(5—7月)降水低频振荡特征,并利用位相合成方法研究涝年主汛期20～50 d低频环流演变特征。结果发现,湖南地区20～50 d和10～20 d的低频降水方差贡献比都具有南高北低的分布特征,10～20 d的低频振荡在旱涝年中皆较普遍存在,而20～50 d的低频振荡只在涝年普遍存在,20～50 d低频振荡对涝年有一定的指示意义。对涝年主汛期20～50 d低频降水进行位相合成发现,在活跃位相(中断位相),夏季南亚高压和西太平洋副热带高压(简称西太副高)纬向异常接近或者重叠(分离),湖南地区降水偏多(偏少),且两个高压的强度、范围、以及脊线位置和湖南地区主汛期降水关系较密切。南海反气旋(气旋)、河套地区槽(脊)系统以及湖南地区的垂直速度和比湿配合度高,且随位相变化存在明显的周期振荡,其中南海反气旋(气旋)和河套地区槽脊系统配置与湖南低频降水有着高度的时间一致性,湖南地区的低频垂直速度和低频比湿较低频降水有一个位相的超前滞后关系。此外,随着位相的演变,低频南北风高值区皆有明显的北传特征。     

大气低频变化对福建前汛期典型持续性暴雨影响

在分析福建前汛期典型持续性暴雨过程大气低频变化特征基础上,建立了福建前汛期典型持续性暴雨大气低频扰动物理概念模型:典型持续性暴雨发生期间,对流层高层朝鲜半岛至渤海湾为低频低压,青藏高原西侧为弱高压,副热带西风急流核位于长江口至东海上空,福建上空为低频辐散区;对流层中层高度场低频分量中高纬度地区若出现贝加尔湖阻塞高压加强型、乌拉尔山及鄂霍次克海双阻塞高压加强型、鄂霍次克海阻塞高压加强型和乌拉尔山阻塞高压加强型4种低频扰动之一,福建上空为低频低值区;对流层低层低频流场福建上空为低频气旋控制,气旋中心位于江南或南海上空,如此高低空低频系统配置将引起异常的低频垂直经向环流,从而导致典型持续性暴雨的形成。     

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。     

The intraseasonal oscillations of precipitation and circulations from January to March in 2010 in East Asia

The rainfall from January to March in 2010 in East Asia is positive anomaly and the temporal evolution characteristics present the cycle of 20–40 days. In the present paper, the low-frequency circulations and its formation mechanism are analyzed. The results show that during the peak rainfall phase, the upstream of the rainfall regions is controlled by low-frequency cyclone, and the downstream is controlled by low-frequency anticyclone in the middle and low troposphere. In the upper troposphere, the westerly jet presents the oscillation characteristics between the north and the south. Both the integrated (from the surface to 100 hPa) diabatic heating and the horizontal vorticity advection contribute to the vertical velocity. In addition, the vorticity vertical advection has effects on the vertical speed, which is a self-feedback process. The latent heating in the precipitation has influences on the westerly jet in the upper troposphere. The interactions between the precipitation and the westerly jet are mainly manifested as the intraseasonal oscillations.     

华南汛期持续性降水特征及其与30~90 d大气低频振荡的联系北大核心

利用全国756站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了1961—2011年我国东部汛期持续性降水30~90 d低频变化特征及其与大气低频振荡的联系。结果表明,华南地区降水偏多型是汛期持续性降水低频变化的主导模态。对流层低层位势高度负异常和气旋型环流异常,以及高层略向北偏移的环流异常为华南汛期持续性降水低频变化提供了大尺度形势场。当西太平洋副热带高压脊线维持在22°N附近时,来自孟加拉湾和南海的水汽输送维持了华南地区汛期持续性降水活跃位相,向东北传播的副热带大气低频振荡系统对华南汛期持续性降水具有调制作用。此外,华南汛期降水低频变化还具有南北迁移的经向演变特征。     

干冷空气侵入在2005年12月山东半岛持续性降雪中的作用

利用常规资料和NCEP再分析资料分析了2005年12月山东半岛持续强降雪事件发生的环流背景及干冷空气活动特征,并运用湿位涡和锋生理论,研究了干冷空气在降雪事件中的作用.分析表明:低层湿度场的演变可以很好地反映山东半岛地区降雪的变化,但降雪事件与高层干冷空气紧密相连.对流层高层高位涡区与相对湿度小值区相对应,干空气主要来源于北侧(高纬度)对流层高层.高位涡区与低湿区都向下向南伸展,与低层MPV1<0的湿对称不稳定区对应.强降雪是低层饱和湿空气受地形强迫、锋生强迫的抬升作用及湿对称不稳定能量释放的共同作用造成的,而干冷空气的侵入是锋生和不稳定能量释放的触发机制.     

080125南方低温雨雪冰冻天气持续降水的数值模拟

利用WRF模式对2008年1月25—29日中国低温雨雪冰冻天气过程进行模拟。结果表明,雨雪期间长江中下游及以南地区长时间存在着高低空急流的耦合形态,且低空急流不断向雨雪区域输送暖湿水汽,使该地区低层的水汽辐合,促进大范围雨雪发生和维持：强高空辐散的抽吸作用,促进低空辐合、整层上升运动加强以及正涡度的维持．干冷空气从对流层高层倾斜南下加强了对流不稳定能量的积累.本次雨雪冰冻天气过程中存在明显的干侵入,降水区北侧对流层高层高位涡干冷空气沿等相对湿度（RH）线密集带侵入低层,促使雨区低层位涡中心迅速增大,促进强降水发生;本次过程表明位涡和降水有很好的对应关系,这对降水预报有很好的指示意义。由于极涡偏强促使冷空气南下,南方近地面浅薄冷空气使雨水结成冰导致灾害发生。     

一次台风远距离暴雨中的干侵入分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2008年7月17—19日发生在山东地区的台风远距离暴雨过程进行了观测分析和模拟研究。结果表明:降水期间有来自中高层的干冷空气的侵入,主要有两种表现形式:对流层顶附近向下的干空气侵入和对流层低层由西北向南的干空气侵入。干侵入存在于300~600 hPa之间,高层略微落后于低层,不利于对流不稳定的发展。但干冷空气侵入使得等相当位温面倾斜,有利于条件性对称不稳定的发展。干侵入使原来不饱和湿空气出现饱和,有利于降水增幅,雨区始终位于500 hPa干区前沿。高层正位涡扰动沿相当位温密集带向低层输送,500 hPa位涡高值区与降水有较好的同位相关系,对降水的发展和移动有一定的指示意义。     

1997年华南汛期降水异常与大气低频振荡的关系

利用国家气象中心提供的逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,分析了1997年华南地区汛期异常降水低频特征与大气低频振荡的关系。研究表明,1997年华南前汛期和后汛期降水表现为不同的振荡特征;前汛期降水主要以10～20天准双周振荡为主,而后汛期降水的低频特征并不明显。进一步对降水和其它要素的低频振荡特征进行分析发现,该年华南地区前汛期降水和风场的低频振荡现象是普遍存在的;低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应。并且,高、低纬度低频风场同时向华南地区传输,会产生极强的降水。在对大气低频扰动动能的分析中也发现,华南前汛期降水伴随着低频扰动动能在该地区的集中释放。