辽宁省短时强降水气候特征分析

利用1971—2003年辽宁省53个地面国家级气象站降水自记纸记录的经数字信息化处理后的逐小时降水量数据和2004—2014年自动气象站的降水观测资料,分析了4—10月辽宁省短时强降水的时空变化特征。结果表明:1971—2014年辽宁省短时强降水的发生次数与年降水总量分布对应,均呈东部地区多、西部地区少的分布特征,与辽宁地区的地形和低空西南急流的风向等气候特征密切联系。1971—2014年辽宁地区年平均短时强降水发生次数为1.5—3.5次/a,并呈剧烈的振荡变化,短时强降水发生次数与辽宁省旱涝变化具有较好的对应关系。7月和8月辽宁地区短时强降水发生最多,辽宁省东部的丹东地区短时强降水发生次数明显偏多;6—8月旬短时强降水发生次数呈先增加后减少的变化,7月下旬短时强降水发生次数达到峰值,辽宁地区不同地域短时强降水发生次数的变化趋势也不同。受辽宁地区地形和低空急流的日变化影响,辽宁地区短时强降水发生次数的日变化也具有明显的地域性,辽宁省北部和最西部地区短时强降水发生次数的日变化不明显;辽宁省南部地区短时强降水多出现在后半夜至早晨,其他地区短时强降水多出现在下午。     

冷涡背景下京津冀地区连续降雹统计分析

首先对冷涡进行定义,利用2000—2011年4—9月天气图普查冷涡,分析冷涡的时空分布特征及生命史特征。应用2000—2011年4—9月京津冀地区176站灾害天气报资料和分辨率为1°×1° NCEP再分析资料,统计分析冷涡背景下京津冀地区4—9月连续降雹天气过程的时空分布特征及其与冷涡的关系。结果表明： 2000—2011年4—9月的冷涡个数呈增长趋势,主要发生在东北地区到贝加尔湖以东地区,70%为长生命史冷涡。2000—2011年4—9月京津冀地区的降雹主要为长生命史冷涡背景下连续降雹,且具有明显的日变化,山区多于平原,北部多于南部。京津冀地区连续降雹主要是位于冷涡中心的偏南方位,能够发生在冷涡的各个时期。连续降雹的位置在冷涡中心偏南200~1200 km,主要受冷涡直接影响和冷涡后部横槽影响。不同移速的冷涡产生连续降雹过程的位置距离冷涡中心的位置不同。     

呼伦贝尔市汛期短时强降水特征

基于1991-2013年呼伦贝尔市汛期（6-8月）16站逐小时降水资料,分别定义各站点小时降水量的短时强降水阈值,同时利用经验正交函数（EOF）分析方法揭示呼伦贝尔市短时强降水变化特征。分析结果表明：短时强降水阈值、强降水事件以及汛期年平均总降水量和强降水雨强均呈现自西向东部偏南方向递增的空间分布,最强中心位于东南部阿荣旗,其形成与地形关系密切。短时强降水占汛期总降水量百分比低于1/5,短时强降水发生频率最低的地区出现84.2mm/h的强降水事件。短时强降水事件具有明显年代际变化, 21世纪以来,短时强降水事件发生频率表现增加趋势,空间分布表现为自东北向西南方向传播。7月下旬是短时强降水事件频发的时段。短时强降水有明显日变化特征,主峰出现在17时。EOF分析结果显示短时强降水事件在空间上表现出全市强降水具有同步性以及南部和北部地区反相位的特征。     

2011—2018年东营短时强降水时空分布特征

利用东营2011—2018年自动气象站逐小时降水量资料,分析东营地区短时强降水的发生规律,包括短时强降水的空间分布和年、月、日以及强度变化特征。结果表明：东营地区短时强降水呈现西北部多南部少的分布特征;短时强降水年变化无明显规律,降水范围越大,出现次数越少;月分布呈单峰状,7—8月是多发月份,4—10月均有短时强降水发生;日变化呈波浪型,出现高峰时段在傍晚前后。东营地区产生短时强降水的天气系统可分为西风槽型、副高边缘型、切变线型、高空冷涡型、台风型等5种类型,其中切变线型出现次数最多,并给出了这5 种类型的天气学概念模型,同时得出不同范围和不同类型短时强降水过程关键环境参量的阈值。     

大连地区短时强降水天气特征及预报指标研究

利用2004—2013年4—10月大连地区7个气象站和249个自动气象站逐小时降水观测数据及常规气象观测数据,对大连地区短时强降水的时空分布特征及气候特征、演变趋势和环流背景进行了分析,并建立了强降水天气预报指标。结果表明:2004—2013年大连地区各气象站短时强降水年平均发生次数为2.2—2.8次,南部和东部地区短时强降水年平均发生次数呈略增多的趋势,中部和西北部地区短时强降水年平均发生次数变化较小,中北部地区短时强降水年平均发生次数呈略下降的趋势。大连地区短时强降水最早出现在4月,最晚出现在10月,7—8月为短时强降水集中出现的月份,强降水多出现在02—10时。短时强降水发生次数具有明显的区域分布特征,由东部向中部和西部呈递减的趋势,大连东北部地区短时强降水发生次数最多,南部地区次之,西北部瓦房店地区短时强降水发生次数最少;其中7月北部地区短时强降水发生次数最多,8月东部地区短时强降水发生次数最多,其他月份短时强降水发生次数较少,说明大连地区短时强降水发生分散性较强。925hPa与850hPa平均比湿、700hPa温度露点差、850hPa与500hPa温度差平均值、K指数平均值、0℃层平均高度及暖云层平均厚度等参数阈值可用于短时强降水实际预报业务中,可为大连地区强降水预报提供参考。     

德令哈地区一次短时强降水天气分析

利用常规天气资料对2007年7月26日德令哈地区出现的一次短时强降水天气过程进行分析表明：冷涡是此次短时强降水过程的主要影响系统,500hPa河套地区的冷涡稳定维持并加强西伸,冷涡西侧的冷空气越过祁连山脉,在海西东部地区形成不稳定层结,是短时强降水的主要动力条件;700hPa热低压维持是此次降水过程的水汽保障。     

冷涡背景下东北地区短时强降水统计特征

利用2011-2020年6-8月全国2400个地面自动站观测的逐小时降水资料和常规观测,结合美国NCEP/NCAR 1°×1°的6 h间隔再分析资料,基于站点统计了冷涡背景下东北地区短时强降水的时空分布特征。然后着眼降水落区,基于冷涡位置、形状、发展阶段以及与热带系统的相互作用等将冷涡短时强降水分为西北气流型、纬向型、南涡型、副高型和经向型,并讨论了5类短时强降水的对流参数特征。结果表明:6月,冷涡短时强降水多由中涡造成,7月和8月主要由北涡引起。短时强降水主要发生在午后,17:00(北京时)达到峰值。冷涡短时强降水高频区位于辽宁,次高频区位于吉林中部、黑龙江中西部和东北部。不同类型的短时强降水,其降水落区在冷涡不同发展阶段有所差异。冷涡短时强降水发生在条件不稳定的大气中,西北气流型、纬向型和经向型短时强降水的850 hPa与500 hPa温差一般大于25℃;副高型和南涡型短时强降水的850 hPa与500 hPa温差一般小于24℃,但地面露点和可降水量明显比其他3类大。5类短时强降水的对流有效位能一般不超过1500 J·kg~(-1)。大多数情况下,副高型短时强降水发生在中等强度的垂直风切变环境中,其他4类发生在弱的垂直风切变环境中。     

重庆短时强降水时空特征分析

利用2008—2018年地面自动站逐小时降水资料,统计分析重庆短时强降水的时空分布特征,结果表明:1)重庆短时强降水高频中心在西部合川,东北部开州、巫溪和云阳,东南部酉阳、秀山地区,均毗邻陡峭山脉,地形抬升和特殊地形对降水有增幅作用;2)短时强降水主要集中在6—8月,7月为峰值期,20～30 mm/h和30～50 mm/h站次月际呈反位相变化,前者先降后增,后者呈先增后降;日内短时强降水主高峰在凌晨到早间(00—08时),峰值在03—05时,次高峰在15—18时,主高峰峰值明显强于次高峰;3)西南低涡背景下,重庆西部的高频中心远强于东南部酉阳、黔江次中心,西南低涡对西部地区短时强降水影响更明显,高频月份在6月;对短时强降水量的贡献量,以西部和主城最大,其次是西南部、中部和东部地区,东北部城口、巫溪和东南部秀山贡献最小;4)不同海拔短时强降水频次分布与站点数密切相关,海拔200～800 m的短时强降水频次占总频次的83%,且出现了雨强极值最大值,随后,频次和雨强极值呈明显下降趋势。     

中亚低涡背景下新疆连续短时强降水特征分析

利用新疆2005—2014年5—9月经过整编的105个气象站逐小时地面降水资料、美国国家环境预测中心和大气研究中心NECP/NCAR的空间分辨率为2.5°×2.5°逐日再分析资料,提出了中亚低涡背景下新疆连续短时强降水定义,分析了中亚低涡背景下新疆连续短时强降水的时空分布特征,中亚低涡不同发展阶段新疆连续短时强降水的环流特征。结果表明:(1)中亚低涡背景下新疆连续短时强降水呈现北部多于南部、西部多于东部、山区多于平原和盆地的分布特征,4个高频中心分别位于塔城北部、伊犁河谷、中天山、南疆西部山区,海拔在1800~2000 m的站点出现次数最多。(2)近10 a 5—9月,中亚低涡背景下新疆连续短时强降水具有明显的日变化,呈单峰分布型,主要发生在14—04时,约占76%,峰值在18—22时。连续短时强降水有明显的年变化,7月最多,达0.9次/a,8月次之,为0.8次/a,5月最少,只有0.1次/a。(3)中亚低涡发展期低涡西南部强锋区造成短时强降水,成熟期分为长时间和短时间持续短时强降水环流型。长时间环流型低涡前部强西南气流造成短时强降水,短时间型分低涡前强西南气流和低涡底部强锋区造成短时强降水,消亡期低槽后部西北气流和低槽前部西南气流均可造成短时强降水。     

辽宁省短时暴雨和大暴雨时空分布与变化特征

采用中国气象局发布的“暴雨橙色、红色预警信号”定义,分别定义短时暴雨和短时大暴雨。利用辽宁2010—2018年5—10月1587个自动站逐时降水资料,统计分析短时暴雨、大暴雨空间分布特征和多尺度时间特征,从而得到短时暴雨、大暴雨的高发区、易发时段,并做简单天气学判断。结果表明：短时大暴雨高发区域位于辽宁东南沿海地区,可能是东北冷涡与北上气旋、西太平洋副热带高压等相互配合,导致辽宁省沿海地区易出现强度大、范围广和持续时间长的暴雨天气过程有重要关系;短时暴雨、大暴雨旬变化呈现“凸”字形结构,短时暴雨从5月上旬至10月上旬都可能发生,呈现单峰型特征。短时大暴雨显著增强从7月上旬开始,8月下旬后短时大暴雨急剧减少。短时暴雨、大暴雨日变化均呈现“两峰一谷”特征。短时暴雨以夜雨居多,可能与夜间西南急流加强有关。短时暴雨00—08时高发区域最为密集,活跃地区为阜新—朝阳、抚顺—盘锦—葫芦岛和辽宁东南部。短时大暴雨00—08时高发地区为辽宁西部、东部和东南部。     

东北亚和北半球冬季高空切断冷涡与中国极端低温事件的联系

利用美国国家环境预测中心/国家大气研究中心再分析资料和美国气候预测中心冬季逐日温度资料,通过机器自动识别和目视相结合的方法,研究了北半球冬季500 hPa冷涡分布特征,并基于信息流因果论方法,揭示了东北亚冷涡活动与北半球其他活动区冷涡以及中国冬季极端低温事件的联系。根据冷涡活动天数随经度的变化,划分了4个活动频繁区,发现北半球冬季冷涡活动频率从大到小分别为大西洋-欧洲区（37.7%）、北太平洋区（22.35%）、东北亚区（20.95%）和北美-格陵兰区（13.77%）。北美-格陵兰区冷涡平均中心强度最强（493 dagpm）,大西洋-欧洲区最弱（514 dagpm）。年际尺度上,东北亚区冷涡活动具有相对独立性,只有1月北美-格陵兰区冷涡活动天数变化在一定程度上是2月东北亚冷涡活动天数变化的原因。冷涡强年的动力学特征分析表明,东北亚区和北美-格陵兰区冷涡与北大西洋涛动正位相密切相联,北太平洋区冷涡则与北太平洋涛动正位相有联系,大西洋-欧洲区冷涡则对应北大西洋涛动和北太平洋涛动负位相。东北亚冷涡与中国极端低温联系密切,通过聚类分析界定了4类极端低温事件,发现东北-华北类、北方类和中东部类极端低温事件发生时都伴随着很强的东北亚冷涡活动。      

冷涡背景下飑线过程统计分析

文章首先给出冷涡的定义,根据其定义,利用2008-2013年4-9月的天气图识别出73个冷涡,然后根据飑线的标准筛选出符合条件的飑线过程。利用多普勒雷达资料和1°×1°6 h的NCEP FNL资料,对飑线的时空分布、移动特征、形成、消散方式以及飑线和冷涡的关系等方面进行详细分析。结果表明:(1)2008-2013年6年共识别出73个冷涡、17条飑线,飑线主要形成于我国江淮流域、华北地区和东北地区。(2)飑线的发生有明显的月变化和日变化,约58.8%的飑线发生在7月,52.9%的飑线发生在午后到傍晚。(3)飑线主要形成在冷涡的南部,在冷涡的不同时期飑线形成的位置有所不同。(4)飑线一部分受西风带系统影响自西向东偏南方向移动,另一部分由西北向东南方向移动,具体移动方向具有不一致性。冷涡背景下的飑线移速较快。(5)本文统计的冷涡背景下飑线过程大都伴随短时强降水,主要形成方式为嵌套区线型(EA型),主要消散方式为颠倒破碎面型(RBA型),EA型飑线多产生于高潮湿环境中。     

1971—2010年中亚低涡活动特征

利用1971—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,对中亚低涡的活动规律及不同移动路径对新疆天气的影响进行分析。结果表明:40年共出现305次中亚低涡过程,低涡成熟期维持日数共1166 d;中亚低涡随纬度分布有两个高频活动区域:47.5°~55°N (北涡) 和35°~47.5°N (南涡),北涡表现出明显的季节变化,夏季所占比例最大为52%,而南涡活动四季差别不明显。中亚低涡的成熟期生命史2~3 d占56%,4~5 d占27.5%,5 d以上占16.5%。低涡活动具有明显的月、季节、年际和年代际变化,且呈显著的年代际增加趋势。南、北涡均出现东北、偏东和东南向移动路径,并影响新疆不同区域的天气。中亚低涡可造成新疆出现低温大风天气 (干涡) 和强降水天气 (湿涡),干涡占60%,且季节分布比较均匀;湿涡占40%,季节分布差异大,其中,夏季最多占57%,秋、春季次之。     

影响云南的西南低涡统计特征

利用1980—2008年逐日08:00(北京时,下同)和20:00 700hPa高空图和云南125个测站的逐日降水量资料,对影响云南的西南低涡移动路径、时间变化、维持时间和对应的降水特征进行了统计分析。结果表明,约1/8～1/7的西南低涡能够移出四川并影响到云南,但过去30年来其总趋势是减少的。影响云南的西南低涡初生涡源区主要集中在九龙和四川盆地,东南路径最多,西南和偏南路径次之,受地形影响西南低涡一般影响不到滇西边缘和滇西南地区。春末和夏季西南低涡移出影响云南的频数最多,秋末和冬季最少。西南低涡开始影响云南的时间表现出日变化特征,在白天的影响几率为61.54%,其生命史呈指数衰减,大多不超过1天。西南低涡移出源地后,约有13.5%的低涡会影响云南并出现全省性强降水过程。其中,偏南路径西南低涡造成的强降水主要分布在哀牢山以西地区,东南路径的主要暴雨中心位于滇中和滇东南,西南路径的强降水主要分布在滇东地区。西南路径大到暴雨的出现频率最高、强度最强,应引起足够的重视;东南路径虽然最多,但大到暴雨的出现频率和强度均低于平均值。     

1979—2016年四川盆地低涡的气候特征分析

利用6 h一次、水平分辨率为0.25°×0.25°的ERA-Interim再分析资料,对1979—2016年生成于四川盆地的西南涡的发生和发展进行统计分析。结果表明：四川盆地低涡集中生成于盆地内;在6月生成最多,7月发展最强;按移动情况不同可将其分为5类：东移型、东北移型、东南移型、西移型和少动型;东移型、东南移型、少动型低涡生成个数的峰值在6月,东北移型和西移型低涡生成个数的峰值在7月。夏季5类长生命史四川盆地低涡的结构和降水合成场表明：从发展强度看,东北移型最强,少动型最弱。从成熟期垂直结构看,除西移型外,低涡均随高度向西北或向西倾斜,在对流层低层为冷性结构,中层为暖性结构;东移型、东北移型、西移型低涡的正涡度区在垂直方向伸展更高;除东南移型、西移型低涡的强上升区与其中心重合外,其余类型位于其中心东侧。从降水特征看,除西移型外,其余类型低涡的降水中心均位于其移动路径东侧或东北侧,其中东北移型低涡成熟期6 h累计降水量最大。四川盆地低涡的强上升区、相对湿度大值区、位于对流层低层和中层的辐合辐散中心与降水所在位置有很好的对应关系,各物理量场相互作用共同促进低涡发展。     

一次东北冷涡过程的数值模拟与降水分析

本文利用WRF模式对2007年7月8日至12日的东北冷涡过程进行模拟。通过分析天气尺度背景场可知, 在对流层中高层出现干侵入过程, 干空气主要来源于我国内蒙古西部和东北冷涡的西北部, 随着东北冷涡一起呈涡旋状运动, 在对流层中层的干侵入更加明显; 东北冷涡的东部为水汽通量辐合区, 说明此处水汽丰沛, 该处的暖湿空气与干冷空气相汇, 有利于降水的生成。通过分析中尺度对流系统的地面和对流层中下层的风场结构可知, 中尺度对流系统易发生在东北冷涡东南侧和东北侧的气旋性曲率最大处, 此处的对流层低层易形成强辐合区, 而风场的水平辐合运动激发出垂直上升运动, 在对流不稳定区配合着强上升运动, 有利于对流系统发展而产生降水, 因此在低压系统东南侧及东北侧的 “气旋曲度” 区易形成降水。从对流涡度矢量的垂直分量可知, 在东北冷涡中的东南侧和东北侧, 对流涡度矢量的垂直分量对于中尺度系统的发生位置和降水区域有很好的指示作用。     

东北冷涡下辽宁省短时强降水统计与合成分析

利用2000—2014年6—8月常规资料、FNL资料和辽宁省逐时降水资料,将东北冷涡分为北涡、中间涡和南涡,统计每类冷涡短时强降水特征,并进行动态合成分析。结果表明:短时强降水共755次,冷涡下227次,冷涡强降水多发生在1~3 h内。6月短时强降水主要由中间涡引起,7、8月中间涡与北涡共同影响,有一定周期变化;而南涡没有在辽宁产生强降水。北涡水汽输送充沛,中间涡水汽条件较差,切变辐合场与水汽输送的结合是有利于强降水的重要因子。降水基本处于斜压区内,冷涡中心降水处在斜压区北侧和高空急流左前方,高空槽前或槽后的降水处在斜压区南侧和急流中心右后方,降水区附近多有高空急流形成的次级环流配合。槽后降水区干侵入活动明显,冷涡中心降水主要通过高位涡诱发气旋性环流而触发上升运动。     

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。     

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

2011年7月12—20日华北冷涡阶段性特征

利用常规天气、地面危险天气报、自动站加密、NCEP/NCAR再分析资料等,对2011年7月12—20日持续9 d的华北冷涡过程阶段性特征进行分析。结果表明:冷涡过程降水主要分布在内蒙古东北部、华北和东北南部,发展阶段对流性强,多雷暴大风和冰雹,水汽来源于西南和东南气流,850 hPa上有强暖温度脊,高空急流较完整;减弱阶段以短时强降水为主,水汽来源于偏东气流;两阶段700 hPa以下为斜压,上升运动区主要位于东侧;发展阶段500 hPa为干区,南侧存在干空气侵入和θ_e梯度;减弱阶段整层相对湿度较大,θ_e锋区及不稳定度减弱。中层冷平流及中高层正涡度平流随高度增强是冷涡发展的主要因子,冷涡减弱是由低层冷平流进入冷涡中心、中层冷平流及中高层正涡度平流减弱共同影响所致。