2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及大气环流特征异同

超强厄尔尼诺事件衰减年背景下的2016年和1998年夏季,长江中下游地区出现阶段性持续性强降雨,分别为2016年6月19日—7月7日(简称2016年段)与1998年6月12—27日(简称1998年第Ⅰ段)、7月17日—8月2日(简称1998年第Ⅱ段),给国家防汛工作带来很大挑战。基于中国大陆2 407个气象台站逐日降水量、NCEP/NCAR逐日大气再分析等资料,对比分析了2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及其大气环流特征异同。结果表明:(1)上述三段持续性强降雨的雨带位置,2016年段最北,1998年第Ⅰ段最南;降雨强度,2016年段与1998年第I段大体相当,强于1998年第Ⅱ段。(2)三段持续性强降雨期间大气环流特征相似之处表现为我国东部沿海附近均有低槽,西北太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压相较常年同期其范围偏大、强度偏强,高空西风急流和低空西南急流的强度以及副高南侧偏东气流的水汽输送也均较常年同期偏强。(3)三段持续性强降雨期间大气环流特征的差异是,2016年(1998年)持续性强降雨期间我国东部沿海附近低槽较浅(深),同时副高、南亚高压脊线北侧与西风急流带南侧之间的高空辐散区、低空急流带及辐合切变线的位置、南半球澳大利亚高压位置等也偏北(南),形成的强降雨带位置亦偏北(南);2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间副高、南亚高压、高空西风急流的强度明显强于1998年第Ⅱ段,形成的降雨强度也更强。     

2008年梅雨异常大尺度环流成因分析

利用NCEP再分析资料对2008年江淮梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析研究。结果表明： （1）2008年入（出）梅显著偏早、 梅雨期长度略偏短, 梅雨分布呈南涝北旱、 东多西少, 梅雨量偏少、 强度偏弱。（2）该年入梅显著偏早是东亚大气环流由冬季型向夏季型转换提前所致, 副热带高空西风急流北跳、 500 hPa西风带环流调整、 西太平洋副热带高压季节性北跳、 夏季风北涌至江淮流域的时间均早于常年。（3）该年出梅显著偏早的主导因素是冷空气活动。（4）南涝北旱梅雨型是受南亚高压东段脊线位置接近常年、 副热带高压脊线处于适宜梅雨发生纬度带的南段、 低空西南急流和水汽输送带北缘位置以及高空强辐散和中低空强辐合区位置偏南的影响。（5）东多西少梅雨型是冷空气路径偏西所致。（6）梅雨期夏季风北涌至江淮流域活动次数偏少是梅雨量偏少的重要因素。     

2013年7月辽宁省降水异常物理机制研究

利用MICAPS常规资料和NCEP再分析资料,对2013年7月辽宁省降水异常物理机制进行了研究。结果表明:2013年7月辽宁省降水偏多发生在异常环流背景下,乌拉尔山高压脊和贝加尔湖低压槽强度大于常年,冷空气偏强且路径偏南;东亚40°—50°N处在纬向强锋区中,有利于气旋生成发展;副热带高压脊线比常年偏北2个纬度,西北侧暖湿气流活跃。7月中高纬地区有3次明显冷空气向南侵入至40°N,与中低纬北上至40°N及以北的暖湿气流交绥形成暴雨,影响系统分别为华北气旋、蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线,不同影响系统暴雨过程的物理机制存在差异。3次暴雨过程中,华北气旋暴雨水汽供应最充沛,水汽源地不仅有西太平洋、南海、东海和黄海,还有孟加拉湾;暴雨区水汽主要由副热带高压外围西南或偏南气流向北输送,东海北部和黄海是水汽汇合及输送量最大的区域。高空急流受贝加尔湖低槽强度影响,不同影响系统高空急流演变和强度不同,低空急流分布与强度及高空辐散区、低空辐合区相对高、低空急流轴分布的位置也不同;高、低空急流耦合发展及高空辐散区、低空辐合区叠置产生的强垂直上升运动造成了水汽强烈辐合,其中华北气旋暴雨水汽辐合最强,水汽辐合层顶达850hPa,蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线暴雨水汽辐合顶在900hPa附近及以下。热力分析表明,3次暴雨过程环境大气中层均有干冷空气侵入,增加了降水对流的不稳定性。     

2011年春季河南久旱转暴雨的环流特征及成因分析

利用常规气象资料和NCEP再分析资料,从前期天气背景、大气环流演变及产生持续性强降水的动力、热力和水汽等条件,分析了2008年6月广西出现的一次持续性强降水过程。结果发现：这次持续性强降雨过程期间500hPa环流形势稳定,高空西风小槽呈阶梯状持续下滑影响广西,不断诱发暴雨出现;200hPa广西处于南亚高压东部脊区和高空西风急流出口区右方,风速辐散明显,在高低空急流耦合作用下,华南出现了正反两支垂直环流,广西上空辐合上升运动明显,为强降水的出现提供极好的动力条件;南海季风暴发和副热带高压在华南沿海的稳定维持,使得华南低空形成了印度洋和南海两支水汽通道,为暴雨区上空提供了源源不断的水汽;高温、高湿、高能的热力条件,有利于扰动的形成和对流不稳定能量产生,为广西持续性暴雨提供必要的能量条件。     

2008年“7.22”襄樊特大暴雨的天气学机理分析及地形的影响

利用常规观测、地面逐时降水、NCEP再分析资料和卫星雷达资料,对2008年7月22日发生在鄂西北襄樊的特大暴雨过程从对流层高层一直到地面的天气形势特征进行了较为系统的分析,结果表明,对流层高层稳定的辐散系统、近地层稳定的辐合系统以及中低层发展深厚的西南低涡、不断加强的低空急流是造成这次特大暴雨的主要影响系统.重点分析了200 hPa强辐散中心形成的原因及其在降水中心上空稳定、停滞、加强的机制,认为高空急流右后侧的风速辐散区与西风槽和南亚高压反气旋环流之间的风向开口区两种辐散作用的叠加是造成强降水中心上空强辐散中心的主要原因,而高层西风槽在东移过程中突然停滞并加深,从而导致强辐散中心一度稳定、停滞则是强降水持续发展的重要机制.在近地层,由一个已经发展的对流云团外围出现的强偏北下沉冷出流沿浅薄地形河谷区侵入襄樊附近,当偏南暖湿气流不断加强北进时,一方面受到冷出流的横向阻挡,另一方面又受到大巴山地形的纵向阻挡,两种阻挡作用交汇于襄樊上空,使低层出现强辐合中心并稳定维持,在高层强辐散的共同作用下出现深厚的上升运动.地面低压倒槽和准静止锋的稳定维持以及边界层内大气斜压性的增强也有利于中尺度对流系统在该区域的维持和发展.中低层发展深厚的西南低涡和不断加强的低空急流为强降水中心输送了充足水汽,从西南低涡的东北侧不断分裂出β中尺度对流云团和强回波单体,并沿低层切变线移动到襄樊上空后叠加在高空强辐散、低层强辐合的有利动力作用下而得到进一步发展,并最终形成特大暴雨.     

桂北后汛期一次持续性暴雨天气过程分析

运用常规资料、区域自动站资料以及NECP再分析资料,对2017年8月9-15日发生在桂北地区的持续暴雨过程进行了深入分析。结果表明：此次持续暴雨过程发生在500hPa中高纬两槽一脊的形势下,副热带高压脊线稳定维持在15oN附近、西脊点稳定在110oE以西,副高的阻挡使西风槽前与副高西北侧的西南暖湿气流形势得以长时间维持,为桂北持续暴雨的发生提供了不稳定条件。季风涌增强北推,与南半球冷空气爆发造成的索马里越赤道气流增强,共同为此次持续暴雨提供了源源不断的水汽供应。南亚高压强大、稳定地维持在青藏高原上空,桂北地区位于南亚高压东部脊线上的强辐散区,低层位于低空西南风急流左侧强辐合区,形成很好的低层辐合上升、高层辐散下沉的垂直环流形势,与高低空急流耦合共同为此次持续暴雨提供了较好的动力机制。     

登陆热带气旋引发云南强降水的环境场特征

应用《西北太平洋热带气旋年鉴检索系统》资料、NCEP/NCAR再分析资料及云南降水资料,对1959-2007年热带气旋(以下简称TC)西行登陆引发的云南强降水过程进行了分类统计,得到4类TC强降水环流模型,分别是TC低压环流型、TC低压外围或倒槽型、TC低压与低槽冷空气相互作用型和TC与两高辐合相互作用型.环境场特征显示,100 hPa南亚高压中心位置在90°E以西,高空东风急流提供了强大的辐散场,低空西南季风气流与TC环流相连接,高低层涡度差呈负值区分布,使TC低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢;西南季风气流中的低空急流、副热带高压外围及TC低压东部的偏南急流共同作用,向云南输送充沛的水汽和能量,是登陆TC强降水产生的重要天气系统配置形势;强降水分布在低空急流左侧,TC低压或倒槽西北侧的正涡度中心附近;冷空气南下进入云南,增加了大气斜压不稳定,使TC外围降水增强.     

一次强雷雨过程的分析

高空横槽南部及江淮气旋槽前,有利于气流辐合抬升,且西太平洋副热带高压的西北侧边缘极不稳定,同时中低空西南急流提供了源源不断充足的水汽,高空急流入口区次级环流的出现使低层迅速成为辐合上升中心,为强降水的突发提供了有利条件。探空曲线上风向顺转使得低层存在暖平流,造成大气的强烈对流运动。     

东亚副热带西风急流活动与长江中下游梅雨异常关系的研究

本文利用1960～2009年NCEP/NCAR再分析日平均资料和中国714站20时(北京时)日降水量资料,分析了梅雨季节东亚副热带西风急流逐日演变特征与长江中下游异常丰梅和空梅的关系,研究了东亚副热带西风急流活动影响梅雨异常的机理,讨论了监测和分析东亚副热带西风急流对梅雨中期预报的意义。梅雨期合成分析显示,异常丰梅年较空梅年急流强度偏强,急流带狭窄,质量与动量集中。逐日演变特征表现为,丰(空)梅年急流围绕气候态位置经向平稳摆动(振荡幅度大),关键区(30oN～37.5oN,110oE～130oE)纬向风强度偏强(弱),东亚至西太平洋(80oE～160oE)上空急流最大中心主频次在125oE(145oE)附近,靠近(远离)我国东部地区并位于下风方。影响梅雨异常机理研究表明,异常丰梅年,200hPa我国东部地区上空急流轴线、散度零线和散度距平零线在37.5oN附近"重合",急流轴以北为辐合,以南为强辐散,辐散中心区与辐散距平中心区"重合"在长江中下游地区上空,高空强辐散流出,对应低层强辐合流入,配合从底层到高层深厚的强垂直上升运动,为梅雨提供了良好动力环境场;高低空急流耦合作用,有利于低空西南风加强,长江中下游以南地区为西南水汽通量距平,为持续性降水提供了良好的水汽输送条件;强高空副热带锋区配合典型陡直梅雨锋区,有利于高空急流质量和动量维持,也利于深对流发展。空梅年的情形则相反。从强度、位置及其变化等多方面综合监测和分析东亚副热带西风急流中期变化特征,可以更好地把握和认识急流对梅雨异常的影响及其机理,对于梅雨中期预报问题是有帮助的。     

东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR 200 hPa月平均风场再分析资料,定义东亚大陆对流层上层不同经度上最大西风所在位置的平均纬度为东亚副热带西风急流轴线指数,该指数能准确反映东亚副热带西风急流位置的南北变化及其对长江中下游降水的影响,并能较好地体现东亚夏季风盛行期间对流层低层与高层的纬向风场变化特征。分析表明,该指数的时间变化具有与长江中下游夏季降水较一致的年代际变化及年际振荡特征。对东亚副热带西风急流位置异常年的大气环流差异分析表明,急流异常偏北时,南亚高压偏弱,位置偏北偏西,呈伊朗高压型;西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏弱、位置偏东偏北;气流的辐合上升区北移至华北一带,而长江流域低层风场为辐散异常,上升气流较常年偏弱,降水偏少。急流异常偏南时,南亚高压偏强,位置偏南偏东,呈青藏高压型;西太副高偏强、位置偏西偏南;长江流域地区上空低层有较强辐合上升气流,高层有较强的气流辐散,对流旺盛,雨带在此维持,容易引发洪涝。     

盛夏两类东亚高空西风急流北跳的动力过程

在气候态上,7月底东亚高空西风急流中心突然从40°N北跳到45°N以北.逐年统计分析显示此次急流北跳存在两类典型方式:急流北侧西风强度增强引起的北跳(第一类)和急流中心西风强度的减弱引起的北跳(第二类).本文基于1958年到2002年的NCEP/NCAR再分析资料,采用波活动通量诊断这两类典型北跳相应的动力过程,进一步...     

秋季南极涛动异常对冬季中国南方降水的影响

本文针对秋季南极涛动（AAO）和冬季中国南方降水的关系作了研究,发现两者之间存在显著的反向年际变化关系。AAO正（负）异常年,副热带西风急流显著增强（减弱）,欧洲西部槽、乌拉尔山高压脊和东亚沿岸大槽均偏强（偏弱）,阿留申低压、南支槽和西太平洋副高偏弱（偏强）,西南急流上的扰动不活跃（活跃）,我国大部分地区出现异常偏北风（偏南风）和OLR弱正距平,导致南方降水偏少（偏多）。两半球存在东亚—南半球高纬地区和纵贯太平洋南北的两个遥相关型,海洋性大陆对流活动可能是秋季AAO影响南方冬季降水的一个机制。因此,秋季南极涛动的异常很可能对预测我国南方冬季降水有显著指示意义。     

2005年江淮流域入梅偏晚的成因分析

2005年是江淮流域入梅偏晚年。利用NCEP／NCAR再分析资料、OLR资料和江苏省气象台提供的2005年逐日降水资料，对2005年江淮流域入梅前的异常环流形势进行分析，探讨了西太平洋副热带高压和低层中高纬冷空气的活动异常与东亚大槽、中西太平洋ITCZ以及东亚副热带高空西风急流等活动异常的关系。结果表明，入梅前，东亚大槽发展强盛，ITCZ偏弱以及东亚副热带高空西风急流强劲少动导致西太平洋副热带高压北抬偏晚。同时，东亚副热带高空西风急流的强劲少动也使南下冷空气势力强劲，中低层副热带锋区偏南，抑制了暖湿的东亚夏季风向江淮流域推进。东亚副热带高空西风急流和西太平洋副热带高压向北突跳偏晚是江淮流域2005年入梅偏晚的主要原因。     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流突变早晚与东亚环流异常的关系

利用1961-2004年NCEP／NCAR再分析逐候资料和全国160站月平均降水资料,分析了初夏至盛夏东亚副热带急流北跳和急流中心西移发生早晚对7月东亚大气环流和我国降水的影响。结果表明,急流北跳时间与7月长江中下游地区降水异常正相关,急流中心西移时间则与7月淮河流域降水异常正相关,与华北和河套地区降水异常负相关。急流北跳时间与南亚高压和西太平洋副热带高压南北位置异常及高纬贝加尔湖以东高压脊强度相关;而急流中心西移时间与南亚高压和西太平洋副热带高压的东西伸展及贝加尔湖以西高压脊强度相关,在急流中心西移偏晚年,南亚高压西缩,贝加尔湖西南侧高压脊增强,南下至华北和河套地区冷空气偏强,且西太平洋副热带高压东撤,冷暖空气在淮河流域交汇,使得华北和河套地区降水减少而淮河流域降水偏多;偏早年情况与偏晚年情况相反。     

形成2015年浙江省梅汛期暴雨的控制环流及梅雨锋结构

本文利用NCEP/NCAR全球再分析逐日资料、地面观测资料和自动站降水资料,在分析了2015年浙江省梅汛期强降水特征、水汽输送和局地环流的基础上,从西南季风进退、副热带高压、南亚高压及西风带波动等方面对2015年形成梅汛期暴雨的控制环流进行了分析。结果表明：2015年整个浙江省梅汛期降水量较常年显著偏多,浙江中部地区降水量比历史同期偏多接近一倍。丰沛的水汽从孟加拉湾经中南半岛向东输送,与西太平洋副热带高压西侧的西南气流相合并,在梅雨锋南侧形成异常辐合,为强降水提供了水汽条件。这次持续强降水由三次强降水过程构成并由西风辐合型锋生引起。第二次强降水过程中大气强对流性不稳定利于梅雨锋上中尺度对流系统发展,导致强降水呈现明显的局地性。而第一次和第三次过程中梅雨带附近大气基本处于对流稳定或中性,以斜压性降水为主。在对流层低层,副高较常年偏东偏南,其西北侧西南暖湿气流与北侧冷空气交汇于浙江省,利于梅汛期强降水集中期的出现。在对流层上层的南亚高压较常年位置偏东,其北侧的西风急流强度偏强,东亚急流核入口区右侧的强辐散利于造成强烈的上升运动。在对流层中层,贝加尔湖阻高的东侧有明显的波动能量向东向南传播并在长江中下游积聚,利于浙江地区扰动的维持,形成持续稳定的梅雨锋和中低空切变线,造成梅雨强降水过程的持续。2015年春夏季热带中东太平洋海温正异常分布有利于梅汛期降水偏多的异常环流的形成。     

Numerical Study of the Effect of Anthropogenic Aerosols on Spring Persistent Rain over Eastern China

The eff ect of anthropogenic aerosols on the spring persistent rain （SPR） over eastern China is investigated by using a high-resolution Community Atmosphere Model version 5.1 （CAM5.1）. The results show that the SPR starts later due to anthropogenic aerosols, with a shortened duration and reduced rainfall amount. A reduction in air temperature over the low latitudes in East Asia is linked to anthropogenic aerosols;so is a weakened southwesterly on the north side of the subtropical high. Meanwhile, air temperature increases signifi cantly over the high latitudes. This north-south asymmetrical thermal eff ect acts to reduce the meridional temperature gradient, weakening the upper-level westerly jet over East Asia and the vertical motion over southeastern China. As a result, the SPR is reduced and has a much shorter duration. The indirect eff ect of anthropogenic aerosols also plays an important role in changing the SPR. Cloud droplet number concentration increases due to anthropogenic aerosols acting as cloud condensation nuclei, leading to a reduction in cloud eff ective radius over eastern China and a reduced precipitation effi ciency there.     

Role of the subtropical westerly jet waveguide in a southern China heavy rainstorm in December 2013

An extreme rainstorm hit southern China during 13–17 December 2013, with a record-breaking daily rainfall rate, large spatial extent, and unusually long persistence. We examined what induced this heavy rainfall process, based on observed rainfall data and NCEP–NCAR reanalysis data through composite and diagnostic methods. The results showed that a Rossby waveguide within the subtropical westerly jet caused the event. The Rossby wave originated from strong cold air intrusion into the subtropical westerly jet over the eastern Mediterranean. With the enhancement and northward shift of the Middle East westerly jet, the Rossby wave propagated slowly eastward and deepened the India–Burma trough, which transported a large amount of moisture from the Bay of Bengal and South China Sea to southern China. Strong divergence in the upper troposphere, caused by the enhancement of the East Asian westerly jet, also favored the heavy rainfall process over Southeast China. In addition, the Rossby wave was associated with a negative-to-positive phase shift and enhancement of the North Atlantic Oscillation, but convergence in the eastern Mediterranean played the key role in the eastward propagation of the Rossby wave within the subtropical westerly jet.     

2019年长江中下游伏秋连旱的异常特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及实况观测资料,分析了2019年中国长江中下游地区伏秋连续干旱期间的降水、温度及大气环流异常特征。结果表明：此次干旱具有持续时间长、降水偏少严重、气温较历史同期明显偏高、高温日数明显偏多等极端性特点。西太平洋副热带高压偏强,位置相对偏西、偏北,是形成长江中下游伏秋连旱的最主要原因;南亚高压东伸及负涡度向东输送,利于副热带高压西伸,长江中下游地区始终位于东亚副热带西风急流出口区右侧、对流层中高层负涡度的叠加作用区,使得垂直方向上的下沉辐散得到显著增强;自乌拉尔山至贝加尔湖高压脊形成的"高压坝",偏弱的极涡和东亚大槽等异常中高纬环流形势稳定维持,使得西风带中的气旋性扰动不易影响到副热带地区,利于西太平洋副热带高压的稳定及干旱的维持;频繁的热带系统活动,使得副热带高压在热带对流加热区以北的负涡度作用下得以进一步加强,并且导致对流层低层西南气流、越赤道气流和东南气流等三支气流在向北的输送路径上发生改变,并使长江中下游地区水汽辐合偏弱,使干旱得以维持。