2005年6月华南致洪暴雨的大尺度环流特征及成因探讨

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料,分析了2005年6月华南致洪暴雨的环流背景及其可能成因.结果表明:2004-2005年经历的一次弱El Nino事件是2005年华南致洪暴雨的气候背景.与2005年夏季相比较,6月17-26日强降水期间,华南地区的视加热《Q1》和视水汽汇《Q2》异常强烈,并且《Q1》和《Q2》的高值带与该时段降水量分布非常相似,高值中心与雨量中心位置基本一致.阿拉伯海东岸和孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层异常反气旋性环流,使得南亚高压加强偏西.我国大陆处于异常气旋性环流之下,不利于南亚高压北上,有利于南亚高压在青藏高原南部、华南地区维持,使得华南地区位于高空西风急流南侧的上升运动区,有利于该区域强降水发生和维持,形成洪涝.     

2008年6月广东省连续性暴雨的成因

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析2008年6月12-18日广东省连续性暴雨过程的环流背景及成因。结果表明：在中纬短波槽和南支槽活跃的环流形势下,低层低涡切变线和西南急流引起的强烈上升运动是这次广东省连续性暴雨的触发因子。孟加拉湾和西北太平洋的2支水汽在南海汇合,持续向华南输送暖湿空气,并由经向风场辐合形成较强的水汽辐合中心。连续性暴雨期间,华南上空异常加热源有利于其西北侧低空异常气旋性环流的维持和广东省沿海地区西南急流的稳定存在。异常偏强的水汽输送辐合和大气热源加热是这次连续性暴雨得以维持的重要原因。     

2007年淮河流域暴雨期间大气环流特征分析

利用NCAR/NCEP再分析资料及国家气象信息中心30年气候平均降水资料,通过动力诊断与分析手段研究了2007年6—7月发生在我国淮河流域的暴雨。结果表明,淮河流域的环流垂直结构和降水有着非常好的对应关系。暴雨期间,鄂霍茨克海阻高与乌拉尔山阻高这种双阻高形势对于淮河流域的持续降水提供了很好的条件;南亚高压高层(200 hPa)基本为正散度区,低层(850 hPa)为负散度区,上下层强烈的抽吸结构对暴雨的发生也是非常有利的条件,同时,在淮河暴雨期问,南亚高压(200 hPa)与500 hPa西太平洋副热带高压有着相向而行的移动路径;位涡对于分析冷空气的活动,有着比较清晰的意义,暴雨发生前,有明显的正位涡异常从高纬度向低纬度伸展。大气非绝热加热分析结果显示,视热源和视水汽汇两者的高值中心与相应时段暴雨中心位置一致。     

基于热源作用的青藏高原东坡一次夜间暴雨的诊断分析

利用ERA5再分析资料、CMORPH融合降水资料和山地通量观测资料对2020年6月26日发生在四川冕宁一次夜间致灾暴雨进行综合诊断分析。结果表明：本次夜间暴雨发生前，白天地面热源存在明显的正异常变化，地面热源的正异常区与降水有很好的对应关系。同时大气热源（视热源和视水汽汇）与暴雨的关系密切且相互影响，降水释放凝结潜热，加热大气，使得视热源也随之增加。在暴雨发展强盛阶段，视水汽汇的垂直输送项达到最大，而视水汽汇的局地变化项能很好指示整个暴雨过程中区域水汽的净输送状况。     

一次华南暴雨过程中水汽输送和热量的研究

利用NCEP/NCAR 每日4 次全球再分析1°×1°网格资料,计算了2004年7月17-21日华南汛期暴雨过程的水汽通量、视热源(Q1)和视水汽汇(Q2),并探讨了其垂直分布特征.结果表明:华南汛期暴雨过程中存在大量的水汽和凝结潜热.孟加拉湾、南海和西太平洋都是这次华南暴雨过程重要的水汽供应源.暴雨区南边界为水汽的主要输入区,北边界为主要输出区,而暴雨区南、东边界的水汽输送主要发生在低层,西边界在中、低层的水汽输送大致相当.在这次降水过程中,视热源和视水汽汇的较大值与降水的大值区有很好的对应关系.视热源、视水汽汇和垂直上升运动与降水量的变化总体趋势是一致的.视热源垂直方向上的峰值在400 hPa附近,而视水汽汇呈双峰型特征,峰值分别在700 hPa和450 hPa附近.垂直平流项均是视热源、视水汽汇的主要贡献者.     

青藏高原热力异常与华北汛期降水关系的研究

利用1980～1994年NCEP/NCAR再分析资料,以及我国336个测站1956～1994年月降水量资料,通过诊断分析和数值实验,研究了夏季高原上热力异常与华北汛期降水的关系.结果表明:华北汛期干旱年,青藏高压及西太平洋副热带高压偏南、偏东,华北汛期降水偏多年则相反;华北汛期旱年时,高原上升、高原东侧邻近地区下沉的垂直环流明显加强,而降水偏多年时,垂直环流减弱,华北地区为上升气流控制;夏季高原为热源和水汽汇区,它们的异常对华北地区降水有很大影响,当热源和水汽汇增强(减弱)时,华北地区降水偏少(偏多).数值试验表明,高原上潜热加热异常引起青藏高压、西太平洋副热带高压、亚洲季风以及欧亚中高纬地区环流的变化,进而影响到华北地区的降水.     

西太平洋副热带高压异常及其与1998年长江流域洪涝过程关系的研究

文中结合 1 998年长江流域的洪涝过程研究了太平洋的活动特征 ,探讨了副热带高压活动与海温的关系 ,以及视热源、水汽汇的特征与副高活动的关系等。首先描述了 1 998年太平洋副热带高压的基本特征 ,给出了它异常的季节位置、强度和形态 ,及其与长江流域降水异常的关系。SVD分析表明 ,1 997至 1 998年的 El Nino过程的演变特征所对应的太平洋副热带高压的最佳耦合模态是 :主体强而位置偏南 ,特别是其西部。赤道辐合带也偏弱 ;1 998年夏季副热带高压的基本特征正符合该模态的特征。热带地区东西向的垂直环流明显地出现东太平洋的异常上升气流与西太平洋的下沉距平气流。视热源、水汽汇的分布能很好地描写副热带高压区的季节位置和强度。副热带高压区为明显的 Q1<0的辐射冷却区和 Q2 <0的变干区。这种特征也有助于副热带高压区的维持。同样 ,视热源、水汽汇的分布也能很好地解释副热带高压区的季节内异常活动。在长江流域持续暴雨期和间隙期 ,Q1,Q2 所指示的副热带高压与雨带的相对位置有很大的差异。不同的热力结构能较好地解释副热带高压区的迅速南落 ,由此造成长江流域的二度梅     

山东夏季暴雨对青藏高原东南部及邻近区域春季大气热源变化的响应

利用1979—2018年山东省120个国家气象站逐日降水观测数据、欧洲中期天气预报中心ERA-Interim逐月再分析资料以及美国国家环境预报中心和大气研究中心逐6 h再分析资料,分析春季青藏高原大气热源强度变化对山东夏季暴雨的影响。结果表明:近40 a山东大部地区暴雨日数呈增加趋势,鲁西南、鲁西北中东部增加趋势显著。春季、夏季高原均为东亚大气热源较强区域,春季高原大气热源强中心区的强度与山东夏季暴雨指数呈显著正相关。当春季高原大气热源增强时,夏季南亚高压加强、东扩,200 hPa南亚高压易呈中部型,500 hPa中国东北地区易有冷涡生成南下,日本东部西太平洋副热带高压加强北抬,山东处于冷暖气流交汇区,同时明显有自南向北的水汽输送至山东地区,低层辐合、高层辐散的环流配置促使该地区上升气流增强,有利于降水产生。春季高原大气热源强度与夏季南亚高压强度、丝绸之路遥相关分别呈显著正、负相关,大气热源增强下的环流形势有利于山东地区出现强降雨。     

2013年长江中下游地区夏季高温事件的环流特征及成因

采用ERA-interim和NCEP CFSR逐日再分析资料以及长江中下游29个测站的逐日温度资料,分析了2013年7月23日-8月14日长江中下游地区夏季异常高温的特点、环流特征及成因。研究结果表明,2013年夏季高温期间西太平洋副热带高压较往年异常偏强,西太平洋副热带高压控制区内大范围异常下沉运动产生的大气绝热加热是高温形成的主要原因。同时,与强大西太平洋副热带高压相联系的异常强大反气旋环流使得长江中下游地区上空的水汽向东北方向大量输出,导致了该区域水汽含量的减少,致使到达地面的太阳短波辐射增加,这是高温形成的又一原因。进一步分析表明,2013年夏季海洋性大陆地区大气热源异常偏强,该地区大气热源的异常增强可能是导致2013年夏季西太平洋副热带高压异常偏强的主要原因。     

2007年7月7—9日淮河流域梅雨锋雨带特征分析

针对2007年7月7—9日发生在淮河流域的暴雨,采用NCEP1°×1°客观分析资料、6h地面观测降水资料,对此次降水过程中雨带发生、发展进行天气动力学分析。结论如下:(1)暴雨区位于高空急流入口区南侧、南亚高压辐散场东侧,该区域对流层高层为反气旋控制区,有利于低层低值系统的发展;(2)处于非热成风不平衡状态下的低空强急流带形成以后,对于雨带分布以及暴雨发展产生重要影响;(3)视热源、视水汽汇廓线在垂直方向上的变化,体现了水汽凝结潜热释放加热环境大气的作用;(4)基于p坐标系的比湿垂直输送正值带可以较好地示踪雨带移动。     

2003年淮河流域特大暴雨期间低纬环流分析

利用NCEP NCAR提供的OLR和气象要素场再分析资料 ,对 2 0 0 3年 6～ 7月淮河流域特大暴雨期间西南季风和东亚季风以及热带低纬地区环流的异常特征及其对梅雨暴雨的贡献进行了分析。结果表明 ,暴雨期间 ,长江流域附近地区维持准稳定的比常年明显偏强的南风带 ,北方冷空气亦比常年偏强 ;三次强降雨过程 ,低层均表现为稳定的强南风与阶段性增强的偏北气流的经向辐合。三次强降水过程中有两次 ,来自西北太平洋的东南气流的水汽输送占主导地位。异常环流分析表明 ,淮河流域强降雨时段 ,东南亚季风和南海季风异常偏弱 ;赤道西北太平洋地区东风气流比常年同期异常偏强。诊断分析认为 ,高原东部和南部地区对流活动比常年同期偏弱 ,80～1 1 5°E地区越赤道气流比常年异常偏弱 ,可能是西南季风异常偏弱原因。而偏强的WAKER环流可能是西北太平洋地区低纬地区东风异常偏强的原因。另外 ,印度尼西亚地区低层气流辐合异常偏强有利于副高的稳定和加强 ,进而使我国东南部地区长时间维持强异常偏强的东南气流 ,从而为淮河流域的持续暴雨提供了源源不断的来自南海和西北太平洋的暖湿气流     

2003年淮河暴雨期大气水汽输送特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年淮河流域发生持续性暴雨期间的水汽输送情况,发现暴雨区的异常水汽并不是来自通常输送量最大的水汽输送通道2(来自印度洋孟加拉湾的西南气流经中南半岛到我国东部地区)和水汽通道3(来自孟加拉湾的水汽经中南半岛到达南海与南海的偏南气流汇合再向北输送),而主要来自位置异常西移的水汽输送通道4(来自副高南侧的偏东气流沿着副高边缘转向向东输送到我国东部雨区)。暴雨区内有大量的异常纬向水汽通量距平,但并没有对异常降水辐合产生贡献,而相对小量的经向水汽通量距平在暴雨区产生强烈的辐合,为持续性暴雨提供绝大部分水源。输送至暴雨区的大量经向异常水汽通量距平主要来源于暴雨区南侧紧邻的中国南部沿海地区,而不是主要的水汽源区——南海。造成大气中水汽输送及辐合异常状况的最主要原因是西北太平洋副热带高压的异常西伸,强度偏强,且长期稳定少动。此外,欧亚两槽一脊的环流形势和副高北侧异常加强的低层西风急流及其稳定性也是形成此次淮河流域持续性暴雨必不可少的条件。     

2011年7月初一次大暴雨过程分析

2011年7月初四川中部至东部出现一次持续的强降水过程,采用NCEP再分析资料、常规观测资料、自动站资料和FY-2E资料对此次过程进行诊断分析。结果表明,本次区域性大暴雨过程主要影响系统为副高外围西南气流和中尺度对流云团,副高西伸带来充沛的暖湿气流向川内输送,与北下干冷空气在四川上空汇合,增强大气层结不稳定;雨区上空对流层内有强上升运动且中低层不稳定呈高温高湿状态;700hPa水汽通量散度分析显示本次暴雨水汽源于孟加拉湾,水汽辐合区内有TBB大值中心及视热源、视水汽汇大值区;本次降水为对流性降水,水汽凝结加热对大气加热起重要作用,视热源、视水汽汇及垂直螺旋度与暴雨有很好的对应关系,当强降水出现时螺旋度呈(高空)上负(低空)下正分布,高层负螺旋度的生消与降水有更好的对应关系;雨区上空水汽收支显示南、北两边界是主要水汽来源,且水汽以南北向辐合为主。      

历史上的淮河洪水

2003夏季淮河流域发生了自1991年以来最为严重的洪涝灾害。为了更进一步认识淮河洪水的历史背景，根据史料反演得到的历史上淮河流域洪涝资料以及降水量观测资料分析了1470-2002年该地区的洪涝发生情况。根据淮河流域的洪水在全国范围降水分布和其他地区的关系分类，淮河降水主要有两种类型：第一种是长江淮河型，雨带集中在长江下游，也包括淮河；第二种是华北南部型，降水主要集中在华北南部和淮河。通过分析这两种类型的降水分布与对应的500hPa高度场的关系，得知淮河洪水和大气环流的异常有着紧密的联系，进一步研究洪水发生的规律，了解其形成的大气环流机制将有助于淮河的防洪抗汛工作。     

1998年武汉大暴雨过程的切变涡度及非绝热加热垂直结构分析

文中通过比较 1 998年武汉大暴雨期间相对涡度、切变涡度和纬向切变涡度 (ζs1) ,发现ζs1中心与暴雨中心位置有更好的对应关系 ,其在时序上高空负纬向切变涡度发展要超前强降水出现约 1 d。暴雨发生前高空反气旋性涡度增强 ,且与此同时 ,低层要求有正涡度发展。暴雨发生时段对应着 Q1,Q2 的高值区 ,并具有强上升运动 ,且 Q1,Q2 两者之间存在较强的耦合。视热源中心在 45 0 h Pa,而水汽汇中心主要在 6 0 0 h Pa附近。Q1,Q2 局地变化和平流变化是反位相分布的 ,共同的作用是减小对加热的贡献。Q1中局地变化可省略 ,但 Q2 中局地变化在第2次强降水时段可达 4K/d左右 ,因此不能省略。垂直输送项在 Q1,Q2 中是最主要的加热项     

大气加热场影响西太平洋副热带高压短期位置变化的数值模拟

利用江淮2003年和华南1998年夏季持续性强降水典型个例,采用区域气候模式RegCM3模拟了强降水期间江淮、华南及孟加拉湾热源异常分布对西太平洋副热带高压短期位置东西进退及南北变动的影响。模拟证实：西太平洋副热带高压位置的短期变异与大气加热场及其配置有密切的联系。持续性强降水期间,副高西侧较远处孟加拉湾热源是诱导西太平洋副热带高压异常西伸的原因之一;华南强降水期间,华南和孟加拉湾热源的共同存在可使副高在季节性西伸过程中出现短期东撤;江淮强降水期间,江淮和孟加拉湾热源的共同存在会诱导副高异常西伸。但模式在模拟副高位置南北变动上效果并不明显,不能证实华南、江淮热源单独存在时对副高在南北位置变异上的阻碍作用。     

淮河洪涝年7月上旬环流特征与近10年平均环流特征差异分析

利用NCEP 1998-2007年分析资料,分析了2007年、2005年和2003年3个淮河大洪水年7月上旬逐日各层的位势高度、温度、水汽和风场等资料.分析结果表明:这3个洪水年和近10年平均场的大尺度环流背景、高低空急流、水汽输送特征等存在显著差异.东亚夏季风异常是这3年淮河流域洪涝出现的主要原因.同时,这3年西北太平洋副热带高压均较历史同期偏强,西伸脊点偏西;华北南部到黄淮距平风场上有较常年明显的偏北气流,副热带高压西北侧850hPa低空急流较常年平均偏强6m·s-1以上,南北两支气流交汇区正好位于淮河流域;在200hPa上淮河流域处于异常的高空急流入口南侧或受较常年偏强的反气旋环流控制之下;从整层水汽通量距平分析,南海是这3个淮河洪涝年的主要水汽源地.     

2007年夏季淮河流域洪涝与亚洲地区大气低频振荡的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面观测站的逐日降水资料, 研究了2007年夏季淮河流域洪涝与亚洲地区大气低频振荡的联系, 通过分析研究表明: 2007年夏季淮河流域降水低频振荡的主要周期是30～70天, 该低频序列的方差大约占了总方差的47%; 在降水低频振荡的位相5～8 (1～4), 亚洲季风区从阿拉伯海北部经孟加拉湾到我国南海地区, 以及我国淮河流域经渤海到日本地区主要受低频热源 (热汇) 的控制; 并且在极大降水位相7, 我国东部地区 (10°N～45°N, 110°E～120°E), 从北到南, 〈Q1〉低频分量的分布呈负正相间的低频热汇、 热源、 热汇、 热源形式(位相3则呈相反的分布形式); 在位相5～8 (1～4), 亚洲季风区〈Q1〉低频分量的分布有利于 (不利于) 气流向淮河流域汇合并形成辐合上升; 受低频环流变化的影响, 在位相5～8, 大量的水汽被输送到淮河流域, 辐合上升形成降水; 相反, 在位相1～4, 来自西太平洋上的水汽在该地区辐散, 不利于降水的发生。