江南春雨的时空分布

江南春雨是东亚独特的天气气候现象,已有充分证据表明,它是青藏高原高大地形的动力和热力强迫的结果,但目前其时空分布还不明确.NCEP/NCAR环流及感热资料气候平均分析表明:在3月第1候(全年第13候),高原主体和高原东南部的感热加热、高原东南侧西南风速、江南春雨区西南风速和江南春雨区雨量都提升到一个新的水平,标志着江南春雨的建立;在5月第3候(全年第27候)以后,高原东南部的感热加热、高原东南侧西南风速、江南春雨区西南风速和江南春雨区雨量都迅速减小,对流层中低层南海副高脊线由南倾转北倾,江南雨带中心南移至南海,南海季风爆发,标志着江南春雨期的结束.因此,将江南春雨的建立和终结时间定为第13候和第27候比较适当.资料分析和数值敏感性试验表明,江南春雨期对流层低层冷暖空气的交汇区在30°N附近,但江南春雨雨带的位置和强度明显受南岭、武夷山脉地形的影响:山脉地形能阻挡抬升冷暖空气,加强锋生,增强降水,使雨带中心位置与山脉主轴分布重合.因此,江南春雨的空间范围包括长江中下游(30°N)以南、110°E以东的中国东南部地区.     

春季西太平洋海表面温度对我国江南春雨的影响

利用NCAR提供的第5代全球大气环流模式CAM3.1探讨了春季西太平洋副热带地区海表面温度对我国江南春雨的影响。数值试验结果表明:春季西太平洋副热带地区海表面温度升高可引起同期东亚—西太平洋副热带纬向海陆热力差异减弱,进而引起3—4月青藏高原东南侧的低涡强度减弱,该低涡与西太平洋副热带高压之间的位势梯度减小,中低纬度西太平洋副热带高压强度减弱,其北侧的850 hPa西南风强度相应减弱,因此西南暖湿气流输送也随之减弱,造成江南地区的水汽通量辐合强度明显减弱,这种环流分布状况将不利于出现较强的江南春雨,导致江南春雨强度明显减小。     

近期青藏高原对亚洲气候影响的动力学研究进展

总结回顾了近年青藏高原影响的气候动力学研究。青藏高原在不同季节对气候的影响具有的不同特性:(1) 冬季高原为弱冷源的特征;(2) 春季高原与环流的相互作用使中国南方盛行西南气流进而形成江南春雨,在从冬到夏的季节推进过程中,青藏高原还调控南亚-印度洋海陆气相互作用,激发孟加拉湾季风爆发性涡旋,促使孟加拉湾季风在高原东部爆发;(3) 夏季斜坡上的感热加热形成高原感热气泵,与海陆热力对比共同作用,控制南亚季风和东亚季风;(4) 在年际和年代际时间尺度上,冬季热源异常是北半球大气环流变化的结果,同时对中国南方持续性异常雨雪事件产生影响;在春夏季节,高原热力强迫的变化强烈地影响环流和亚洲气候。其中青藏高原表面感热通量和其上空大气热源在春季和夏季呈减弱趋势在近30年逐渐减弱,影响到中国近几十年夏季季风和雨带分布。最后提出青藏高原影响研究的气候动力学面临的科学问题。      

江南春雨和南海副热带高压的时间演变及其与东亚夏季风环流和降水的关系

使用国家气象信息中心整理的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,创建了江南春雨建立时间指数和南海副热带高压(副高)减弱时间指数,研究了江南春雨各要素的相互关系及其与东亚夏季风环流和降水的关系.分析表明,当江南春雨建立较晚时,夏季江南地区的降水也较少,这是由于东亚夏季风加强,高原近侧气旋性环流加强,使江南地区出现异常反气旋性环流(气旋性辐合环流减弱)所致;当南海副高减弱较晚时,长江中下游至江南地区降水偏多,易发洪涝,这主要是由于东亚夏季风减弱,南海副高偏强,华南的异常西南风与围绕高原的异常反气旋环流的偏北风在长江中下游流域形成异常气旋性环流所致.江南春雨的建立时间和南海副高减弱时间之间又具有线性无关性,可以为东亚夏季风环流和降水异常的预报提供重要线索.两指数与3月ENSO综合指数MEI关系密切,表明东亚的气候异常与ENSO 全球气候异常紧密联系,因此在分析预测东亚气候异常时必须同时关注全球气候异常背景.     

江南春雨的时空分布特征及其旱涝年环流差异

利用1979—2010年中国753站逐日降水资料,定义了江南春雨时间范围(12—27候)和空间范围(110~120°E,23~30°N),并通过EOF方法分析了江南春雨的时空分布特征,得到3个主要模态:全区一致型、南北反相型和东西反相型。在此基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析了江南春雨的旱涝年的环流差异。结果表明:江南春雨偏涝年,上游青藏高原东南侧的西南风增强,西太平洋副热带高压加强西伸,有利于来自副高南侧的水汽与高原南侧的水汽汇合向江南地区输送,而江南地区的上升运动也明显加强,有利于江南地区降水的产生。进一步分析发现在春雨期涝年青藏高原的热源强度明显强于旱年,导致高原东南侧的绕流增强,进而有利于江南地区的降水,而旱年情况大致相反。此外,比较旱涝年西太平洋—东亚大陆之间的纬向海陆热力差异发现,涝年大约在第11候发生冷热源的反转,旱年则在第16候反转。涝年江南地区春雨期热源强度也明显强于旱年,进一步说明江南地区冷热源的反转以及增强对于江南地区的降水具有重要的作用,同时对于判定江南春雨的季风降水性质具有重要指示意义。     

高原和山脉地形对长江中下游梅雨形成的影响

长江中下游梅雨(下称梅雨)是丙南暖湿季风气流随季节增暖北进过程中的产物,是东亚副热带季风系统中的一个重要组成部分.利用气候平均资料分析和敏感性数值模式试验,研究了青藏高原(下称高原)和江南山脉地形对梅雨形成的影响.分析表明,在对流层低层,江南处于强劲西南急流风速中心的下游,有江南山脉地形对西南急流强迫抬升,具有强烈的风速和水汽辐合,这是梅雨形成的直接原因.敏感性数值试验表明,无高原时该西南急流增强,江南上空气旋性涡度增大,梅雨雨量增加2 mm/d,这反映了夏季高原巨大的感热气泵的抽吸作用使其东侧的江南地区环流的气旋性减弱,上升受到抑制,降水减少;无江南山脉地形时梅雨雨量减少2 mm/d,雨带北移到淮河流域,而加高山脉地形时则梅雨量增大,雨带位置南移,说明山脉地形对西南季风气流有强迫抬升增幅降水作用,对梅雨雨带的形成亦有重要影响.     

“青藏高原加热引起的海陆热力差异对新疆夏季降水的影响机理研究”项目

正一、立项背景青藏高原是世界上最大最陡峭的大地形,其动力和热力作用是形成和维持北半球大气环流的重要原因之一,气流对热源的热力适应形成高原上空近地层低压和中高层的青藏高压,高原上空大尺度大气热源(汇)激发出的热力波及与之相联系的热量、动量传播对周边地区的天气气候有着重要影响。夏季青藏高原对流层低层环绕高原的气旋式环流加强,高原上空盛行上升气流,与之联系的高原北侧有补偿的下沉气流生成,在高原东南侧形成潮湿气候,西北侧形成干旱气候对新疆夏季降水有重要影响的副热带西风急流、南亚高压等大尺度环流系统,均和青藏高原下垫面热力异常     

区域气候模式对地形影响东亚大气环流季节变化的数值模拟研究

利用ICTP新推出的高分辨率第三代区域气候模式RegCM3,进行了有、无地形高度两个数值试验.通过分析两个试验模拟的环流场和降水场等的差异特征来研究东亚地区地形影响大气环流的季节变化特征.结果表明,东亚地形对大气环流的影响存在较明显的季节变化.冬季/夏季高层流场差异场的特点是以高原为中心成反气旋/气旋性环流形势,这种结构特征对西风急流的季节性北进南退起主导作用.位势高度差异场呈北高南低的分布形势,大致以30 °N为分界线,冬季/夏季呈"北弱南强","陆地低海洋高"/"北强南弱"、"陆地高海洋低"的分布特征,这种配置对西风急流越过高原后强度的增强减弱关系密切.此外,地形对大气的辐射加热作用的季节性变化以及海陆热力差异的季节性振荡也说明地形不仅能通过动力和热力作用来直接影响高低层的环流系统,也可能通过调节海陆热力差异来间接影响季风环流.     

青藏高原对亚洲季风平均环流影响的数值试验

利用垂直方向具有９层σ面、水平方向菱形截断波数为１５的全球大气环流谱模式和有、无青藏高原大地形两种情况下１０年积分的模拟结果，研究了青藏高原大地形对亚洲季风平均环流的影响。结果表明：有、无青藏高原大地形，亚洲冬、夏季季风平均环流均存在很大的差异。去除地形，使夏季高层的南亚高压、低层的大陆热低压、副热带高压及冬季的大陆冷高压在位置或强度上发生了改变；地形的有、无决定着冬季东亚大槽的强度；索马里越赤道气流有地形时明显较无地形时强；地形的有无还影响着降水强度和雨带的分布。另外，副热带高压中心及雨带的季节性移动与高原大地形的存在与否亦有很大的关系     

青藏高原大地形对华南持续性暴雨影响的数值试验

利用新一代中尺度数值预报模式WRF3.2及NCEP/NCAR 逐日4次1°×1°的FNL再分析资料,通过有、无青藏高原以及将高原高度降低到临界高度的数值试验,研究了青藏高原大地形对我国华南地区2010 年5 月一次持续性暴雨过程的影响。试验结果表明:高原大地形对降水的影响显著,随着高原高度的升高,降水增多,高原以东地区的雨带也由北向南移动;高原地形的机械阻挡作用使迎风坡一侧的近地面层附近为强上升运动,背风坡为下沉运动,并分别对应降水的峰值和谷值区;高原对西风气流的爬流、绕流作用明显,高原升高后爬坡作用减弱,以绕流作用为主;高原的加热作用使气流过高原时南支减弱,北支加强,并加强了高原及其东部地区低层的正涡度和高层的负涡度,使高原上空为强烈的上升运动;高原的热力作用使西太平洋副热带高压位置偏南、偏西并稳定维持;高原大地形对形成稳定的高原季风环流圈有重要作用;高原地形高度的作用有利于定常波的形成,波动中心对应强上升运动,形成降水的大值区,稳定维持的定常波使得降水持续集中在同一地区,造成持续性暴雨。     

引发四川盆地西南地区暴雨的高原涡特征分析

为进一步认识高原涡对盆地西南地区暴雨过程的影响,总结该区域暴雨预报经验,本文利用2001～2011年高原涡切变线年鉴、MICAPS实况天气图、盆地西南地区气象站日降雨量资料以及NCEP再分析资料,对引起盆地西南地区暴雨过程的高原涡特征进行总结分析,得到结论:1)引发盆地西南地区产生暴雨量级以上降雨的高原涡过程多发生在每年7月;高原涡东移将对盆地西南地区产生明显降雨;48小时后大部分高原涡减弱消失,少数继续东移或东南移;2)引发盆地西南地区产生暴雨的高原涡通常是暖性高原涡,高原涡东移48小时后有明显的冷平流入侵转变成斜压性低涡;这一类高原涡常常与高原切变、西南低涡、副高、低空急流以及南亚高压等影响系统相配合,共同作用产生一次暴雨过程;3)引发的盆地西南地区暴雨的高原涡过程的温湿场特征为:500hPa高原东部到盆地上空的大气高温高湿的特征明显,700hPa和850hPa盆地高温高湿,同时垂直上升运动旺盛且随高度向北倾斜。      

青藏高原OLR场的季节变化特征

该文利用1979～1991年卫星观测的OLR逐候资料，分析青藏高原OLR场的季节变化特征。结果表明:青藏高原OLR场具有显著的季节变化特点，在冬、夏两季高原OLR场表现为“缓变”态，在春、秋两过渡季节表现为“急变”态。同时发现，在春季高原西南部出现持续强的OLR候际正变化区，表明高原加热场在春季的持续加强。各年高原OLR场的季节变化有很大差异，在高原夏季来得早且季节过渡快的年份，相应印度地区的季风雨偏多；在高原夏季来得晚或正常时，印度地区的季风雨偏少或正常。     

2010年春末一次强降雨天气过程物理成因分析

利用常规资料、多普勒雷达和自动站资料,对2010年春末发生在河套地区的一次大雨天气过程进行物理成因分析。结果表明,极地冷涡不断分裂冷空气南下,促使高空槽强烈发展,为强降水的发生提供了动力条件。中高层西南气流与低层东南气流为强降水的发生提供水汽条件。逆温层和高能舌的存在为降雨的发生储备了潜在能量。多普勒雷达产品对降雨的强度、性质及能否出现冰雹和大风有较好指示作用。     

一次特大暴雨过程中涡度与急流的影响分析

利用自动气象站雨量资料,常规观测资料,FY-2D TBB云图资料以及NCEP再分析资料,对2013年6月30日～7月2日高原低涡东移和西南涡耦合形成的遂宁地区特大暴雨过程进行研究。主要分析了高原低涡和西南涡的耦合对此次强降水的影响以及低空急流演化和强降水的关系。结果表明:当高原涡和西南涡发生耦合时会使得高空低涡发展加强,并激发遂宁暴雨天气的产生。急流为高空低涡的发展提供不稳定能量。超低空急流和低空急流对强降水有提前2小时的指示意义,低空急流指数增大的过程和降水量的强度成正比关系。      

1998年青藏高原东侧边界层风场与长江暴雨洪水的关系

应用1998年6～8月四川省和重庆市探空资料,分析了青藏高原东侧大气边界层风场演变与长江上游暴雨和长江洪水的关系.结果表明:1998年夏季长江上游的暴雨天气与高原东侧成都边界层风场变化密切相关,当成都边界层为东北风时,高原东侧边界层维持气旋式偏东流场,长江上游未来产生暴雨等强对流天气;当为西南风等其他风向时,高原东侧边界层维持反气旋式偏南流场,未来是无降水天气;高原东侧边界层的动力激发作用是1998年长江上游暴雨产生的重要机制.并且,再次证明了西邻青藏高原的成都是长江上游天气变化关键点的观点.     

冬、 春季青藏高原东侧涡旋对特征及其对我国天气气候的影响

受高原地形影响, 低层西风气流在高原西侧分支, 从南北两侧绕流, 在高原东侧汇合, 并在南（北）侧形成定常的正（负）涡度带。本文利用NCEP/NCAR提供的1951-2004年再分析资料, 发现这两个涡度带在700 hPa上最明显, 常年存在一正一负两个对称的涡旋（下称“涡旋对”）, 且冬, 春季较强。根据各月涡旋对的位置及强度, 本文定义冬, 春季绕流指数为正\, 负涡旋对平均涡度之差, 定量地表征高原绕流作用的强弱, 绕流指数大则高原绕流作用强。结果表明, 1951-2004年中2/3的年份高原绕流作用春季强于冬季, 高原绕流作用不仅是高原大地形的动力作用造成的, 而且受到热力作用的影响。冬季绕流指数以年代际变化为主, 近50年冬季高原绕流作用有显著的增强趋势; 春季绕流指数年代际和年际变化均不明显。冬、 春季, 强高原绕流作用均有利于中高纬冷空气向我国北方输送, 使东北及新疆北部地区气温偏低。春季强高原绕流作用还有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送, 使西南、 华南部分地区气温偏高; 偏南暖湿气流和来自中高纬的偏北冷干气流在31°N附近辐合, 有利于江淮地区降水。无论冬\, 春季, 亚洲中纬度西风强度是影响高原绕流作用的重要因子。     

春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。      

一次大暴雨过程中高原低涡与西南低涡相互作用机制探讨

对2007年7月16-19日高原低涡东移形成的川渝地区大范围大暴雨过程,利用自动气象站雨量资料、常规观测资料、FY-2C TBB云图资料和T213分析场资料,采用天气动力学和中尺度诊断方法,分析了大暴雨的形成机制.结果表明:此次大范围大暴雨过程是高原低涡诱发西南低涡发展从而形成耦合系统造成的,其垂直上升运动气柱和涡柱的耦合发展与维持是低涡发生发展并产生持续性强降水的动力机制,对流层下部深厚不稳定层结的形成和维持是低涡发展并形成持续对流性降水的热力层结条件.     

2009年秋至2010年春我国西南地区严重干旱的成因分析

我国西南地区从2009年秋季到2010年春季发生了严重干旱,这次干旱无论持续时间和发生区域或降水减少程度都是近50年来所罕见的,因而本文利用ERA-40再分析资料和海温资料从热带西太平洋和热带印度洋热力异常对热带西太平洋和南亚上空大气环流的影响来分析了这次西南地区干旱发生的成因。分析结果表明:从2009年秋到2010年春季,热带西太平洋和热带印度洋处于升温状态,它使得热带西太平洋上空产生反气旋异常环流,造成了西南气流异常在我国东南沿海加强,而华南和华中地区上空处于低槽控制,因而在高原东部为槽后西北气流和下沉气流所控制,造成了从孟加拉湾来的水汽很难到达云贵高原,从而引起了此区域降水长期偏少。并且,分析结果还表明了中高纬度地区的环流异常对此次严重干旱也有重要影响。由于从2009年冬季到2010年春季中高纬度准定常行星波传播的极地波导偏强,而低纬波导偏弱,这导致波的E-P通量在60°N附近对流层和平流层为辐合,而在35°N附近对流层中、上层为辐散,从而引起纬向平均西风在60°N附近对流层和平流层减弱,而在35°N附近对流层中、上层加强,造成了北极涛动(AO)为很大的负值。由于AO为负值,东亚冬季冷空气活动强且路径偏东,使得到达西南地区冷空气偏弱,从而引起西南地区持续性严重干旱的发生。     

西南地区不同地质灾害影响区的降水阈值研究

根据1961~2010年西南地区(四川省、云南省、贵州省、重庆市)重大地质灾害资料和全国重大地质灾害年鉴资料统计不同地质灾害(滑坡、坍塌、泥石流)事例,确定其影响区域。利用西南地区77个气象观测站逐日降水资料,根据降水阈值的定义和计算方法,运用线性回归法研究西南地区各灾害影响区的降水阈值。结果表明:我国西南地区是地质灾害多发的地区;1961~2010年西南地区重大滑坡、泥石流灾害具有密集成群、成片或成带的规律,有明显的稀疏区和密集区;且主要发生在6~9月,其中7月份发生最多,与降水的时空分布具有很好的一致性,降水是诱发地质灾害的主要因素。西南地区不同区域内诱发重大滑坡、泥石流灾害的降水阈值存在差异。西南地区的重大滑坡灾害主要是持续性强降雨型的。