华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960～2015年中国753站汛期(4～9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。     

2011年长江中下游地区旱涝急转成因分析

利用NCEP和国家气候中心提供的再分析资料,对2011年发生在长江中下游地区的旱涝急转事件的成因进行了初步分析。结果表明:此次旱涝急转发生在特定的大尺度环流背景下,5月极涡偏强,而南亚高压和西太平洋副热带高压均偏弱、偏南;6月极涡强度变弱、范围偏小,而南亚高压增强、西移,西太平洋副热带高压加强、西伸。季风活动异常是引发此次旱涝急转的重要因素,前期南海夏季风强度弱,且中间一度中断,6月初突然增强并北推至长江中下游地区。前期我国主要的3条水汽输送带均明显偏弱,6月初又明显加强,导致大量暖湿气流汇集于长江中下游地区并与南下的冷空气交汇,为旱涝急转的发生提供了良好的水汽条件。2010年7月开始至2011年4月结束的拉尼娜事件是此次旱涝急转事件可能的重要外强迫条件之一。     

2011年长江中下游梅雨特征及成因分析

利用NCEP2.5°×2.5°再分析资料、NOAA的OLR资料、常规观测降水资料以及历史梅雨特征指数等资料,系统地分析了2011年梅汛期南亚高压、副热带高压、季风和对流系统等的演变特征,以揭示2011年梅雨期降水异常的成因。分析表明： 2011年入梅和出梅均偏早,旱涝急转迅速,降水集中,梅雨总量异常偏多;南亚高压和西太平洋副热带高压北跳、500 hPa西风带环流的调整、西南季风北涌至长江流域的时间均早于常年是2011年入梅偏早的原因。ITCZ的北抬伴随强热带风暴“米雷”北上引起副热带高压的北抬东退是出梅偏早的主要原因;南亚高压和副热带高压位置和强度迅速调整,同时中高纬度环流也快速调整,西南季风和水汽输送也由弱转强,使得长江中下游地区由受冬季风控制迅速转为冷暖气流的汇合地,且此期间大气层结不稳定,降水强度大。以上原因导致该区域出现迅速的旱涝急转;梅雨期间,西太平洋副热带高压和高空西风急流稳定偏强,强盛的季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原对流扰动东传的有利配置导致了2011年梅雨总量异常偏多。     

2011年春夏季节长江中下游旱涝急转可能成因

利用1980-2011年观测的降水和美国NCEP/NCAR大气再分析等资料,采用经验正交分解（EOF）和线性回归等统计方法,讨论了2011年发生在长江中下游地区春夏旱涝急转的成因。结果表明：该年1-5月持续的La Nina事件导致西北太平洋副热带高压位置位于125°E以东,西北太平洋副热带高压西北侧的西南风伴随的水汽通量无法达到长江流域,从而导致了2011年长江流域1-5月份的持续性干旱现象。伴随La Nina的减弱,6月份的青藏高原的感热明显增强,诱发西北太平洋副热带高压自东向西北方向移动到110°E,引导西南风水汽向长江流域输送,而青藏高原对流的加强和向东移动与来自西北太平洋副热带高压西北侧的西南气流在长江中下游地区的汇合导致了6月份长江中下游降水的急剧增加,从而形成了2011年长江中下游地区春夏季节的旱涝急转。     

2015年广东开汛前后旱涝急转特征及成因分析

利用1961—2015年广东86站3—5月逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA的Hysplit后向轨迹模式资料和海温资料,分析了2015年广东开汛前后旱涝异常特征,旱涝急转前后的大气环流和水汽条件转变及成因。(1) 2015年5月第1候广东发生了严重的旱涝急转事件,旱涝急转前全省严重干旱,旱涝急转后广东大部地区降水异常偏多。(2) 旱涝急转前后,500 hPa中高纬度由“两槽两脊”转为“两脊一槽”和“两槽一脊”,副高持续加强,广东地区高层辐散和低层辐合加强,地面由冷空气控制广东转为冷暖空气在广东交汇;水汽输送通道由北部湾和长江中下游地区转为南海南部和中南半岛南部海面,广东低层水汽净流入增加。 (3) 黑潮区、北太平洋中部、Ni?o3、Ni?o4区及印度洋和南海的海温异常增暖造成了旱涝急转前后大气环流和水汽的转变。     

2015年广东开汛前后旱涝急转特征及成因分析

利用1961—2015年广东86站3—5月逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA的Hysplit后向轨迹模式资料和海温资料, 分析了2015年广东开汛前后旱涝异常特征, 旱涝急转前后的大气环流和水汽条件转变及成因。(1) 2015年5月第1候广东发生了严重的旱涝急转事件, 旱涝急转前全省严重干旱, 旱涝急转后广东大部地区降水异常偏多。(2)旱涝急转前后, 500 hPa中高纬度由“两槽两脊”转为“两脊一槽”和“两槽一脊”, 副高持续加强, 广东地区高层辐散和低层辐合加强, 地面由冷空气控制广东转为冷暖空气在广东交汇; 水汽输送通道由北部湾和长江中下游地区转为南海南部和中南半岛南部海面, 广东低层水汽净流入增加。(3)黑潮区、北太平洋中部、Ni?o3、Ni?o4区及印度洋和南海的海温异常增暖造成了旱涝急转前后大气环流和水汽的转变。      

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。     

长江中下游地区2010/2011年秋冬春连旱成因再分析

基于长江中下游70个气象站点逐月降水和CRU逐月降水格点数据、NOAA逐月海温数据以及NCEP/NCAR逐月再分析数据,分析长江中下游地区2010/2011年秋冬春连旱的时空特征,进一步探讨此次连旱的可能成因。结果表明:(1)2010/2011年长江中下游区域性秋冬春连旱事件始于2010年10月,止于2011年6月,其中2011年春季(特别是4月)干旱程度最重,大部分地区为重旱和特旱;(2)此次连旱事件受拉尼娜事件影响,赤道西太平洋海温异常偏暖、冬春季印度洋和黑潮区海温异常偏冷,使得Walker环流上升支和局地Hadley环流显著增强、西太平洋副热带高压显著偏弱,长江中下游地区始终处于下沉气流控制下,且水汽输送减少;(3)自2010年秋季,乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压轮番控制中高纬度地区,使得西伯利亚高压和阿留申低压持续增强,冬季风自秋季便开始影响中国东部地区,并一直持续到2011年春季,长江中下游地区受干冷的偏北气流控制,进一步阻碍了来自低纬的暖湿气流向本地输送,不利于降水的形成。     

2016年10月我国降水预测失败的原因分析

本文回顾了2016年10月降水业务预报中考虑的动力模式预测信息、前兆信号及其影响。2016年10月全国平均降水量为1951年以来历史同期最多,且环流形势和要素分布特征在月内均发生明显转折。业务发布预报在华北南部、黄淮、江淮、江汉等地降水异常与实况存在较大差异,同时对月内环流形势调整及降水变率估计不足。数值模式预报和物理因子诊断预测与实况的对比分析表明,环流形势整体分布特征预报与实况较为一致,但对西太平洋副热带高压等环流因子的强度、西伸脊点位置以及月内变率的预报与实况存在较大差异。从大气对热带海温信号的滞后响应以及同期相关分析表明,El Nino事件次年秋季副热带高压往往持续偏强偏北。10月赤道太平洋东冷西暖,暖池区对流活跃,东亚上空出现的异常经向环流圈通过低层径向风异常及异常辐合辐散,在日本岛附近形成反气旋式环流距平,也有利于副热带高压加强北抬。9、10月热带印度洋偶极子负位相有利于印缅槽加强,从而有利于水汽向我国东部地区输送。来自副热带高压外围的异常东南水汽和来自西南的水汽共同输送到我国中东部地区,并与南下冷空气交汇产生异常水汽辐合,造成这些地区降水明显偏多。此外10月热带对流活动依然活跃,台风的生成、登陆个数均较常年偏多,是我国东南沿海降水偏多的主要原因。     

近50年长江中下游春季和梅雨期降水变化特征

利用1961—2009年长江中下游地区52个气象站逐日降水资料,研究了该地区春季降水与梅雨期降水的连续变化特征,划分了连续旱、连续涝、先旱后涝和先涝后旱4类连续性事件,并探讨其成因。结果表明:长江中下游地区春季降水量年际和年代际变化较为显著,其中连续旱和连续涝事件发生较多。前冬Ni?o3区的海温与春季和梅雨期降水量相关性超过0.05显著性水平,前冬青藏高原积雪深度与6月西太平洋季风指数与梅雨期降水量相关性均达到0.05显著性水平。当春季水汽丰富,同时春季与6月副热带高压中心位置持续偏西可能导致春季和梅雨期降水持续偏多;春季水汽丰富,但春季至6月副热带高压中心位置由偏西向偏东转变,可能造成先涝后旱;春季水汽偏少,且春季与6月副热带高压中心位置持续异常偏东,易造成持续干旱。2011年水汽突变可能是导致旱涝急转的直接原因,前冬的La Ni?a事件不利于春季降水而6月副热带高压位置异常西伸, 则容易引发旱涝急转。     

来自印度季风区的水汽输送与东亚上空水汽输送和中国夏季降水的关系

诊断分析了北半球夏季来自印度季风的水汽输送与东亚上空水汽输送的关系，发现二者之间具有反相变化的特征。印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，东亚上空的水汽输送偏弱（偏强），长江中下游降水偏少（偏多）。印度夏季风水汽输送与西太平洋副热带高压强度有显著的相关关系，印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，西太平洋副热带高压强度偏弱（偏强），由此导致副高西侧东亚上空向北的水汽输送减弱（增强），使得长江中下游降水偏少（偏多）。对反映热带对流活动的外逸长波辐射（OLR）的分析表明，印度洋上空的对流加热异常不仅能够显著地影响印度季风，也可能对东亚季风产生直接的影响。     

A Simulation Study of a Heavy Rainfall Process over the Yangtze River Valley Using the Two-Way Nesting Approach

In this study,the major features of a heavy rainfall event in the Yangtze River region on 3-7 June 2011 and its event-related large-scale circulation and predictability were studied.Both observational analysis and model simulation were used,the latter being based on the Weather Research and Forecasting(WRF) model forced by NCEP Global Forecast System(GFS) datasets.It was found that,during 3-5 June,the western Pacific subtropical high apparently extended to the west and was much stronger,and the Indian summer monsoon trough was slightly weaker than in normal years.The east-west oriented shear line over the middle and lower reaches of the Yangtze River was favorable for the transportation and convergence of water vapor,and the precipitation band was located slightly to the south of the shear line.During 6-7 June,the western Pacific subtropical high retreated eastward,while the trough over the Okhotsk Sea deepened.The low vortex in Northeast China intensified,bringing much more cold air to the middle and lower reaches of the Yangtze River,and the shear line over this area moved slightly southward.The convection band moved southward and became weaker,so the rainfall during 6-7 June weakened and was located slightly to the south of the previous precipitation band.Many of the observed features,including background circulation and the distribution and amount of precipitation,were reproduced reasonably by the WRF,suggesting a feasibility of this model for forecasting extreme weather events in the Yangtze River region.     

2011年春末夏初长江中下游地区旱涝急转成因初探

选用NCEP/NCAR、NOAA、国家气候中心(NCC)提供的各要素资料及NOAA-Hysplit模型,对2011年春末夏初发生在中国长江中下游地区旱涝急转的降水异常事件及其影响机制进行初步分析,并建立天气学概念模型.结果表明:(1)长江中下游地区,尤其是(27°N～～32°N,l10°E～120°E)区域在6月第1候...     

Contrasts of Atmospheric Circulation and Associated Tropical Convection between Huaihe River Valley and Yangtze River Valley Mei-yu Flooding

The significant differences of atmospheric circulation between flooding in the Huaihe and Yangtze River valleys during early mei-yu(i.e.,the East Asian rainy season in June) and the related tropical convection were investigated.During the both flooding cases,although the geopotential height anomalies always exhibit equivalent barotropic structures in middle to high latitudes at middle and upper troposphere,the phase of the Rossby wave train is different over Eurasian continent.During flooding in the Huaihe River valley,only one single blocking anticyclone is located over Baikal Lake.In contrast,during flooding in the Yangtze River valley,there are two blocking anticyclones.One is over the Ural Mountains and the other is over Northeast Asia.In the lower troposphere a positive geopotential height anomaly is located at the western ridge of subtropical anticyclone over Western Pacific(SAWP) in both flooding cases,but the location of the height anomaly is much farther north and west during the Huaihe River mei-yu flooding.Furthermore,abnormal rainfall in the Huaihe River valley and the regions north of it in China is closely linked with the latent heating anomaly over the Arabian Sea and Indian peninsula.However,the rainfall in the Yangtze River valley and the regions to its south in China is strongly related to the convection over the western tropical Pacific.Numerical experiments demonstrated that the enhanced latent heating over the Arabian Sea and Indian peninsula causes water vapor convergence in the region south of Tibetan Plateau and in the Huaihe River valley extending to Japan Sea with enhanced precipitation;and vapor divergence over the Yangtze River valley and the regions to its south with deficient precipitation.While the weakened convection in the tropical West Pacific results in moisture converging over the Yangtze River and the region to its south,along with abundant rainfall.     

热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响

利用1979~2015年NCEP/NCAR发布的月平均全球再分析资料,分析了热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响及其形成机理。研究结果表明:热带印度洋-西太平洋地区（10°S~30°N,60°~140°E）夏季异常水汽输送主要包括两个模态,他们可以解释总的水汽输送异常34%的方差。其中,第一模态（EOF1）表现为异常水汽沿反气旋从热带西太平洋经过南海及孟加拉湾输送到中国东部上空,对应南海、孟加拉湾水汽路径输送均偏多,此时西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽在长江中下游地区辐合并伴随显著上升运动,有利于长江中下游降水偏多;第二模态（EOF2）表现为异常水汽从热带印度洋沿阿拉伯海、印度半岛、中南半岛等呈反气旋式输送,华南上空相应出现气旋式水汽输送异常,并对应异常水汽辐合和上升运动,有利于华南降水偏多。就可能的外部成因而言,EOF1与ENSO关系密切,表现为前冬热带中东太平洋显著偏暖,夏季同期热带北印度洋、南海上空显著偏暖,造成西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽主要来源于热带西太平洋和南海;EOF2与同期热带印度洋偶极子（TIOD）异常有关,TIOD为正位相时热带印度洋上空出现异常东风,华南上空出现异常气旋并伴随水汽异常辐合,异常水汽主要来源于热带南印度洋。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

澳大利亚东侧环流及海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的SST资料和1951～2005年中国160站月降水总量资料,研究了南极涛动,特别是澳大利亚东侧的环流及局地海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系。研究发现,澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关,并由此定义了一个澳大利亚东侧位势高度指数（GHIEA）。当GHIEA指数偏大（小） 时,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（偏低）,这种气压异常扰动可能通过Rossby波传播到北半球副热带地区,形成南北半球高度场的遥相关,使我国南海至菲律宾北部副热带地区位势高度增加（减小）,也即副高较强（弱）且偏南西伸（偏北偏东）,从而造成长江中下游地区降水偏多（少）。夏季南极涛动与长江中下游夏季降水的显著相关的原因主要是澳大利亚东侧局地位势高度异常造成的。澳大利亚东侧位势高度偏高（低）,南极涛动指数（IAO） 也随之偏大（小）,澳大利亚东侧位势高度异常通过南北半球高度场遥相关影响到北半球副热带地区的大气环流, 进而使长江中游夏季降水偏多（少）。另外,从局地海温异常角度也能部分解释澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关的可能成因:当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,对应GHIEA指数偏高（低）,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（低）。同时,当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,南海地区SST也易于偏高（低）,使西太平洋副高较强并偏南西伸（较弱并偏北偏东）,从而造成长江中下游降水偏多（少）。     

春季中国南方雨带年际变动与大气环流异常

利用1960—2008年中国693个站逐日降水资料和NCEP/NCAR日平均再分析资料,采用统计分析方法,分析了中国南方春季降水强度和位置的年际变率及其与大气环流的关系。结果表明:在年代际尺度上,江南春季降水在20世纪60年代中、后期偏少,70年代中期到80年代初偏多,90年代初开始减少;在年际尺度上,当春季西太平洋副热带高压和青藏高原东侧的低层低压系统加强,并且异常中心分别位于20°N以南和30°N以南时,异常西南风主要位于长江以南地区,在异常西南风逐渐减弱区出现明显的辐合,伴随着该地区低层空气质量辐合、对流层上升运动和水汽辐合加强,造成江南地区降水偏多,此时来自西太平洋的异常水汽到达南海后,没有在南海聚集,而是转向北输送到江南;当春季西太平洋副热带高压以及青藏高原东侧低压系统加强且异常中心位于30°N以北时,异常西南风盛行在中国东部大部分地区,此时低层异常空气质量辐合、对流层异常上升运动以及异常水汽通量辐合区都向北移到江淮地区,使江淮地区降水增加,而华南地区为异常空气质量辐散、异常下沉运动以及异常水汽通量辐散,伴随着降水减少,这时异常水汽主要来自西太平洋副热带地区。由于上述观测结果与通过改变东亚和周边海域海-陆热力差异的数值试验结果有很好的一致性,因此,这里观测到的降水和大气环流异常可以被东亚区域热力差异异常激发出来。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅰ 基本事实

利用统计方法对春季(4~5月)南半球环状模(SAM)与夏季(6~8月)中国降水的关系作了分析,发现春季南半球环状模指数(SAMI)与夏季长江中下游降水之间存在显著的正相关关系。春季SAM偏强的同期对流层下层在欧亚大陆存在一以蒙古高原和天山山脉为中心的异常反气旋对,从中国东北到华南中纬度地区均为异常的偏北气流控制。这种环流异常形式可以持续到夏季并加强,致使东亚夏季风减弱;春季SAM偏强,夏季西太平洋副热带高压西部脊强度加强,位置偏西,这些异常环流都有利于长江中下游地区降水偏多。另外,春季SAM偏强,夏季长江中下游地区水汽含量增大,向上的垂直运动得到加强,为该地区降水偏多提供了基本的水汽条件。春季SAM偏弱时,夏季东亚大气环流和水汽条件相反。因此,春季SAM为夏季长江中下游汛期降水提供了一有用的前期信号。