新疆大降水及其预报的研究(二)

六、新疆大降水的天气动力学特点 (一)大尺度环流特征 1.环流背景新疆大降水的出现频数以及频数中心,无不与大尺度天气系统的演变有着十分好的对应关系.近几年的研究表明,新疆大范围大降水主要是副热带环境系统造成的,其中特别强调副热带西南急流、伊朗副高、南亚高压以及东部阻塞形势的作用;冬季大降水则与南北两支锋区的相互作用和北支急流的变化有关.大降水一般产生在大尺度环流由纬     

夏季副热带高压系统的谱特征及其在新疆降水过程预报中的应用

在天气分析和预报实践中,对于新疆夏季降水过程,特别是区域性大降水过程来说,除了重视分析研究位于青藏高原附近的南亚高压外,更要着眼于新疆上游地区的伊朗高压、北非高压等副热带锋带上大尺度环流系统的活动规律和演变特征.这些规律和特征既体现了它们自身的振荡过程,同时又反映了它们与中纬度副热带西风带的相互作用,而上述诸方面恰恰是分析和估计未来副热带环流形势转换或调整极为重要的依据.     

南亚高压伊朗高压型与新疆夏季降水的联系

基于1979-2013年新疆88个站点逐日降水资料和ERA-Interim再分析资料,揭示了南亚高压伊朗高压型(简称伊朗高压型)与新疆夏季(7-8月)降水的联系。结果表明,伊朗高压型是南亚高压近35年来夏季出现最多的模态,对新疆北部和东部夏季降水具有重要影响。当伊朗高压型中心偏西时,新疆大部降水偏多,反之偏少;当伊朗高压型中心南北移动时,对降水的影响类似,说明高压中心经向移动对降水的影响要大于纬向。伊朗高压型的"南北振荡",具体指伊朗高压中心偏西,脊线南北变化与新疆夏季降水的联系。当脊线偏北时,新疆上空受气旋环流控制,低纬热带海洋水汽沿青藏高原东侧绕流进入新疆上空,对应新疆大部地区夏季降水偏多,偏南降水偏少;当伊朗高压型中心偏东时,脊线变化对降水影响有限。伊朗高压型中心经向移动主要受青藏高原和伊朗高原加热影响,而纬向移动与帕米尔高原和阿拉伯半岛加热密切联系。     

夏季新疆降水异常与印度降水的关系

利用1960-2003年6～8月新疆75个气象站降水量、印度地区降水量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了新疆夏季降水量与印度降水之间的关系,以及印度降水变化与新疆降水异常联系的可能的物理机制.研究表明.印度降水与新疆夏季降水量之间存在显著的反相关关系,它们之间的线性相关系数为-0.39.夏季印度降水变化与其西北侧的西亚-中亚地区对流层平均温度呈显著正相关,从而与对流层高层南亚高压中心东西振荡和高压西部强弱,西亚地氏副热带西风急流(西亚急流)强度和南北位置振荡,500 hPa伊朗高压南北和东西振荡密切联系,夏季印度降水变化通过与这些影响新疆降水的系统联系而与新疆夏季降水呈显著的反相关关系.Eliassen-Palto通量(EP通量)的动力学诊断分析进一步表明,印度季风偏强(偏弱)导致南亚高压两侧由南向北进入亚洲西风急流人口处的波作用通量偏强(偏弱),使得西亚急流偏强(偏弱)、偏北(偏南).     

1986年-1990年新疆气象局科技成果获奖项目

(一)直属单位获奖情况 1.科技成果名称:新疆(特别是南疆)大降水预报研究主要内容简介:此项研究揭露了新疆大降水天气的气候事实及天气学、动力学的特点,强调了新疆大范围大降水必须着重考虑大尺度环流的转换、高低空急流的相互作用、地形强迫作用、水汽迅速集中及输送途径、副热带高压和南亚高压的影响等,提出了新疆大降水的物理概念模型和预报着眼点,归纳出一些预报方法可供台站日常预报参考应用。     

新疆夏季降水与南亚高压逐日环流特征的相关分析

为了进一步分析南亚高压在新疆夏季降水过程中的作用，本文用1979－1996年盛夏7－8月逐日100hPa天气图和对应的08时至08时24h新疆各测站的降水资料，分别对南北疆大降水日与南亚高压逐日环流特征进行了普查统计，系统分析了南疆及北疆大降水时南亚高压的类型，南亚高压中心位置及脊线位置，并对南亚高压呈双体型及东西部型时造成新疆大降水的副热带槽的位置也进行了统计分析，所得结论在今后的预报工作中极具参考价值。     

塔克拉玛干沙漠腹地盛夏十场沙尘暴综合分析与预报探讨

对盛夏塔克拉玛干沙漠腹地十场沙尘暴过程进行了综合分析,提出了“中小尺度型”作为对前人沙尘暴天气学分型的补充,把这十场沙尘暴分为冷空气翻山型、锋前热低压型、中小尺度型三类。认为对流层顶部存在南亚高压双体型长维持和中亚地区副热带超长波大槽长维持的大尺度环流背景,在此期间又存在伊朗副高的南北振荡和青藏高压的东西振荡,使得天气尺度影响系统以及中小尺度系统一次接一次地影响南疆,是1996年盛夏沙漠地区沙尘暴天气频繁发生的主要天气学成因。并提出了盛夏沙漠腹地沙尘暴预报着眼点。     

夏季南亚高压与川渝地区降水的关系研究

利用我国160个测站中川渝地区的代表站及NCEP/NCAR再分析资料,研究了盛夏川渝地区降水与南亚高压东西振荡关系及其可能产生的影响.结果表明:川渝降水变化存在与南亚高压相适应的时间尺度,即准5年尺度、准10年尺度.在准5年尺度上,20世纪90年代中期以前,南亚高压东西振荡表现的位相与盆地东部降水变化位相相反,与盆地西部降水变化呈正位相,90年代末期以后与川渝地区降水变化位相趋势一致,但与四川西部高原降水的位相关系对应不明显.在年代际尺度,川渝盆地东、西部和川西高原三地降水变化存在与南亚高压东西振荡相一致的位相,说明年代际尺度变化中,当南亚高压长期表现为东伸模态,川渝降水呈总体偏多趋势.同时,川渝地区的降水变化与100hPa上高压两侧及中低层四川上空风场变化有显著的遥相关,在"东涝西旱"年份,南亚高压16800 gpm线位于四川与重庆交界上空,在"西涝东旱"年份,南亚高压16800 gpm线位于湖北西部上空,在两地降水差异显著年,南亚高压东西振荡主要表现在川渝盆地上空摆动,用16800 gpm线定义的东西振荡指数对认识川渝地区降水异常有很好的指示意义.     

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因分析

为深入理解江淮梅雨持续性强降水的大气演变过程,探讨中期预报技术途径,利用NCEP/NCAR逐日再分析数据和历史梅雨特征指数等资料,系统地分析了2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因.结果表明:梅汛期,西北太平洋副热带高压稳定和7月中下旬持续偏南,决定了2007年梅汛期降水的时间和地域分布特征.阻塞高压的频繁出现和副热带季风涌的异常强盛为梅雨锋维持和加强提供了有利的动力、热力以及水汽条件;"伊朗型"南亚高压的活动以及东亚上空副热带急流通过高低空耦合动力作用,不仅为持续性暴雨创造了良好的垂直环流结构,也间接抑制了副高北抬.在此研究基础上,归纳出中期预报着眼点,供实际业务预报参考使用.     

南亚高压的南北偏移与我国夏季降水的关系

该文定义了一个能较好反映南亚高压南北偏移的指数,并发现该指数与我国夏季降水,尤其是华北和长江流域的降水,无论在年际变化上还是长期趋势上都具有十分显著的相关关系。南亚高压位置偏北时,在我国东部至日本上空存在一个显著的异常反气旋,其中心自上而下向南倾斜,在高层给华北地区带来辐散,在低层使得气流在长江流域辐散,在华北地区辐合,造成华北地区降水偏多,长江流域降水偏少。同时,南亚高压偏北对应着高层西风急流以及中层西太平洋副热带高压偏北,使得我国整个雨带偏北。此外,通过与海温的相关分析发现,南亚高压的长期偏南趋势可能受到印度洋增暖的直接影响。南北偏移指数可作为预测我国夏季区域降水的重要指标,在气候预测业务中有一定的应用价值。     

塔克拉玛干沙漠腹地盛夏十场沙尘暴综合分析与预报探讨

对盛夏塔克拉玛干沙漠腹地十场沙尘暴过程进行了综合分析,提出了“中小尺度型”作为对前人沙尘暴天气学分型的补充,把这十场沙尘暴分为冷空气翻册型,锋前热低压型,中小尺度型三类。认为对流层顶部存在南亚高压双体型长维持和中亚地区副热带超长波大槽长维持的大尺度五流背影,在此期间又存在伊副高的南北振荡和青藏高压的东西振荡,使得天气尺度影响系统以及中小尺度系统一次接一次地影响南疆,是１９９６年盛夏沙漠地区沙尘暴天     

夏季东亚副热带西风急流的季节内变化及其与我国东部降水的关系

利用ERA-interim再分析资料和中国降水观测数据,分析了夏季东亚副热带西风急流的季节内变化以及对我国降水的可能影响,结果表明:亚洲地区夏季200 hPa纬向风在空间上主要表现为南北振荡和东西振荡特征,在时间上具有10～40 d的周期;在低频尺度(10～40 d)上,纬向风异常由西北先向东传播,到达东亚地区后再向南传播;伴随低频纬向风季节内演变,高原以北的急流中心向东和东南移动,急流轴也呈现南北振荡的特征;降水异常对200 hPa风场低频振荡有显著响应,在东亚地区,低频纬向风与低频降水南移,降水在黄淮地区出现,并逐渐移至长江及其以南地区;急流附近的低频西(东)风异常在其南侧形成负(正)切变涡度,对应我国东部地区位势高度的升高(降低),使得南亚高压东伸(西退),从而使我国东部雨带的位置发生显著变化。     

青藏高原热状况对南亚高压活动的影响

本文分析了青藏高原下垫面与高原上空热状况变化的异同及其二者与南亚高压的关系。指出青藏高原下垫面热状况与高原上空热状况年际变化的一致性及月际变化的差异——青藏高原下垫面从2月就开始大幅度增温,而高原上空5月才开始突发性增温。高原下垫面降温幅度最大的月份出现在11月,高原上空则出现在10月。分析还指出,青藏高原下垫面热状况与南亚高压南北振荡,青藏高原上空热状况与南亚高压东西振荡有密切关系。并且前期青藏高原上空热状况较高原下垫面热状况对南亚高压的预报更具有指示意义。     

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。     

新疆一次秋季暴雪天气的诊断分析

利用常规气象资料和诊断分析的方法,对2003年9月28日发生在新疆乌鲁木齐等地一次暴雪天气过程进行了研究。结果表明:伊朗副热带高压的东西摆动、南北振荡引起的中亚地区大气环流的剧烈变化是暴雪天气产生的大尺度背景;高空西南急流诱发的强上升运动和对流层低层天气尺度系统之间强烈的相互作用是暴雪天气形成的动力因子;干冷空气的侵入有利于干层的形成和维持,干层的存在使水汽和不稳定能量得以累积,增加了降水过程的对流不稳定性,有利于强降水天气的发生、发展和加强。     

南疆夏季降水异常的环流和青藏高原地表潜热通量特征分析

利用1980—2004年NCEP/DOE新再分析月平均资料及我国225个测站1980—2004年月降水量资料,通过诊断分析,研究了南疆夏季降水异常的环流和高原地表潜热通量特征。结果表明:南疆夏季降水偏少年,南亚高压西部偏强,西风急流位置偏北,500 hPa中高纬环流经向度减弱,伊朗高压偏北、偏东,西太平洋副热带高压偏西、偏南;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年,高原北部和南疆地区为下沉的垂直环流距平,Ferrell环流增强;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年和偏多年的前期冬春季开始孟加拉湾、青藏高原和南疆地区地表潜热通量具有相反的变化,南疆夏季降水与高原北部地表潜热通量呈显著正相关,与南部地表潜热通量呈反相关关系。     

卫星水汽通道探测所揭示的高空流场在南亚高压东侧强降水分析中的应用

气候平均显示,我国中东部有一类降水和南亚高压脊线的位置有关。逐年资料显示,我国中东部区域平均降水出现在南亚高压脊线的东北侧,在南亚高压东侧脊线北推的过程中呈现两周左右的南北振荡。卫星水汽图可以表征对流层中高层大气运动信息,水汽图像和云导风叠加能够很好描述对流层高层反气旋中心和脊线位置,并且能够追踪对夏季降水非常重要的中高纬度下沉干冷空气活动。中高纬度水汽图上南压的小尺度暗区一般具有正位涡异常,它向雨带的推进可以造成持续降水期间雨量的迅速增强。与南亚高压相关的强降水主要出现在两个区域,一个位于南亚高压的西南侧,另一个位于南亚高压的东北侧,在这两个区域由于气流的发散特征,高层辐散清楚。南亚高压的北侧为副热带西风气流,当西风急流强盛时,高压东北侧的高空为强辐散区,对我国夏季强降水起重要作用。南亚高压的推进和撤退覆盖了我国大部分地区,时间跨度从5月初持续到10月初,因此,针对夏季淮河流域强降水卫星水汽图像特征得出的结论在春秋某些天气过程中也同样具有适用性,并且在比较偏北的西北、华北等地夏季也同样具有某些共同特征。南亚高压位置和形态影响我国降水落区和强度的同时,强降水造成的潜热释放也对南亚高压的非对称不稳定发展起重要作用。     

南亚高压结构及其时频特征

前言随着季节转换,北半球夏季各月,在亚洲南部上空对流层上部出现的南亚高压,是一个直接影响北半球大气环流演变的重要环流系统。对于它,人们已从某些角度,比如说:它的位置、形状,流场特征,振荡特性,及其与我国天气的关系等方面作了研究。而关于它的结构及其在时域和频域上的特征却缺乏探讨。我们认为,对于这样一个既直接影响到整个北半球环流的变化,又与我国东部夏季大范围旱涝有重大影响     

南亚和东亚热带夏季风强弱不同配置及其对中国夏季降水的影响北大核心

利用NOAA向外长波辐射(OLR)、NCEP/NCAR再分析资料和CN05.1降水资料,研究了南亚和东亚热带夏季风强度年际变化关系,及其强弱不同配置对中国夏季降水的影响。结果表明:南亚和东亚热带夏季风强度变化之间存在同相和反相两种配置,定义的强度同相和反相变化指数可以很好地表征该关系。同相变化模态可能与海温异常时的强El Nino(La Nina)影响有关,其反相变化模态受El Nino(La Nina)以及印度洋海盆一致模的影响,同时西太平洋副热带高压和伊朗高压位置东西偏移和强度变化也影响着不同配置的出现。两者不同配置时,对中国夏季降水的影响不同。当变化呈同相偏强时,夏季中国东部地区降水为“中间少南北多”的雨型。当变化呈反相,东亚热带夏季风偏强南亚夏季风偏弱时,夏季中国东部地区降水为“一致偏少”雨型。