近56a武汉市降水气候变化特征分析

以武汉市1951—2006年逐日降水资料为基础,采用累积距平、线性趋势、移动T检验、5％分位数、小波分析等方法,分析了近56a来武汉市降水气候变化特征。结果表明：（1）近56年来,武汉市年降水量、降水强度呈增加趋势,而降水日数呈减少趋势;（2）除春季外,其它季节以及汛期、梅雨期、伏旱期等时段的降水量均有所增加;降水日数在春、秋季、汛期呈下降趋势,其余时段则为增加趋势;降水强度在夏季、伏早期呈减小趋势,其余时段均为增大趋势;（3）梅雨期、年的降水量变化较为一致,其周期性变化明显,主要表现为10a年代际周期,突变点约在1979年;（4）1960、1970年代暴雨日数较少,在1979年前后突变增多后,进人多暴雨阶段;（5）历年最大日降水量、5％分位数极端降水强度、暴雨平均强度变化略有减少趋势但不显著,而大暴雨平均强度减弱趋势明显。     

BLOCKING EFFECT OF HIGH PRESSURE SYSTEM ON THE FORMATION OF EXTRA-INTENSE HEAVY RAIN

Commonly the centre of an intense heavy rain occurs in a very limited area,but for the three extra-intense heavy rains of the present study,63-8 in North China,75-8 in central China and 77-8 in the desertregion of Inner Mongolia,which all appeared under the environments of“Western Low and Eastern Blocking”(EB)pattern.From this study,the following effects of the EB are found:(1)It affects the precipitationsystems staggering in a local place and/or changes the trajectories of low votices and urges them into thesame raining areas intermittently.(2)It transports water vapour into raining areas.The air flows by thewest side of EB produce strong cyclonic vorticity behind EB frequently,which transports water vapour andforms mesoscale precipitation systems more favourably than the low level jets.(3)Air flows behind EB con-jugate with adequate topographic relief,which enhances the precipitation and makes the raining areas over-lapped.So that extra-intense heavy rains could occur in higher latitudes of semi-aird areas,and occasionallyeven in the desert region of North China.Such extra-intense heavy rains could not be explained by static local humidity and temperature only.This is also a principal discrimination between the prolonged extra-intense heavy rain and the short-rangeconvective precipitation and/or the common precipitation.     

高压“东阻”对特大暴雨形成的作用

1963年8月在华北、1975年8月在华中、1977年8月在毛乌素沙漠出现的特大暴雨是我国中纬度地区近40年来最严重的三场特大暴雨。国内对它们进行过较细致的个例研究。过去,我们曾提出:在适当的地形条件下,“西低东阻”对西风带有些类型大暴雨的形成具有重要作用。本文则进一步讨论在这三场特大暴雨中,高压在低值降水系统的东部形成阻挡形势时,对特大暴雨的作用。     

基于微波成像仪资料反演陆面降水

为了探讨微波亮温与降水的关系,结合时空匹配较好的TRMM卫星测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)资料,用逐步回归方法,建立统计反演降水的新算式,并对新算式反演结果进行验证.结果表明:对0.1～3 mm/h和3～6 mm/h的降水来说.新算式反演结果与PR雷达反演降水相关较好;对6～10 mm/h的降水来说,新算式反演结果与PR雷达反演降水相关较差;对于大于10 mm/h的降水,新算式反演结果与PR雷达反演降水有较好的相关性,但均方根误差比较大,说明用这种方法反演降水,对于强降水中心的确定有很好的参考价值,但反演结果较实际偏小.通过对2004年7月18日发生的一次特大降水反演结果表明,卫星反演雨带的空间分布、强降水中心位置与PR雷达反演降水以及地基雷达反演降水基本一致.     

TRMM测雨雷达和微波成像仪对两个中尺度特大暴雨降水结构的观测分析研究

文中利用TRMM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果,研究了1998年7月20日21时(世界时)和1999年6月9日21时发生在武汉地区附近和皖南地区的两个中尺度强降水系统的水平结构和垂直结构,以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。研究结果表明:这两个中尺度强降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水。降水水平结构表明,两个中尺度强降水系统由多个强雨团或雨带组成,它们均属于对流性降水;降水垂直结构分析表明,强对流降水的雨顶高度可达15km,强对流降水主体中存在垂直方向和水平方向非均匀降水率分布区,层云降水有清晰的亮度带,层云降水的上方存在多层云系结构。降水廓线分布表明:对流降水廓线与层云降水廓线有明显的区别,并且降水廓线清晰地反映了降水微物理过程的垂直分布。整个中尺度强降水系统中对流降水与层云降水的区别还反映在标准化的总降水率随高度的分布。微波信号分析表明:TMI85 GHz极化修正亮温,19.4与37.0,19.4与85.5,37.0与85.5 GHz的垂直极化亮温差均能较好地指示陆面附近的降水分布。     

北半球环状模(NAM)、东北冷涡与前汛期华南旱涝

利用中国气象局国家气象信息中心提供的1951-2004年全国160站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料，对近50年华南前汛期降水、东北冷涡、前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析，定义了一个前汛期东北冷涡强度指数（NECVI），结果表明：前汛期东北冷涡强度与华南降水存在显著的正相关，东北冷涡强年，华南降水偏多，前期2-3月份北半球环状模（NAM）偏弱；反之，东北冷涡偏弱年，华南降水偏少，前期2-3月份NAM偏强。此外，前汛期东北冷涡的强度和前期的中国近海海温存在显著的负相关，前期的NAM和中国近海海温的异常可以作为前汛期东北冷涡异常的一个前兆信号，进而为华南地区前汛期降水异常的预测提供参考依据。     

四川盆地一次暴雨过程的数值模拟及螺旋度分析

利用常规观测资料、日本气象厅向日葵8号卫星的相当黑体亮度温度（TBB）资料和NCEP/NCAR再分析资料（FNL），对四川省一次暴雨过程进行了数值模拟及螺旋度诊断分析。结果表明：中高纬度“两脊一槽”环流形势、副热带高压与大陆高压脊叠加形成的“东高西低”形势，为此次暴雨过程提供了有利的背景场条件；四川盆地中多个中尺度云团的发生、发展与暴雨的发生直接相关；中尺度模式（WRF）较好地再现了四川此次暴雨过程；700 hPa垂直螺旋度的正值区可以很好的指示降水落区的位置和移动，垂直螺旋度的高低空配置对揭示对流系统的演变起着至关重要的作用。     

Towards combining GPM and MFG observations to monitor near real time heavy precipitation at fine scale over India and nearby oceanic regions

This is the first attempt to merge highly accurate precipitation estimates from Global Precipitation Measurement (GPM) with gap free satellite observations from Meteosat to develop a regional rainfall monitoring algorithm to estimate heavy rainfall over India and nearby oceanic regions. Rainfall signature is derived from Meteosat observations and is co-located against rainfall from GPM to establish a relationship between rainfall and signature for various rainy seasons. This relationship can be used to monitor rainfall over India and nearby oceanic regions. Performance of this technique was tested by applying it to monitor heavy precipitation over India. It is reported that our algorithm is able to detect heavy rainfall. It is also reported that present algorithm overestimates rainfall areal spread as compared to rain gauge based rainfall product. This deficiency may arise from various factors including uncertainty caused by use of different sensors from different platforms (difference in viewing geometry from MFG and GPM), poor relationship between warm rain (light rain) and IR brightness temperature, and weak characterization of orographic rain from IR signature. We validated hourly rainfall estimated from the present approach with independent observations from GPM. We also validated daily rainfall from this approach with rain gauge based product from India Meteorological Department (IMD). Present technique shows a Correlation Coefficient (CC) of 0.76, a bias of −2.72 mm, a Root Mean Square Error (RMSE) of 10.82 mm, Probability of Detection (POD) of 0.74, False Alarm Ratio (FAR) of 0.34 and a Skill score of 0.36 with daily rainfall from rain gauge based product of IMD at 0.25° resolution. However, FAR reduces to 0.24 for heavy rainfall events. Validation results with rain gauge observations reveal that present technique outperforms available satellite based rainfall estimates for monitoring heavy rainfall over Indian region.     

基于葵花8号卫星资料的沈阳两次暴雨过程中对流云特征对比分析

应用葵花8号卫星资料,结合NCEP FNL再分析、GNSS遥感水汽、风廓线雷达、全国智能网格实况融合分析资料,对2017年7月14日和2018年8月7日沈阳两次暴雨过程(分别简称过程Ⅰ和过程Ⅱ)中对流云特征进行了比较分析,重点探讨了对流云的触发维持机制与影响降水特征差异的因素。结果表明:(1)两次过程分别为局地突发暴雨和区域性极端暴雨,沈阳市区暴雨均由两个对流云团引发,对流云团合并使得降水持续。过程Ⅱ云团合并发生在其移动方向的后侧,具有后向传播特征,合并云团沿其长轴方向移动影响沈阳市,使降水时间延长。(2)在降水前至降水初期,过程Ⅰ对流云顶和水汽层顶快速上升且云顶迅速超过水汽层顶,而过程Ⅱ亮温下降缓慢。短时强降水发生前红外和水汽亮温同步快速降至-60℃,可作为提前预判对流云团产生短时强降水的参考指标。10 min雨量大于10 mm的对流云云顶集中分布在红外亮温低于-55℃、亮温差为-5~0℃的范围。(3)两次过程中,沈阳市分别位于东北冷涡后部和副热带高压北缘。过程Ⅰ,探空曲线呈“X”型,CAPE高达2584 J·kg^-1,造成对流云深厚,云底以下干层导致雨滴蒸发,使降水强度减弱,该过程高强度降水仅发生在对流云团合并加强阶段。过程Ⅱ,云底到地面湿层明显,保证了雨滴降至地面,产生相同量级降水的云团的TBB比过程Ⅰ高。(4)强降水发生前,地面风场存在明显辐合,当大气可降水量2 h内跃增8 mm时,站点出现强降水;局地水汽跃增可能是低空西南气流偏南分量增大或偏北冷空气侵入到暖湿空气中所致。     

葵花8号卫星在暴雨对流云团监测中的应用分析

高时空分辨率的葵花8号卫星(简称H8卫星)2016年在我国得到应用,而该年是我国暴雨过程频繁、极端性强的一年,H8卫星到底在暴雨对流云团监测方面有何优势也是预报员所关心的。目前的业务中H8、FY-2卫星和雷达资料到达业务平台的平均延迟时间分别为15、35、6 min左右。本文利用H8卫星红外云图结合地面降水,在2016年汛期27次暴雨过程中每个过程选定一个主要的目标对流云团分析其初生情况,并与FY-2卫星和雷达探测的情况进行对比,结果表明:H8和FY-2卫星在同时刻云顶黑体亮温(TBB)观测数值上差别不大,时间变化趋势也基本一致,但H8卫星由于高频次观测的优势对暴雨对流强弱的变化刻画得更加细致,在监测暴雨对流云团方面具有明显时间上的优势,即H8卫星较FY-2卫星平均提前23 min发现对流云团,较雷达平均提前达33 min。通过结合地面小时和10 min降水量对2016年华北"7·20"极端暴雨过程进行分析,发现TBB与地面降水量之间有很好的反相关关系,同时降水量的变化幅度明显大于TBB的变化;当TBB峰值向低温一侧移动时,与之对应的地面降水量级也增大,降水逐渐转为冷云降水为主。     

强降水落区中单站降水诊断分析和预报

对2003年7月19日湖北省发生的一场降水强度较强、落区面积较大但武汉市单站出现暴雨空报的大到暴雨过程进行分析。通过诊断分析，解释了其区域暴雨发生和单站暴雨空报原因。结果表明，这是一次典型的中纬度斜压系统引起的大尺度大到暴雨过程，它的发生机制可用准地转运动理论给予很好的解释。而单站的强降水，特别是大到暴雨区中或大到暴雨区边缘单站的大到暴雨是否发生，必须通过诊断分析次级环流，当次级环流条件满足时，才能产生暴雨，否则会出现空报现象。     

分辨率对区域气候极端事件模拟的影响

利用NCAR MM5V3对1999年6月长江流域的极端异常降水事件进行了模拟,主要研究不同水平和垂直分辨率对极端区域气候事件模拟的影响。数值模拟试验表明:模式能够模拟出极端强降水的主要分布特征;水平分辨率的提高降低了模式模拟的强降水偏差,对逐日降水变化的模拟更加合理,而垂直分辨率的提高基本上也都减小了模拟的强降水过程的偏差,改善对强降水的模拟能力;模式水平、垂直分辨率的提高在一定程度上增强了对强降水过程的模拟能力。水平分辨率的提高能够改善模式对海平面气压的模拟,而垂直分辨率的提高可以改善模式模拟的地面气温和低层环流。分辨率对中层大气环流的影响不是很敏感。不同积云对流参数化方案模拟的对流降水比率随水平分辨率的变化是不同的,Grell方案对流降水比例随分辨率的提高而增加,而Kain-Fritsch方案的结果相反。     

印江县汛期降水年代际特征及与气温的关系

利用印江县气象观测站1970～2018年汛期（5～9月）日降水量,日平均、最高和最低气温资料,采用线性倾向估计、滑动平均法、 Mann一Kendall趋势法、 Morlet小波分析等方法对印江县汛期降水年代际特征进行了研究,并采用相关分析、t 检验等方法研究汛期降水与气温的关系。结果表明：(1)印江县近49a汛期总降水量有不显著的增加趋势,呈现 “增加-减少”的交替年代变化特征。年代尺度演变上,20～35a,10～19a,7～9a以及2～4a的4类周期变化尺度共同起作用,其中27a为第一主周期,9a为第二主周期。（2）印江县近49a 6月、7月和8月对汛期总降水贡献最大,变化趋势和总降水量基本一致;小、中和大雨的年总降水量呈减少,其中中雨减少微弱;暴雨及以上有增加趋势。小和中雨所占百分比呈下降趋势,占百分比最多的大雨也呈下降趋势,但比较微弱,暴雨及以上有上升的趋势。（3）印江县近49a汛期总降水量与汛期最高温度、平均温度呈显著的负相关,月份上与8月最为密切, 7月次之,与其他月的温度相关性不大。不同量级降水量占总降水量的百分比,随日平均、最高气温的升高都呈先上升后下降的趋势,各量级降水的百分比的峰值都有各自的温度区间。     

华东地区夏季不同等级降水变化特征分析

采用华东地区78个气象站点逐日降水资料,根据日降水量的5个等级划分,应用线性趋势分析、相关分析等分析了不同等级降水频率和降水量的空间分布及其变化趋势。结果表明:(1)夏季不同等级降水频率在整个华东地区具有明显的地区差异,区域平均的降水频率由大到小依次为小雨、微量降水、中雨、大雨、暴雨。(2)平均的夏季总降水量呈南多北少的分布,各等级降水对总降水量的贡献率由大到小依次为暴雨、大雨、中雨、小雨,暴雨对夏季总降水量的贡献在某些年份可达50%以上。(3)区域平均的夏季降水日数呈下降趋势,但总降水量却有明显的增大趋势。(4)区域平均的某等级降水频率正异常时,华东地区各地该等级降水频率,亦多表现为正异常,尤其中雨以上等级降水频率异常符号在整个华东地区更为一致。(5)华东区域微量降水和小雨发生频率分别与其他等级降水存在显著的反相关关系,而中雨、大雨、暴雨三者发生频率之间无显著相关。     

甘肃省陇东南地区大到暴雨时空分布特征

利用甘肃省陇东南地区31个气象站1967~2001年的逐日降水资料,统计分析了该区大到暴雨时空分布的主要气候及年际、年代际变化特征,根据实际需要确定了该区暴雨及标准,其研究结果将为建立陇东南大到暴雨短期预报提供气候背景。     

近35年云贵高原暴雨特征分析

利用云南和贵州188个气象台站1980~2014年的逐日降水资料,得到了云贵高原的年平均总降水量、年平均暴雨量、暴雨频率、暴雨贡献率和暴雨的月分布情况,探讨了近35年云贵高原暴雨的分布特征和年际变化特征。结果表明:云贵高原的年降水量分布大体上呈南多北少,整体上由南向北递减。暴雨的贡献率占16%左右,云贵高原最早1月就会出现暴雨,最晚6月出现暴雨天气,暴雨集中出现在4~11月,夏季平均暴雨日数2.5天。1980~2014年暴雨降水量偏多年与暴雨降水量偏少年差别不大,暴雨量在近35年内未出现明显的变化趋势。通过小波分析得出云贵高原的年降水,年暴雨都存在多时间尺度特征,不同的时间尺度表现出不同的循环交替。至今暴雨增多的等值线未出现闭合,降水还有增加的趋势。      

影响攀西地区南部的MCC活动特征及发生环境条件

选取2010~2019年FY-2E静止气象卫星相当黑体亮温（TBB）资料、攀西地区南部24个自动气象站降水观测资料、欧洲中心ERA5再分析资料,对影响攀西地区南部的MCC活动特征及发生环境条件进行研究,结果表明:影响攀西地区南部的MCC出现在6~9月,6月出现频次最高,具有生消迅速、生命史短和空间尺度较小的特点;这类MCC主要初生于川西高原南部和攀西西北部,消亡于攀西南部和云南北部,其移动路径以西北东南向为主,时间上初生于午后,形成于傍晚至前半夜,消亡于次日凌晨至上午;MCC发展形成于高温高湿高能环境中,能产生较强降水的MCC的TBB值较低,在垂直结构上具有低层辐合、高层辐散和上升运动显著的特点,高层的南亚高压脊线和中低层的切变辐合是其主要影响系统;根据攀西地区南部24h最大降雨量,可将影响攀西地区南部的MCC分为大暴雨型、暴雨型、大雨型和小雨型,大暴雨型、暴雨型和大雨型的影响形势相似,高层位于南亚高压东部脊线附近,中层位于低槽尾部区域,低层存在切变辐合;大暴雨型的南亚高压强于暴雨型和大雨型,中层的低值系统较暴雨型和大雨型南压明显,而小雨型在高层位于南亚高压东部脊线南侧的东北气流内,中低层的低值系统位置偏北。      

华南中尺度暴雨数值预报的不确定性与集合预报试验

利用非静力MM5模式,分析了不同积云对流参数化方案对华南暖区暴雨数值预报的不确定性影响,进行了中尺度暴雨模式扰动集合预报试验。不同对流参数化方案的对流凝结加热引起不同的局地温度扰动,通过大气内部的热力动力过程,导致垂直速度的差异,进而影响网格尺度和次网格尺度降水时间、地点和强度。后续降水再通过凝结潜热释放形成新的扰动源。不同积云对流参数化方案还可引起扰动源能量传播方式不同,最终使模拟大气的动力和热力结构有差异。针对物理过程的不确定性,使用两种模式扰动方法构造集合预报扰动模式,第一种方法是随机组合不同积云对流参数化方案和边界层方案,第二种方法是扰动Grell积云对流参数化方案中主要参数振幅。集合预报结果表明,第一种方法的集合预报效果优于第二种方法,仅扰动参数振幅值似乎还不足以反映华南暴雨预报的不确定性。单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定,集合产品能给华南暴雨过程提供更有用价值的指导预报,具有较高的应用价值。     

湖北一次大暴雨过程两个强降水时段的诊断分析与数值模拟

根据NCEP/NCAR再分析资料、常规观测和加密观测站资料以及FY-2C TBB资料,对2008年8月28-30日湖北暴雨过程两个强降水时段的大尺度环流背景和中尺度对流系统进行诊断分析。在此基础上,利用中尺度数值模式WRF的模拟结果对影响大暴雨过程两个强降水时段的中尺度对流系统和其他物理量场深入分析。结果表明：湖北大暴雨过程存在明显的两个降水增强阶段,它们发生与结束的时间近乎一致,并且第二阶段的强降水要比第一阶段强度更大;强降水第一阶段是由低涡切变与地面暖湿气流影响造成的,强降水第二阶段是由低涡切变、中低纬短波槽和地面冷空气共同影响造成的。两个强降水时段逐小时的降水与云团特征表明,雨团与云团的活动规律一致,其增幅均出现在晚上到凌晨时段。同时表明,β中尺度对流云团与此次暴雨过程关系密切;暖切变线自南向北影响第一时段降水增幅,西南涡中伸展出的冷切变线自西向东影响第二时段降水增幅,模式结果表明由冷切变线引起的第二时段降水增幅更大;两个强降水时段雨区上空均有较强的能量,强的水汽通量辐合贯穿整个降水过程,地面降水中心与其上空湿位涡大值中心有较好的对应关系。     

两次不同性质强降雨的对比分析

对2004年夏季两次不同性质的强降雨发生的环流背景、卫星云图和物理量场进行了对比分析,发现大兴安岭地区对流性强降雨和连续性强降雨都是在充足的水汽条件和强烈的上升运动条件下发生的,但是地面影响系统、卫星云图和热力条件差别明显.强降雨发生前热力结构不同是造成两次强降雨性质不同的最重要原因.