玛曲地区夏季强降水的环流分型及水汽轨迹分析

利用青藏高原(下称高原)东北边坡玛曲地区1967—2008年12个常规气象观测站的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,在环流分型的基础上,应用后向轨迹模型分析了不同等级降水的不同环流型的水汽输送轨迹。结果表明:(1)暴雨发生的环流型以高原低槽型为主,大雨的发生以切变型为主。(2)暴雨的不同环流型的水汽输送轨迹差异较大,同一型暴雨不同等压面水汽轨迹较一致;大雨的不同环流型之间水汽轨迹无明显差异,同一型大雨不同等压面的水汽轨迹差异很大。(3)通过追踪不同时间长度的水汽输送的后向轨迹发现,可以用向前追踪360h的水汽输送轨迹代表玛曲地区的水汽输送,水汽轨迹以偏南气流为主。由此可见,虽然不同等级、不同环流型强降水之间的水汽轨迹存在差异,但是玛曲地区强降水的水汽主要来自印度洋-孟加拉湾和南海-孟加拉湾的偏南气流。     

2008年5—6月华南地区强降水过程的大尺度环流背景

利用华南地区逐日降水量资料以及美国NCEP/NCAR逐日再分析资料,对2008年5—6月华南连续强降水过程的大尺度环流、水汽输送及其与南半球相联系的环流背景进行分析。结果表明:(1)强降水期间西太平洋副高偏强,位置偏西偏南;鄂霍次克海地区多有阻高出现,形成一脊两槽的经向环流形势,有利于冷空气分裂南下与西南暖湿气流交汇。(2)4次强降水期间索马里急流的水汽输送均异常偏强,孟加拉湾及南海的水汽输送亦偏强;4次降水过程的水汽输送特征又有所差异。(3)4次强降水过程的发生与越赤道气流及南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的加强密切相关,索马里越赤道气流的特别强劲是华南发生暴雨的主要原因之一。前期马斯克林高压、澳大利亚高压以及索马里、西太平洋越赤道气流的异常活动,对于华南强降水过程具有预报指示意义。     

1998年长江流域特大洪涝期水汽输送过程的诊断分析

利用基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLIT_V4.9）,结合轨迹聚类法和气块追踪法,探讨1998年6月12日—8月27日期间长江流域强降雨的水汽输送轨迹、主要水汽源地及其水汽贡献,发现此次强降水过程的水汽源地主要为印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋;不同降水阶段水汽输送轨迹、水汽源地存在差异。降水第一阶段水汽主要来自孟加拉湾—南海,水汽输送贡献为35%。降水第二阶段水汽主要由印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋三个区域共同提供,水汽输送贡献分别为32%、28%和31%。降水第三阶段则是来自印度洋和孟加拉湾—南海的水汽输送占主导地位,它们对降水的水汽输送贡献分别为33%和41%。降水第四阶段水汽主要来源于孟加拉湾—南海,贡献为40%。强降水过程中大气环流的调整,导致了不同阶段水汽源地的变化及各源地水汽贡献的差异。     

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。     

四川盆地西部与东部持续性暴雨过程的对比分析

利用常规观测资料、风云卫星资料和NCEP再分析资料等,探讨了四川盆地的盆西暴雨个例(2013年7月)和盆东暴雨个例(2007年7月)发生的环流背景条件、冷空气和水汽来源、高原对流和西南涡的特征及差异。结果表明:盆西与盆东暴雨过程相比,盆西暴雨200 hPa急流位置更偏北,西风槽位置偏西,副热带高压的位置偏北、强度偏强,西南涡位置也较偏西南;盆西暴雨过程对流层中层有来自青藏高原以西的中亚地区和青藏高原西部的冷空气,低层水汽输送以来自孟加拉湾的西南气流为主,盆东暴雨过程对流层中层只在前期有来自中高纬度的冷空气,中后期在对流层中层无中高纬度地区冷空气影响,主要以来自孟加拉湾和青藏高原南侧的偏西气流为主,低层水汽输送以来自南海的东南气流为主;盆西和盆东暴雨过程的对流活动都有明显的日变化,对流下午在川西高原发展,后半夜至早晨在盆地发展,区别在于盆西暴雨过程有川西高原对流东移与盆地对流合并发展的过程,而盆东暴雨过程中川西高原对流在东移过程中减弱,无与盆东对流合并发展的过程。     

西南地区东部夏季旱涝的水汽输送特征

利用1959-2006年两南地区东部20个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了西南地区东部夏季旱涝年的水汽输送特征.结果表明,西南地区东部水汽来源主要有两个:第1条主要来自青藏高原转向孟加拉湾经缅甸和云南进入西南地区东部,第2条水汽经由孟加拉湾南部,强大的水汽输送带继续向东输送至中南半岛及南海,与南海越赤道气流所携带的水汽汇合后转向至西南地区东部,而由四太平洋副热带高压西侧转向的偏南水汽对向西南地区东部水汽输送也有影响.与西南地区东部夏季降水相联系的水汽通道中,印度洋水汽通道强度最强,太平洋水汽通道强度最弱.在印度季风区,偏北的高原南侧水汽通道(经向)强度远小于偏南的印度洋水汽通道.东亚季风区夏季水汽输送经向输送大于纬向输送,而印度季风区夏季水汽输送则是纬向输送大于经向输送.西南地区东部夏季降水与纬向通道的强度变化关系密切,而与经向通道的水汽输送强度变化关系不明显.当印度季风区南支水汽输送偏弱时,印度季风区北支(高原南侧)和东亚季风区向西的水汽输送偏强,使得以纬向输送为主的印度季风区经向水汽输送加大,而以经向输送为主的东亚季风区纬向水汽输送加大,从而使东亚地区的水汽输送带偏西,西南地区东部夏季降水偏多,可能出现洪涝,反之则可能出现干旱.西南地区东部夏季水汽有弱的净流出,是一个弱的水汽源区,南边界流入水汽量最多,干旱年整个区域水汽流出较常年明显,而洪涝年则有弱的净流入.夏季水汽通道水汽输送强弱变化与同期500 hPa高度场和SST场的分布形势密切相关.     

伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

2003年淮河流域持续性大暴雨的水汽输送分析

利用NCEP资料对 2 0 0 3年淮河流域 6、7月间持续性强暴雨的水汽输送特征进行分析。结果表明 :持续性强暴雨发生在我国南方西南水汽输送异常偏强的背景下。水汽从南海北部经副热带高压西南侧向北及从孟加拉湾越过中南半岛到长江中下游两条通道向淮河流域输送。从整个梅汛期和暴雨个例的计算结果来看 ,暴雨区的各个层次上水汽收支有不同的特点 ,主要水汽辐合发生在 850hPa及其以下层。来自孟加拉湾和南海的水汽向暴雨区输送在不同层次上的比重有很大差异 ,在暴雨区水汽的主要辐合层上 ,南海是最重要的水汽源地     

长江中游和下游夏季降水季节内振荡的差异

利用1979~2013年中国站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对长江中下游夏季降水的季节内振荡最显著周期进行了分析研究。结果表明长江中游最显著周期为10~30天,长江下游最显著周期为30~60天。为了揭示这种差异产生的物理原因,进一步利用位相合成的方法对这两个区域不同周期的季节内振荡降水、高低空风场和高度场以及垂直结构和水汽等循环过程的演变特征进行分析。在200 hPa环流场上,长江中游的降水主要受到高纬度自西向东传播的波列影响,而长江下游的降水与鄂霍次克海的高度场的变化相关。在风场的垂直涡度和散度的位相结构演变过程中,10~30天的垂直涡度和散度有自北向南的移动,30~60天的垂直涡度和散度在长江以南地区有自南向北的传播。水汽输送的位相发展过程表明,长江中游的水汽分别来自于南海的向北输送和长江以北地区向南的水汽输送;长江下游地区的水汽则主要来自于热带东印度洋经孟加拉湾的向东输送并在南海的北向输送,以及西太平洋水汽向西输送到南海再向长江下游的输送。从高层大尺度环流场和整层积分的水汽通量输送上解释了长江中游10~30天降水的自北向南移动,和长江下游30~60天降水自南向北传播的原因。     

淮河流域2003年梅雨时期降水与水汽输送的关系

本文利用2003年6～7月逐日NCEP／NCAR再分析资料分别计算了淮河流域梅雨期的水汽输送和该区域的水汽收支,分析了大尺度水汽输送和梅雨期降水之间的关系。结果表明：2003年梅雨期间(6月20日～7月23日)淮河流域水汽输送的来源主要有2个,一是孟加拉湾的西南气流经中南半岛北部进入华南再向淮河流域输送,二是来自西太平洋副热带高压南侧的偏东气流在南海转向形成的偏南气流进入华南再向北输送,以上两条输送带以定常方式向淮河流域输送水汽。通过计算梅雨期的整层涡动水汽输送,发现经向水汽输送非常稳定,纬向水汽输送具有较大幅度变化。研究还表明：2003年梅雨期间淮河流域的水汽收支主要来自经向水汽输送,特别是南部边界的水汽流入,而纬向水汽输送多表现为水汽的流出。梅雨期间淮河流域经向水汽收支的突然增强和维持稳定往往对应一次强降水过程的开始。梅雨期间淮河流域净水汽收入主要来源于经向从地面到600hPa高度的深厚水汽输送,另外在纬向近地面层还有一支弱的净水汽流入,而中低层为明显的纬向净水汽流出。在经向水汽净输入相当情况下,纬向水汽净输出的减弱有利于增强强降水过程的强度。淮河流域2003年夏季经向水汽收支的爆发性增长和突然减弱和该区域的入、出梅日期对应,它的演变反映了东亚夏季风由南向北推进的进程。     

滇西北高原一次突发性特大暴雨过程水汽输送特征分析

针对滇西北高原华坪县一次突发性特大暴雨天气过程,采用常规计算及数值模拟方法,分析其水汽输送特征。结果表明:中南半岛热带低压及孟加拉湾低压稳定维持为暴雨区水汽输送通道建立提供较好的大尺度环境场;暴雨区存在两条水汽输送通道,孟加拉湾低压东侧偏南气流转向后形成的西南水汽输送与副热带高压南侧偏东气流转向后形成的西南水汽输送,其源地可追溯至南海、西太平洋、孟加拉湾、阿拉伯海等地;水汽输送及水汽辐合主要来自700hPa以下层,其中700hPa与850hPa水汽输送特征与整层水汽输送特征表现一致;数值模拟结果可较好再现暴雨区水汽输送特征,同时发现后向追踪时段内,暴雨区中低层水汽输送起始于该高度层之上,随暴雨发生时间临近水汽输送高度逐渐降低。     

2014年夏季一次那曲强降水的诊断分析和水汽来源的模拟研究

青藏高原作为“亚洲水塔”,研究其降水来源对我国水安全和水资源利用有重要意义。采用诊断分析和拉格朗日模式模拟的方法,对高原涡引起的一次那曲强降水进行了分析研究,确定了那曲地区的水汽来源并进一步量化了水汽源区对研究区夏季降水的贡献。结果表明：那曲上空上升运动强烈,且具备良好的水汽条件。有多次多个强对流云团相继生成,形成短时强降水。影响降水的绝大多数目标气块来自目标区域以南的相对较低的大气层,可追溯到孟加拉湾、阿拉伯海和印度洋。此外,青藏高原以西路径有一小部分目标气块来自中、低层大气。高层水汽主要为南亚高压反气旋输送。少数气块来自中国东部和南海。西边界和南边界的水汽输送为本次那曲强降水的主要来源,水汽源区主要为印度洋、阿拉伯海、印度、孟加拉湾、新疆和中亚。来自印度洋和阿拉伯海的水汽对降水区起到了关键的水汽贡献,局地水汽贡献忽略不计。     

影响贵州低频强降水的主要气象因子特征

本文基于贵州低频降水和东亚水汽输送路径,对比分析低频降水多少年的水汽差异和先兆海温差异,得到主要结论有：（1）7月开始在欧亚大陆的中纬度地区开始形成“两槽一脊”的环流形势;8、9月“两槽一脊”环流形势稳固。副热带高压的西伸脊点位于120oE附近,环流形势逐渐稳定,南方地区降水有所减弱;（2）影响贵州地区水汽输送的水汽通道主要为为孟加拉湾、南海和西北太平洋,尤其是从孟加拉湾经中南半岛进入的西南风水汽输送和南半球经南海的越赤道气流;（3）低频强降水年频次多年与拉尼娜事件从准备到爆发再衰弱的不同位相期相对应,低频强降水年频次少年与厄尔尼诺事件从准备到爆发再衰弱的不同位相期相对应     

影响海南岛的台风降水及水汽输送源地分析

利用1986—2016年中国气象局台风最佳路径资料、海南岛区域站降水数据以及基于拉格朗日方法的轨迹模式对近30 a影响海南岛的台风降水和大气环流特征进行分析,并探讨了台风影响降水期间水汽输送通道和源地。结果表明：6—10月是台风影响海南岛的主要时段,也是台风降水主要时段。在台风降水偏多(少)年,长江以南地区冷空气影响偏弱(强),副热带高压偏弱(强),南支槽偏强(弱),低层水汽通量场呈现异常气旋性(反气旋性)环流。降水偏多年,海南岛受到来自西北太平洋异常东北气流与印度洋、孟加拉湾的异常偏强西南气流影响;降水偏少年,水汽主要来自西太平洋的偏东气流和南海较弱的西南气流。海南岛台风降水的四个主要水汽源地分别为西太平洋、孟加拉湾、南海和印度洋,在台风降水偏多年,水汽输送贡献最大的是西太平洋和孟加拉湾,分别为33%和30%,来自东西两路的水汽供应充足,而在偏少年西太平洋水汽输送贡献最大,为38%,其余水汽源地贡献均在30%以下,以110°E以东的水汽输送为主。     

2012年7月21日北京特大暴雨过程的水汽输送特征

利用NCEP再分析资料,根据水汽收支方程计算2012年7月21日北京特大暴雨时期华北东北部暴雨区域的水汽收支情况并分析水汽输送特征。得到以下结论:经向水汽输送在此次暴雨过程中起主要作用,暴雨区内水汽主要来源于中、低层(500 hPa以下)的南边界。暴雨区内水汽的辐合与暴雨发生的时间和空间具有较好一致性,在低层水汽的辐合起主要作用,中高层水汽垂直输送作用更为显著。HYSPLIT后向轨迹模拟得到的结果显示根据水汽源地划分影响此次暴雨过程水汽输送路径主要有:从孟加拉湾、南海地区处于中低层直接北上的西南路径,以及中层以下从我国东部海域(黄海、东海为主)进入内陆之后北折向东北偏北方向运动的L形高湿路径;同时高层沿着西风带西北路径的干空气输送也对此次强降水有重要影响。三者中从东部海域到达暴雨区的水汽贡献率最大,而孟加拉湾、南海的水汽输送对于此次强降水起到了明显的增强作用。     

基于拉格朗日方法的江淮梅雨水汽输送特征分析

利用NCEP再分析资料,引入基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLITv4.9),结合用于海量轨迹分析的气块追踪分析方法,探讨了江淮梅雨气候平均的水汽输送特征以及梅雨异常年水汽输送的差异。结果表明,在气候态下,江淮梅雨的水汽主要来自印度洋、孟加拉湾—中国南海、太平洋和欧亚大陆4个区域,其对江淮梅雨的水汽输送贡献分别为35%、19%、22%和19%。其中,印度洋、孟加拉湾—中国南海和太平洋上的输送气流主要来自850 hPa以下的对流层低层,而欧亚大陆的输送气流主要来自600 hPa左右的对流层中层。进一步对比梅雨异常年水汽输送的差异,发现孟加拉湾—中国南海、太平洋和印度洋的水汽输送对江淮梅雨的异常有重要影响,梅雨偏多年来自孟加拉湾—中国南海的水汽输送较多,其对江淮梅雨的水汽输送贡献为24%,比梅雨偏少年约增加了13%,梅雨偏少年则是来自太平洋和印度洋的水汽输送较多,对江淮梅雨的水汽输送贡献分别达到了40%和30%,比梅雨偏多年约增加了5%和10%。     

新疆南疆极端干旱区典型暴雨的水汽特征及触发机制分析

为加强对南疆暴雨过程的水汽特征和触发机理的认识,利用FNL和ERA5再分析资料、地面自动气象站观测资料、 FY-2G静止卫星的黑体亮温（TBB）资料,对2019年6月24-28日南疆极端干旱区暴雨过程进行了分析。结果表明,此次南疆地区持续性强降水天气发生在"两槽两脊"的纬向环流形势下,巴湖低涡、伊朗高压脊和辐合线是导致此次强降水过程的主要天气系统。暴雨的水汽主要来自于大西洋、黑海、里/咸海、阿拉伯海和孟加拉湾沿着西北路径、偏西路径和西南路径到达南疆盆地。低空急流引导着偏西北和偏西路径的水汽输送到南疆盆地,西南路径的水汽则在南疆西部500 hPa气旋性风场、 200 hPa高空西南急流的引导下翻越青藏高原输送到南疆地区。水汽收支计算表明：水汽的输入主要集中在南边界对流层高层和北边界对流层低层和高层;水汽的输出集中在东边界对流层低层和高层。南疆盆地南侧高大陡峭地形（昆仑山脉）的阻挡,使得从北部侵入的主导气流在山前辐合生成的中尺度辐合线,是此次强降水的主要触发系统。辐合线以北的偏西北气流带来的水汽在山前堆积,在地形抬升作用下不断辐合并抬升,不稳定能量释放,对流系统在山前不断生成发展,造成和田...     

2005年7月4—11日淮河流域强降水过程的水汽收支分析

通过对水汽通量向量的势函数和流函数分解以及水汽方程的诊断计算，分析了2005年7月4-11日淮河流域强降水过程水汽收支情况。结果表明，此次强降水过程主要水汽来源于菲律宾经南海向北转向流入我国中东部地区的较强盛的水汽输送带。这条水汽输送带由两部分组成：起重要作用的是强中心位于太平洋上，沿热带赤道以南地区一致向西到达菲律宾的水汽流，另一部分是沿赤道南侧的东风气流，在非洲东岸索马里附近越赤道向东北方向经孟加拉湾北部到达菲律宾的水汽流；水汽汇合区内，淮河流域附近存在东南与西北水汽汇集辐合，这可能是造成淮河流域持续出现强降水重要原因之一；水汽强辐合区域与强降水发生的区域相对应，降水发生区域的总体水汽收支和平均面降雨量的变化趋势相吻合，随着水汽收入的增加，降水量开始加大；中低层的水汽垂直输送与降水过程的平均面降雨量的变化具有较好的对应关系。     

1998年夏季长江上游暴雨过程的水汽输送特征

应用ECMWF再分析资料,分析了1998年夏季长江上游9次暴雨过程的水汽输送特征.结果表明:长江上游暴雨的水汽主要来源于孟加拉湾、南海和西太平洋,也存在由阿拉伯海北部经印度半岛北部再经青藏高原东南部进入长江上游的水汽路径;不同暴雨过程其水汽来源差别较大;长江上游的复杂地形和水汽输送形式的共同作用是决定长江上游暴雨发生的一个重要因素;当西太平洋副热带高压偏南、偏西、偏强,印度季风低压偏弱时,有利于长江上游暴雨的水汽输送;长江上游水汽输送的特征决定了其暴雨过程发生发展的复杂性.