采用TIPEX科学试验资料对1998年7月长江特大暴雨系统的梅雨期区域边界水汽输送模型及其数值试验

采用1998年第二次青藏高原大气科学实验(TIPEX)现场观测资料,包括加密探地面与探空观测、系留气球资料及遥感和高原试验中的中日合作研究(GAME/Tibet)基地Doppler雷达资料对青藏高原上空发展的积云对流系统及其生成和移动进行监测,讨论了与1998年长江下游暴雨的关系。结果表明:1)卫星云图动态分析及TBB资料制作的Hovmoller时空剖面分析表明,1998年7月下旬的长江暴雨洪水系统可追溯到高原。2)对上述TBB分析的云团在安多站过境时段(7月18-19日)进行Doppler跟踪,Doppler雷达回波跟踪分析揭示出,这种在高原中部地区发展和东移、加强的回波十分频繁。TIPEX多种仪器联合观测资料的综合分析可捕捉高原对流系统的生消和移动轨迹,对诊断预测高原系统对其下游的影响很有价值。3)综合分析上述TIPEX同时段地面和高空加密观测报告的时空剖面发现,高原腹地区(那曲地区)对流云系频繁发展,与准静止的地面风场辐合的维持有关。高原地面风场的动力辐合、高原上空风场垂直切变以及高原西风增湿过程所提供的高原水汽输送对1998年长江暴雨的发展与加强起重要作用。4)对高原水汽垂直分布的中尺度过滤分析发现,高原水汽的高值与低值随时间的交替变化,清楚地揭示了生命史为几小时的次天气尺度的波动。高原中尺度波动东移的揭示进     

青藏高原地区5月热力差异和后期夏季北疆降水的联系

基于美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆70站降水资料,分析了1961~2010年5月青藏高原地区地表热力异常差异和新疆夏季降水的联系。奇异值分解(SVD)分析发现,当5月青藏高原视热源偏弱,高原西北部地区偏强时,北疆夏季降水偏多。定义了一个热力差异指数来表征两个区域热力异常的对比程度,发现考虑这种大尺度热力差异对比要比单一地区与区域气候有更为密切的联系。当热力差异指数为负时,即5月青藏高原视热源偏弱,其西北部视热源偏强时:(1)西亚副热带西风急流位置偏南;(2)500 h Pa中亚上空和贝加尔湖上空分别对应异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,北疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势;(3)印度半岛上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成北疆夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。偏相关分析发现,青藏高原热力异常主要影响对流层中高层大气环流和水汽输送的第二步环流条件,高原西北部热力异常则影响水汽输送的第一步环流条件。     

青藏高原地区上对流层—下平流层区域水汽分布和变化特征

利用2005-2008年青藏高原(下称高原)地区微波临边探测器MLS(Microwave Limb Sounder)、高光谱分辨率大气红外探测仪AIRS(Atmosphere Infrared Sounder)、ECMWF的ERA-Interim资料,以及NCEP/NCAR再分析数据和NOAA HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)轨迹模式资料,讨论了高原上空对流层顶附近的水汽分布和变化特征及高原上空平流层与对流层之间的物质交换。结果表明,3-4月高原南侧对流层顶附近100 hPa存在一个水汽低值带,而7-8月和9-10月此处存在一个明显的水汽高值区。3-4月夏季风未发展之前,受高原大地形抬升和西风气流的影响,高原以南地区存在对流层与平流层的物质交换,而215 hPa的高原中部地区(80°E-90°E)则由于空气的下沉运动将上层的干空气向下输送而出现一个水汽低值中心。7-8月,受印度夏季风和高原上空反气旋式环流的影响,高原上空有明显的水汽穿过对流层顶向平流层输送,反气旋环流中心的水汽经过2~4天的上升过程可以从对流层进入平流层。高原及其以东、以西地区的水汽在对流层顶附近的季节变化基本一致,100 hPa三个不同区域的水汽在3月达到最低。     

夏季青藏高原和热带印度洋热力异常对塔里木盆地夏季降水的影响

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）全球大气数值预报再分析资料ERA-Interim提供的地表潜热及大气环流再分析资料和英国Hadley气候预测和研究中心提供的全球逐月海表温度格点资料以及新疆气象信息中心提供的塔里木盆地26个站逐月降水资料,研究了夏季青藏高原和热带印度洋热力异常对塔里木盆地夏季降水的影响。结果表明:高原北部潜热偏强（弱）和热带印度洋海温偏暖（冷）时,200 hPa纬向风表现为“北负（正）南正（负）”的特征,中亚和贝加尔湖上空分别为异常气旋（反气旋）和异常反气旋（气旋）,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行偏南（北）风,印度半岛上空为异常反气旋（气旋）,有利（不利）于将低纬度水汽向北输送,配合中亚上空的异常气旋（反气旋）,有利（不利）于水汽进入新疆地区,对应塔里木盆地夏季降水偏多（少）。同时发现塔里木盆地夏季降水与中亚对流层中高层的温度异常（MUTTI）表现为显著的负相关关系,同时MUTTI与高原潜热和印度洋海温的负相关关系显著,夏季高原潜热偏强（弱）时,高原季风偏强（弱）,印度洋海温偏暖（冷）,南亚季风偏弱（强）,在二者共同作用下中亚对流层关键区中高层温度偏低（高）,其通过影响200 hPa纬向风、500 hPa环流和整层水汽输送进一步影响塔里木盆地夏季降水。     

中亚和南亚热力差异对塔里木盆地夏季降水的影响

利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆83站降水资料,分析了1961~2010年南亚和中亚对流层中低层热力差异对塔里木盆地夏季降水的可能影响机制。研究结果表明,塔里木盆地夏季降水与中亚和南亚对流层中低层温度密切相关。当南亚对流层中低层偏暖,中亚偏冷时,500 h Pa中亚上空和蒙古上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬海洋的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流条件。同时阿拉伯海上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成塔里木盆地夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。中亚对流层中低层温度变化主要影响500 h Pa环流,南亚对流层中低层温度变化在低纬水汽向北输送过程中扮演主要角色。青藏高原夏季风偏强时,600 h Pa高原北侧对应异常反气旋环流,异常偏北风引导高纬度冷空气南下,导致中亚区域对流层中低层偏冷,而南亚对流层中低层偏暖则与热带印度洋显著增暖密切相关。     

青藏高原新增探空资料同化对南疆夏季降水预报的影响

利用第三次青藏高原大气科学试验中青藏高原西部新增3个探空站(狮泉河、申扎、改则)的探空资料,基于中尺度数值(WRF)模式和GSI同化系统,选取2015年夏季南疆两次不同类型(南亚高压双体型和单体型)的强降水过程进行同化敏感试验,以初步评估新增3个站探空资料同化对南疆夏季降水预报的影响。从初始场物理量的增量场来看,同化高原3个站探空资料对两次过程的初始场均有一定改进,对南亚双体型过程的改进较显著,这可能与其偏南气流及上下游效应较强有关。中、高层物理量的增量中心均出现在高原中、西部,分别对应申扎和狮泉河两站,并向周边地区逐渐减小,南疆地区表现为弱的正或负增量。虽然高原探空资料均在600 h Pa以上,通过动力调整对低层物理量也有一定影响。同化后低层的散度和湿度增量中心出现在高原西南侧,南疆地区变化较小。随着模式时间积分,各高度上的物理量和降水影响系统调整效果逐渐显著,总体使得200 h Pa副热带长波槽有所加深、南疆上空的偏南急流得到加强,500 h Pa低值系统强度有所减弱,850 h Pa的散度和湿度在南疆地区均有显著调整,但低层散度和湿度在南疆西部强降水中心调整相对较小。从降水预报结果来看,同化高原3个站探空资料后,对两次过程的小量级降水评分显著提高,即对降水落区预报能力有所提高;但对强降水中心结果影响不大,即对局地性强降水的预报能力仍有所欠缺。     

前期印度洋海温异常对夏季高原“湿池”水汽含量的影响及其可能原因

利用Hadley中心提供的逐月海温资料、ERA-Interim再分析资料以及NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）的逐月向外长波辐射（OLR）资料探讨了1979~2011年夏季青藏高原“湿池”的水汽含量与前期印度洋海温异常的关系,并对可能的原因进行了分析。结果表明,夏季青藏高原水汽（去趋势）EOF第二模态与前期印度洋海温存在密切的正相关,前期3~4月关键区（5°S~20°N,45°E~75°E）的海温异常可以作为夏季高原水汽的预测信号。在暖水年,赤道附近显著的东风异常对夏季高原水汽输送起到了至关重要的作用。500 hPa上副热带高压显著增强并西移,600 hPa上赤道附近为显著的异常东风,将水汽从西太平洋、南海、孟加拉湾向西输送到印度半岛,并在异常反气旋环流西侧的南风作用下,将水汽带向青藏高原。高层风场上,西太平洋地区辐合,青藏高原上空辐散。以上环流形势表明暖水年夏季青藏高原水汽偏多;冷水年则相反。就影响机制而言,前期春季印度洋海温显著偏暖,引起其上空异常的对流上升运动,驱动异常沃克环流从春到夏显著维持,副热带高压的季节性北跳和异常增强西移,有利于赤道东风异常的增强和西移,并经过水汽输送通道将水汽带向青藏高原上空。     

青藏和伊朗高原热力异常与北疆夏季降水的关系

青藏高原和伊朗高原热力异常对其周边地区天气气候有重要影响,已有研究多关注东部季风区,而对干旱区关注较少.针对这一不足,利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和北疆43站降水资料,分析了1961-2007年5月青藏高原和伊朗高原地表感热异常与北疆夏季降水的关系.奇异值分解(SVD)分析发现,5月青藏高原地表感热与北疆夏季降水呈负相关,伊朗高原为正相关.青藏高原和伊朗高原感热异常的大尺度对比,要比仅考虑单一高原的感热异常与北疆夏季降水有更密切的联系.定义了一个热力差异指数来表征这种地表感热异常的对比程度,相关分析发现,当5月伊朗高原地表感热偏强,青藏高原地表感热偏弱时,500hPa中亚上空和贝加尔湖上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,新疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势,同时越赤道索马里急流偏强,低纬度水汽被接力输送至中亚和新疆地区,为降水的发生提供了有利的水汽条件.进一步分析发现,青藏高原热力异常主要影响中高层大气环流,伊朗高原则主要影响水汽通量输送.     

1997/1998年青藏高原西部地区辐射平衡各分量变化特征

利用中日亚洲季风机制研究计划1997年9月~1998年10月在青藏高原西部改则和狮泉河2个站点自动气象站辐射平衡的观测资料,分析了高原西部2个地区辐射平衡各分量在不同季节的季节平均日变化和年变化特征,并且还与1979年5~8月第一次青藏高原气象科学实验的辐射观测资料和1982,1983年青藏高原辐射平衡观测实验的结果进行了比较分析。结果发现:高原西部辐射平衡各分量的变化不仅有季节之间和年际的差异,高原西部的不同地区之间的变化也有较大的差异:(1)总辐射在春夏两季相差很小,改则春季(3~5月平均)日变化的极大值甚至比夏季(6~8月平均)还大;(2)地表反照率的年际变化及两地之间的差异均可能较大;(3)大气逆辐射日变化、年变化特征与其他辐射分量明显不同,其日变化、年变化的位相均晚于其他分量;(4)两地之间地面辐射平衡的年变化似乎有一个位相差,改则的月平均最大值和最小值均较狮泉河晚了约1个月,因此从冬季到夏季的大部分时间里,改则的地面辐射平衡是小于狮泉河的,而在从夏季到冬季的大部分时间里,改则是大于狮泉河的。     

青藏高原上对流层水汽“典型异常年”成因分析

青藏高原(下称高原)上对流层水汽变化在对流层—平流层水汽交换中起着重要作用,利用AIRS卫星数据、NOAA全球海温数据、NCEP/NCAR再分析资料和国家气候中心NCC提供的74项环流特征量资料,从海气耦合角度对2003-2011年高原上对流层水汽典型异常偏多年的成因进行了分析。结果表明,ENSO事件对于高原上对流层水汽的多少具有一定的指示作用:在厄尔尼诺(拉尼娜)事件开始的次年夏季,高原上对流层水汽偏多(偏少);受海温异常强迫的大气环流异常是造成2010年高原上对流层水汽异常偏多的直接原因。2010年夏季高原上对流层位势高度偏高、东亚地区阻塞形势发展、西太平洋副热带高压加强西伸的异常环流型有利于西太平洋和南海水汽持续向高原地区输送,而高原上空异常反气旋环流的存在以及冷暖气流的交汇使水汽垂直向上输送加强,共同导致了2010年高原上对流层水汽异常偏多。