青藏高原地面热力异常对夏季江淮流域持续暴雨形成作用的数值试验

本文采用OSU-AGCM大气环流模式，对青藏高原下垫面热力异常与夏季江淮流域暴雨形成的关系进行了数值试验。模拟结果表明，青藏高原下垫面热力状况的异常对东亚环流形势及云量分布异常的影响是形成1991年夏季江淮流域持续性降水的重要原因之一。青藏高原异常热力强迫还可以引起大范围云量的异常分布和云量异常区类似于二维Rossby波列没大圆路径传播的特征。     

高层大气三维热力结构异常及其遥相关特征对江淮流域旱涝的影响

文中分析了江淮流域旱涝过程与南北半球经向波列遥相关特征,结果表明,前期赤道地区高层大气的三维热力结构异常与中国江淮流域夏季旱涝异常存在显著相关。进一步研究发现,江淮流域夏季旱、涝年与前期春季低纬高层大气热力结构呈显著的反位相特征,且两者垂直方向均呈跨越南北半球经向波列结构特征,该波列扰动源可追溯到南极冰盖强信号因子。采用EP通量诊断分析可进一步揭示出与江淮流域旱涝过程相关的经向波列传播及高层大气波射线折射特征。     

Rossby波列传播效应在梅汛期强降雨中期预报中的应用研究

根据1981-2010年30年梅汛期(6-7月)46个代表站的逐日实测降雨量和NCEP再分析资料,统计归纳出强降雨天气气候特征;通过对大量历史个例的总结,对影响江淮流域强降雨的500hPa主要环流特征和影响系统、850hPa风场等分布特征进行了综合分析,提出了强降雨的概念模型和中期预报着眼点。针对近30年来出现的10次长持续性强降雨天气过程,进行了Rossby波的下游效应分析,得出Rossby波列自西向东明显传播将有利于江淮流域出现持续性强降雨天气过程。Rossby波能量的下游效应可为中期预报提供新的思路。     

江淮流域夏季持续性强降水的低频特征分析

利用1979-2009年夏季(6-8月)中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR的再分析资料以及向外长波辐射资料等,选取低频降水事件来表征江淮流域夏季持续性强降水,然后分析其基本特征及伴随的低频大气环流形势,利用位相合成的方法对该低频信号的来源和传播特征进行研究.结果表明:江淮流域夏季持续性强降水在6-7月份发生次数较多;在持续性强降水期间,江淮流域低层受低频气旋控制,南海至菲律宾海一带则是很强的低频反气旋,该低频反气旋西侧,向北的低频水汽输送将水汽不断送至江淮流域形成辐合;与持续性强降水相关联的850 hPa上的低频信号,来源于黄河河套地区低频振荡的东南向传播和西北太平洋上空低频振荡的西北向传播;在高层,当持续性强降水发生时,江淮流域的西北侧(37.5°N,80 ～100°E)附近为强烈的低频气旋式环流,紧邻该环流的西北侧,则是一个低频反气旋,两者同南海—菲律宾海一带的低频反气旋构成了一个西北—东南向的低频波列;西太平洋副热带高压和南亚高压在持续性强降水期间表现出了显著的相向而行、相背而去的特征.     

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。     

最敏感扰动的演变与夏季乌拉尔地区的持续性异常环流

通过数值实验对初始扰动不稳定发展建立异常环流型的过程进行了分析。选择了东亚夏季风异常的１９９１年和１９８５年两个典型年份的平均环流作为基流,以共轭敏感性分析得到的最敏感扰动作为初始扰动,分析其在不同的环流背景下的发展情况。结果说明,１９９１年欧亚地区的基流不稳定性较强,且初始扰动结构有利扰动发展,因而通过能量频散在乌拉尔地区激发扰动并强烈发展,建立起阻塞形势。而１９８５年的扰动在乌拉尔地区形成正涡度距平,不利于阻高的建立。从而导致１９９１年和１９８５年夏季乌拉尔地区几乎相反的异常环流。一系列对比实验说明,异常环流型的建立,不仅依靠能量的频散,更依靠扰动通过正压不稳定过程从基流吸收能量而发展。它既有赖于基流自身的不稳定,又取决于初始扰动的结构以及相对于基流的位置。基流选择了具有特定结构的初始扰动型,只要在有利位置上给予扰动,就能够激发出扰动波列,建立强的持续异常环流型。不论初始波列的位相在一定范围内如何改变,扰动总是倾向于在基流的特定不稳定区域发展。     

低纬环流系统对江淮梅雨暴雨影响的数值模拟

利用有限区域细网格模式与Ｔ４２Ｌ９谱模式进行三维嵌套，对１９９１年７月１０－１１日０８时江淮梅雨暴雨过程作了数值模拟，探讨了低纬环流系统和由其形成的水汽输送通道对江淮梅雨的影响。结果表明：孟加拉湾水汽源地及其西南季风水汽输送通道的贡献大于南海水汽源地及其东南季风水汽输送通道；两个水汽源同时存在，对江淮梅雨暴雨引起非线性叠加增强；台风环流和季风低压环流强度的变化对江淮梅雨暴雨有重要作用。     

江淮流域一次特大暴雨的数值模拟以及动力分析

以周晓平研制的有限区域细网格数值模式为基础，编制成一个套网格模式，并对１９９１年７月２￣３日发生在江淮流域的特大暴雨过程，进行了数值模拟和动力分析。结果表明：低空急流加强，输送了大量暖湿空气并激发强烈的上升运动是造成该区暴雨的主要原因；在该过程中，热成风平衡遭到破坏，其非热成风平衡部分伴随相应的二级环流，也有利于垂直运动的产生。     

重庆一次暴雨过程的数值模拟与初值分析

针对2017年5月2—3日重庆地区发生的一次区域性暴雨过程,利用重庆市气象局天资高分辨率预报系统对本次过程进行了数值模拟。分析结果表明,该系统能够较好地模拟出本次区域暴雨过程的大尺度环流形势和降水的落区、强度。使用GDAS和ERA资料分别作为模式的初始场,对比分析二者的模拟结果,可以看出不同的初始资料对这场暴雨的预报结果存在较为显著的影响;对总能量偏差进行功率谱分析得出,对这次暴雨过程而言,整个积分时间内两种初始资料模拟结果的总扰动能量偏差在较大尺度上增长缓慢,而在较小尺度上增长速度很快,且累积降水量的功率谱分析表明最初的主要降水尺度出现在700 km左右,随着积分时间的增长,主要降水尺度向大尺度方向转移。     

RegCM3模式对江淮流域梅雨期降水和环流形势的模拟性能检验

利用区域气候模式RegCM3对江淮流域梅雨期的降水和大气环流进行10 a的数值模拟,通过与再分析和观测资料的对比,评估RegCM3对江淮流域梅雨期降水和大气环流特征的模拟能力。数值模拟结果的分析表明,RegCM3能够较好地模拟出江淮流域梅雨期大气高低空环流的基本配置、相应的强湿度梯度和弱温度梯度等基本特征以及江淮流域上空的假相当位温湿舌和其北侧的强梯度带,从而较为合理地再现了梅雨期雨带的位置。与此同时,模拟结果的不足主要表现在模拟的梅雨锋强度偏弱,对流不稳定能量释放位置偏南,江淮流域降水偏少,华南地区降水偏多。     

江南地区持续性暴雨过程的月内环流异常和形成机制分析

利用1951—2009年NCAR/NCEP再分析资料,使用多种统计分析方法识别出对江南地区持续性暴雨过程发生、发展有重要影响的月内环流异常特征,并结合天气分析方法对其影响机制进行初步分析。结果表明,过程发生前3—1周,环流异常特征在中纬度的欧亚地区、北太平洋和南半球印度洋集中分布,其中欧亚和南半球环流异常特征反映的是沿高空急流东传的Rossby波列。正是上述环流异常特征传播和生消所对应的环流异常调整,使得副热带高压（副高）、阻塞高压、梅雨槽等关键环流系统分阶段逐步发展到位,形成有利于过程发生的大尺度环流背景“锁相”特征。      

Correlation analysis of persistent heavy rainfall events in the vicinity of the Yangtze River valley and global outgoing longwave radiation in the preceding month

Based on the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) daily satellite dataset of global outgoing longwave radiation (OLR) for the period of 1974--2004 and the NCEP-NCAR reanalysis for 1971--2004, the linkage between persistent heavy rainfall (PHR) events in the vicinity of the Yangtze River valley and global OLR leading up to those events (with 1- to 30-day lag) was investigated. The results reveal that there is a significant connection between the initiation of PHR events over the study area and anomalous convective activity over the tropical Indian Ocean, maritime continent, and tropical western Pacific Ocean. During the 30-day period prior to the onset of PHR events, the major significantly anomalous convective centers have an apparent dipole structure, always with enhanced convection in the west and suppressed convection in the east. This dipole structure continuously shifts eastward with time during the 30-day lead period. The influence of the anomalous convective activity over the tropical oceans on the initiation of PHR events over the study area is achieved via an interaction between tropical and extratropical latitudes. More specifically, anomalous convective activity weakens the Walker circulation cell over the tropical Indian Ocean first. This is followed by a weakening of the Indian summer monsoon background state and the excitation and dispersion of Rossby wave activity over Eurasia. Finally, a major modulation of the large scale background circulation occurs. As a result, the condition of a phase-lock among major large scale circulation features favoring PHR events is established over the study area.     

Wave-Breaking Features of Blocking over Central Siberia and Its Impacts on the Precipitation Trend over Southeastern Lake Baikal

Precipitation over southeastern Lake Baikal features a significant decreasing trend in July and August over 1979–2018 and is closely related to blocking occurrence over central Siberia(45°–70°N,75°–115°E).This study investigates the formation and maintenance of anticyclonic and cyclonic wave-breaking(AWB and CWB)blocking events and their climate impacts on precipitation in the southeastern Lake Baikal area.Both AWB and CWB blocking events are characterized by a cold trough deepening from the sub-Arctic region and a ridge amplifying toward its north over central Siberia,as well as an evident Rossby wave train over midlatitude Eurasia.For AWB blocking events,the ridge and trough pair tilts clockwise and the wave train exhibits a zonal distribution.In contrast,ridge and trough pair associated with CWB blocking events leans anticlockwise with larger-scale,meridional,and more anisotropic signatures.Moreover,the incoming Rossby wave energy associated with CWB blocking events is more evident than for AWB blocking events.Therefore,CWB blocking events are more persistent.AWB blocking events produce more extensive and persistent precipitation over the southeastern Lake Baikal area than CWB blocking events,in which moderate above-normal rainfall is seen in the decaying periods of blockings.A significant decreasing trend is found in terms of AWB blocking occurrence over central Siberia,which may contribute to the downward trend of precipitation over southeastern Lake Baikal.     

夏季欧亚中高纬环流持续异常事件的Rossby波传播特征

利用西风波导结构以及波作用通量, 探讨了夏季欧亚一类中高纬持续异常环流所对应的Rossby波的能量频散特征。中高纬度对流层上层存在结构较为复杂的弱波导, Rossby波能量频散过程基本上与该弱波导结构一致。Rossby波传播特征在不同时期以及两种环流型 （E型和C型) 之间存在显著差异: (1) 在梅雨前期, 与E型环流对应, Rossby波从南欧气旋式异常环流中心传播到乌拉尔山正高度异常中心, 并且波作用通量在乌拉尔山西侧辐合, 形成该地区正高度异常环流。乌拉尔山持续异常中心东侧重新激发出Rossby波, 并传播至贝加尔湖和鄂霍次克海地区, 维持对应的异常环流。与C型异常环流对应, Rossby波活动非常活跃。该型三个活动中心呈现高纬－中纬－高纬的分布特征, 这与波导结构密切相关。 (2) 在梅雨期, Rossby波的传播对两类持续异常环流的作用更加明显, 其传播路径基本上在处于极区和偏向中纬度一侧的两个“波障碍区”之间的带状西风波导区中。Rossby波从乌拉尔山活动中心向东传播, 最终形成贝加尔湖和鄂霍次克海地区的持续异常环流。在C型维持过程中则还存在另一种强迫因子。在C型中, Rossby波从乌拉尔山活动中心向中纬度传播, 并在亚洲急流中向东传播至东亚地区。 (3) 在后汛期, 在欧亚大陆上纬向“波障碍区”的增加使得Rossby波活动减弱。E型异常环流型的鄂霍次克海活动中心向东扩展到北太平洋, 但来自上游的Rossby波传播只作用于该活动中心的西北侧部分。C型中Rossby波的传播在乌拉尔山活动中心地区变弱。在夏季各个时期, E和C型持续异常环流对应着不同位相的EAP (或PJ) 型, 但并没有Rossby波从中纬度向北传播至鄂霍次克海地区的现象。     

Idealized Numerical Simulations of Tropical Cyclone Formation Associated with Monsoon Gyres简

Monsoon gyres have been identified as one of the important large-scale circulation patterns associated with tropical cyclone （TC） formation in the western North Pacific.A recent observational analysis indicated that most TCs form near the center of monsoon gyres or at the northeast end of the enhanced low-level southwesterly flows on the southeast-east periphery of monsoon gyres.In the present reported study,idealized numerical experiments were conducted to examine the tropical cyclogenesis associated with Rossby wave energy dispersion with an initial idealized monsoon gyre.The numerical simulations showed that the development of the low-level enhanced southwesterly flows on the southeasteast periphery of monsoon gyres can be induced by Rossby wave energy dispersion.Mesoscale convective systems emerged from the northeast end of the enhanced southwesterly flows with mid-level maximum relative vorticity.The simulated TC formed in the northeast of the monsoon gyre and moved westward towards the center of the monsoon gyre.The numerical experiment with a relatively smaller sized initial monsoon gyre showed the TC forming near the center of the initial monsoon gyre.The results of the present study suggest that Rossby wave energy dispersion can play an important role in TC formation in the presence of monsoon gyres.     

热带大西洋海温异常季节内演变对中国江南地区夏季持续性高温事件影响的初步研究

中国江南地区是高温热浪灾害的高影响区。以往的一些研究发现了不同海域海温异常在年际或年代际尺度上的变化对中国南方夏季平均温度异常的影响效应。但是,关于这些关键海域海温季节内尺度变化对江南地区高温事件发生和维持影响的研究尚不多见。为此,本文利用中国站点观测、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析以及美国国家海洋大气管理局（NOAA）海温等资料,首先以2016年江南地区夏季2次高温事件为例（分别发生在7月21日至31日和8月15日至25日）,重点探讨了热带大西洋海温季节内变化的可能贡献。在此基础上,基于1981～2016年多高温事件合成结果,进一步分析了热带大西洋海温季节内变化影响江南高温事件的可能链接过程。研究发现,热带西大西洋暖海温异常在季节内尺度上的发展与维持有利于在欧亚大陆激发出较为稳定的Rossby波列结构,使东亚及其沿海地区为深厚的高压系统控制,进而引发江南地区持续性高温事件。这种热带大西洋暖海温的阶段性增强与维持及其相应的稳定Rossby波列结构超前于持续性高温事件:在热带大西洋海温显著升高1个月之内,江南地区可能出现持续性高温事件。在季节内尺度上,热带大西洋显著暖海温异常出现明显的阶段性增强之后10天左右,北印度洋暖海温也出现了阶段性增强。这暗示热带大西洋热力异常除通过直接激发欧亚大陆Rossby波列之外,还有可能通过影响热带印度洋海温的阶段性异常,进而对江南地区高温事件的发生和维持产生一定影响。另外,在厄尔尼诺衰减并向拉尼娜转变阶段,热带中东太平洋冷海温异常和北印度洋暖海温异常在季节内的协同阶段性变化可能也对持续性高温事件有贡献。上述关键区海温的季节内变化对中国江南地区高温事件具有一定的前期指示意义,但它们的具体影响过程,特别是在季节内尺度上的协同影响效应和物理过程,尚需未来进一步研究。     

欧洲东部土壤湿度对东北亚初夏气温异常转折的影响及其可能物理过程

采用1979—2020年观测和再分析资料,研究了年际时间尺度上初夏(5—6月)东北亚气温异常月际转折的基本特征,以及欧洲东部土壤湿度异常对其的影响及可能物理过程。结果表明,年际时间尺度上东北亚初夏气温异常月际演变的主导模态为转折模态,即5月偏暖(冷)则6月偏冷(暖);转折模态的形成直接源于东北亚地区环流异常的转折。进一步分析发现,5月欧洲东部土壤湿度偏低往往导致东北亚5月偏暖而6月偏冷,可能的物理过程如下:5月土壤湿度偏低导致局地土壤温度和对流层低层增温,进而造成地中海地区(欧洲北部)对流层低层经向温度梯度和大气斜压性减弱(增强),相应地高频瞬变波活动减弱(增强),并通过瞬变涡度强迫有利于欧洲中东部形成异常高压和Rossby波波源;相关的Rossby波沿极锋急流东传,导致东北亚为准正压的异常高压,地表升温。土壤湿度异常可持续到6月,但强度减弱;类似地,其可通过瞬变涡度强迫有利于异常高压和Rossby波波源的形成,但中心西移至欧洲西部;相关Rossby波活动导致东北亚为准正压的异常低压,地表降温。5月和6月欧洲东部土壤湿度异常相关的 Rossby波的活动特征(波源、活动中心和传播路径)存在明显差异,这与两个月欧亚北部大气平均态的差异密切相关。当5月欧洲东部土壤湿度偏高时,上述物理过程则大致相反。     

GRAPES_GEPS模式对2018年冬季欧亚地区500 hPa高压脊形势的预报效果评估

基于1979～2017年（共39年）NCEP/NCAR第一套再分析数据首先对欧亚大陆500 hPa持续性高值[Persistent open ridges and blocking high (maxima) of 500 hPa geopotential height, PMZ]事件的气候分布特征进行了统计分析,发现欧亚地区冬季PMZ事件主要发生在乌拉尔山地区,该地区的PMZ事件生命史以2～3 d为主,移动距离小于1000 km。通过对2018年冬季发生在鄂霍茨克海地区的阻塞形势检验得出,GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）和ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）确定性模式在中短期时效对偏强阻塞形势有较好的预报能力,且ECMWF模式预报性能优于GRAPES模式,而对弱阻塞形势预报两家模式均不理想。随后针对 GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)和ECMWF集合预报对2018年冬季欧亚地区PMZ事件的预报能力开展细致评估,结果表明GRAPES-GEPS控制预报在中期时效预报效果相对短期时效明显偏差,集合预报伴随预报时效临近更多的集合成员可预报出与零场接近的PMZ事件。ECMWF在短期时效预报效果明显由于GRAPES-GEPS,但随着预报时效延长,预报效果显著降低。对于2018年12月25～31日的PMZ事件,GRAPES_GEPS各集合成员在延伸期时效给出预报信息,随预报时效临近,集合成员预报成功率明显增加,但与零场相比PMZ事件维持时间较零场偏短、高压脊强度较零场偏弱。本文给出了中期延伸期时效GRAPES_GEPS对PMZ事件的冬季预报能力,以期未来能为中期延伸期阻塞形势预报提供参考。     

欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响

利用大气环流模式IAP9L_CoLM,通过两组集合后报试验,考察了欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响。一组试验为常规后报试验,积雪是由模式陆面过程预报得到的,另一组试验为积雪试验,模式积分过程中欧亚大陆雪水当量由微波遥感积雪资料替代,一天替换一次。通过分析两组试验后报结果的差异,来考察欧亚大陆积雪对我国春季（3~5月）气候可预报性的影响。分析表明:欧亚大陆积雪模拟水平的改善能提高春季欧亚大陆中高纬环流场（海平面气压场和中、高层位势高度场）的可预报性,模式对我国春季气温异常的年际变化和空间分布的可预报能力也有显著增强。对我国春季降水,虽然预报技巧较低,但引入较真实的欧亚积雪作用后,由于中高纬环流场预报技巧的改进导致降水的预测能力也有所改进。个例分析也表明,欧亚中高纬春季积雪异常模拟水平的改善导致了欧亚中高纬贝加尔湖及以南区域环流场可预报性的提高,最终使中国东部区域春季气候异常模拟技巧得以改善。以上结果也证实,欧亚大陆积雪是影响东亚区域春季气候的一个重要因子,要提高模式对中国春季气候的预报技巧,积雪模拟水平的改进是非常必要的。