和田地区夏季一次大降水过程分析

2005年8月5～7日和田地区出现了一次大降水过程,本文着重分析了此次天气过程高空、地面环流形势、欧洲数值预报以及物理量场、比湿、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度、散度变化情况等.     

东亚夏季风期间水汽输送与西北干旱的关系

利用西北(区)168个测站1961—2000年6～9月月平均降水与温度资料,采用EOF、REOF方法分析了近40年降水异常特征,同时利用同期NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了强(弱)夏季风年西北区水汽通量场的特征及夏季风西北影响区的净水汽通量。结果表明:西北区6～9月降水可分为7个气候异常区;东亚夏季风对我国降水的影响主要位于100°E以东的地区;东亚夏季风西北影响区降水的水汽来源于南风水汽通量;强夏季风年,到达东亚夏季风西北影响区的水汽通量显著增加,该区降水偏多,弱夏季风年则反之。     

秋季水汽输送特征及其与云南降水的关系

利用云南122个测站1961-2008年秋季(9-11月)降水量和同期NOAA提供的月平均再分析资料,分析了秋季各月降水与水汽通量、水汽通量散度的分布,以及环流异常对降水的影响。结果表明:11月降水场与水汽通量场和水汽通量散度场耦合程度最高,10月次之,9月最小。在降水的空间分布型上,云南秋季降水与水汽通量输送、水汽通量散度的相关基本为一致的正相关;秋季降水量场与水汽通量场的时间变化趋势一致,水汽输送通量、水汽通量散度的变化直接影响降水的变化。云南秋季降水的多少主要是环流异常引起,当云南9月降水正异常时孟加拉湾季风偏强,副热带高压偏弱偏东,冷空气活跃,反之则出现负异常;当10月降水正异常时南支槽和西南季风活跃,影响云南的偏南暖湿气流强盛,反之则降水偏少;当11月南支槽和影响云南的冷空气活跃,云南降水偏多,反之则出现负异常。在水汽净收支方面,9月纬向的净收入最大,而10月纬向的净收入减弱,11月在西风带的控制之下,纬向净收支非常小。而经向上的水汽收支在9-11月有从支出到流入的转换。从云南正负异常年整层和低层水汽净收支看,除11月负异常年为水汽源外,其他都为水汽汇。用ERA-Interim再分析资料与20CR再分析资料计算的水汽误差较小,并且正负异常年水汽净收支变化一致。     

用GPS可降水量资料对一次大-暴雨过程的分析

利用2002年9月10～20日GPS的可降水量资料与实况降水场做了分析比较,结果表明,每30分钟的可降水量连续观测资料对实际降水预报有着一定的指导意义.首先,可降水量第一次达到及最后一次出现50mm的时间与实际降水的开始、结束时间有着较好的对应关系,而可降水量≥50mm的持续时间越长,实际降水量也就越大,反之则相反;其次,可降水量的3小时及24小时变化对预报未来降水区域和雨量分布有着一定的指示作用;最后,可降水量在降水过程中不同阶段的趋势变化反映了500hPa流场、700hPa水汽通量场的变化,这为实际降水预报中水汽的来源及输送提供了更有利的依据.     

青海一次强降水过程的物理量预报应用试验

针对强降水业务预报工作的实际需求,利用常规观测站和区域自动站逐小时降水资料及欧洲中心(ECMWF)细网格数值预报产品,采用水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度对2017年7月26—27日发生在青海省的强降水天气过程进行预报应用分析。结果表明:水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度与降水的发生发展和强降水中心有较好的对应关系;500 h Pa正水平螺旋度强度对降水强度的变化有一定的指示性,负水平螺旋度强度偏强时可以很好地指示强降水中心位置;水汽通量大值区内水汽辐合强度越强,降水强度也越强。     

地面热力和动力场与对流降水的关系

本文利用CCOPE实验中的地面雷达资料和中尺度观测网资料,对6个对流降水过程的地面热力和动力场的分布和演变作了分析,並与非降水日作了比较。分析表明,对流风暴的形成以合适配置的地面热力和动力场为条件,风暴的发展、降水的出现又反过来影响地面场。面积积分的地面水汽通量辐合与地面降水强度存在密切的关系。降水出现前,地面水汽通量辐合迅速增加。面积降水强度最大值落后于最大水汽通量辐合18—91分钟。面积降水的强弱与水汽通量辐合的大小、增长时段以及降水与水汽通量辐合之间的位相差有关。文中还对分析、计算中的有关误差问题作了简略讨论。     

用GPS可降水量资料对一次大一暴雨过程的分析

利用2002年9月10～20日GPS的可降水量资料与实况降水场做了分析比较，结果表明，每30分钟的可降水量连续观测资料对实际降水预报有着一定的指导意义。首先，可降水量第一次达到及最后一次出现50mm的时间与实际降水的开始、结束时间有着较好的对应关系，而可降水量≥50mm的持续时间越长，实际降水量也就越大，反之则相反；其次，可降水量的3小时及24小时变化对预报未来降水区域和雨量分布有着一定的指示作用；最后，可降水量在降水过程中不同阶段的趋势变化反映了500hPa流场、700hPa水汽通量场的变化，这为实际降水预报中水汽的来源及输送提供了更有利的依据。     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水.文中首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验,研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献.结果表明,在副热带高压控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动.低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层.同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大.热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合.定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小.     

一次暴雨过程预报的多模式NWP产品与物理参数的综合分析应用

对照常规天气图实况资料,检验几种常用NWP产品对2008年7月5日山东一次强降水过程的形势场预报和降水预报,并对其物理量场进行诊断分析.结果表明,暴雨落区与诸多物理量场的配置紧密相关;暴雨区出现在低层水汽辐合中心移动路径上,位于与水汽通量散度强辐合中心和强上升运动中心接近处;暴雨区移动方向与水汽通量大值中心、△θse(500-850)负值中心长轴方向一致,水汽通量散度低层辐合、高层辐散两者均满足时有利于强降水发生;200 hPa高空辐散的抽吸作用远比仅有低层辐合更有利于上升运动发展;地面强降水区出现在200 hPa强辐散中心所在处.     

近45a华南夏季降水时空演变特征

利用华南区域65个气象站点1960～2004年的观测数据,采用经验正交函数分解法(EOF)分析了华南夏季降水的时空变化.结果表明:华南中部和西北部是华南夏季降水的两个主要气候变异中心区,华南中部夏季降水具有年代际变化为主的特征,华南西北部夏季降水则具有年际变化为主的特征.华南中部夏季降水的强弱异常变化,与华南上空水汽输送异常而导致该地区垂直积分水汽通量辐合异常密切相关.即华南中部夏季降水强年,该区域上空为明显的水汽通量距平辐合,降水弱年则为水汽通量距平辐散或弱的水汽通量距平辐合.为华南区域夏季降水的气候预测提供一定的参考依据.     

“07.08”陕西关中短历时强暴雨水汽条件分析

利用T213资料和地面逐时加密观测资料,对2007年8月8-9日陕西关中短历时强暴雨过程的水汽条件进行了详细的分析。结果表明,关中短历时强暴雨水汽来源于关中周围的高湿区,暴雨期间暴雨区上空水汽浅薄,地面至低层风向快速变化使暴雨区地面到低空湿度经历了减小—突然增加—快速减小的过程,水汽的聚集是通过偏东气流输送实现的,东西向水汽辐合是暴雨区水汽辐合的主要贡献者,北边界水汽的输入、输出和东边界水汽输入的突然增大、减小对暴雨的发生、发展及其结束有一定的指示意义;暴雨中心位于水汽通量大值中心及其下风向的水汽通量辐合中心之间;暴雨区可降水量的大小主要取决于水平水汽通量辐合的大小,水平水汽通量辐合的大小关键在于水平风场形成的辐合大小,而强降水的发生、加强、减弱及消亡与水汽的局地变化和水汽平流的变化关系更加紧密;近地层充足的水汽供应和水汽垂直输送形成的反环流圈使暴雨区水汽、能量迅速增加和抬升,建立了不稳定大气并触发能量释放,强降水开始;反之,形成暴雨的水汽条件不复存在,强降水结束。     

2003年渭河流域5次致洪暴雨过程的水汽场诊断分析

利用实况高空探测和地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料, 从水汽输送、水汽收支以及水汽含量等方面着手, 对2003年发生在渭河流域的5次致洪暴雨过程进行了对比分析, 结果表明:强降水发生时, 降水区700 hPa上的比湿值均不低于7 g/kg; 在垂直结构上, 强降水地区低层水汽含量在降水前6~12 h出现峰值, 强降水出现在高层比湿的峰值附近; 致洪暴雨过程的水汽通道与西太平洋副热带高压的位置有着明显的相关性; 渭河流域南边界是水汽的主要输入方, 主要的水汽输送层在850~700 hPa, 西边界是水汽的主要输出方。     

Nudging方法对中国西北强降水过程的模拟试验研究

通过在WRF(Weather Research and Forecasting)模式中运用松弛逼近方法(Nudging)同化NCEP-FNL资料,对中国西北地区夏季3次对流降水过程进行了模拟试验,检验了模式运用谱逼近(Spectral Nudging,SN)和格点逼近(Grid Nudging,GN)方案后对研究区域内降水过程的模拟性能。结果表明:SN和GN试验相对于控制试验,模拟的降水结果更接近于站点观测。在降水落区和量级的模拟效果上都有显著提高,且SN试验所得结果优于GN试验。通过分析两个同化试验在降水时段的基本要素场(湿度、温度和风速)变化,在近地面层,GN试验模拟的风速和温度较SN试验更接近观测;但700 hPa上,SN试验中风速、风向、温度、湿度的增量场变化及分布同降水的模拟结果存在较好的对应关系。最后,从物理诊断量—水汽通量散度的空间垂直变化来看,SN试验中600 hPa和700 hPa的水汽通量散度的正负分布有效调节降水的空间分布,更逼近观测。因此700 hPa的物理量场变量增量是降水模拟效果改善的主要原因之一。     

全球变暖趋缓背景下辽宁夏季降水变化及水汽输送特征

利用中国气象数据网提供的中国地面气候资料日值数据集（V3.0）中的降水数据以及ERA-Interim逐月再分析资料对全球变暖趋缓背景下（1998年后）辽宁夏季降水变化特征及水汽输送对其的影响进行研究。结果表明：全球增暖减缓背景下,辽宁夏季降水量存在一定的增加趋势,但趋势较弱,其中辽宁南部降水的增加趋势较其他地区显著,对辽宁整体降水变化的贡献程度相对较高。辽宁南北边界的夏季水汽通量与降水量呈现高度的正相关性。其中,南边界的相关性程度最显著。辽宁上空纬向水汽净输入量对降水的贡献较小,经向水汽通量对于降水的贡献较纬向高且其高值区主要位于辽宁东部及南部地区的对流层低层,对当地降水存在影响。辽宁南部对流层整层的经向水汽通量与辽宁降水量存在显著正相关,通过分析大气环流背景场的变化对辽宁经向水汽输送的影响分析,西太平洋副热带高压脊线的逐渐北移是造成辽宁经向水汽通量增加的重要因素,从而直接影响辽宁降水量的变化趋势,导致辽宁夏季降水在全球变暖减缓背景下存在一定的增加趋势。     

影响伊犁河谷地区冬季降水的主要气象要素 及其与降水率的统计关系

基于2014—2018年逐时降水资料和再分析资料分析了影响伊犁河谷地区冬季降水的主要气象要素及其与降水率的统计关系。结果表明,水汽通量是影响伊犁河谷冬季降水的最主要因素,其与降水率呈正相关;上游风速、水汽通量、弗劳德数和大气可降水量都会对该地区降水产生影响,这四个参数可以通过依赖于水汽通量的多元回归较好地拟合出降水率;静力稳定度与该地区降水没有明显统计关系,但较强的降水更多出现在稳定度较弱的天气;利用T模态斜交主成分分析法将伊犁河谷天气系统分为九类,在有降水时,出现频率较高的天气类型的主要特征是水汽通量大,但不同天气类型下降水空间分布存在区别。当河谷上游气压较低,水汽通量较大时,河谷内降水分布较为均匀;若河谷上游风速较大,但水汽条件略差时,降水强度向河谷内部逐渐增加。     

西藏地区GPS水汽资料与降水量之间的对比分析

利用2008年7月份西藏地区地基GPS遥感大气水汽总量的观测资料,研究了大气水汽总量与日平均温度、相对湿度和降水量的关系。研究结果表明:1海拔高度对站点上空水汽总量的影响比较明显,一般情况下海拔越高水汽总量越低;其次高原上某地的降水转化率高低与该地所处的长期天气背景有关2.水汽总量值与实际降水量的大小之间并不是一种简单的正比关系,水汽梯度值和水汽源源不断地输送对降水量的大小有重要影响。3.日平均温度和GPS大气可降水量跟相对湿度之间呈反相关;降水往往出现在高温高湿后面,这种现象可以用湿旋转效应解释;最低温度跟GPS大气可降水量之间有良好的正相关。      

两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水低频特征及低频水汽输送途径差异

利用1961年1月—2014年12月Hadley气候预测研究中心的全球海表温度(SST)资料,NECP/NCAR逐日风场、比湿等再分析资料,国家气象信息中心提供的中国753站逐日降水、160站逐月降水资料,对比分析了东部(EP)型和中部(CP)型两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水(简记为EP型和CP型降水)低频特征,以及与之相关的低频水汽输送差异。结果表明,1)平均而言,EP型降水主要有10～20 d(最显著)以及20～30 d(次显著)低频周期;CP型降水主要有10～20 d的低频显著周期。与之相关的纬、经向水汽通量最显著低频周期也为10～20 d。2)影响EP、CP型低频降水共同的低频水汽环流系统主要有:菲律宾群岛附近的异常反气旋式水汽环流和渤海湾附近(日本东南侧)的异常气旋式(反气旋式)水汽环流。另外,影响EP(CP)型低频降水的还有来自巴尔喀什湖东北部异常气旋式水汽环流(孟加拉湾、苏门答腊岛以西的异常气旋式水汽环流对和贝加尔湖西、东两侧的异常气旋式、反气旋式环流)。3)EP型降水暖湿水汽主要源自南海,冷湿水汽主要源自西北太平洋,冷空气来自巴尔喀什湖东北部和贝加尔湖西北侧。CP型降水暖湿水汽少量来自阿拉伯海和印度洋,大量来自热带西太平洋,冷空气主要来自贝加尔湖西北侧。     

近30年六盘山东与西坡降水及空中水汽条件差异特征分析

利用1989—2018年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-Interim高时空分辨率(0.125°×0.125°)再分析资料以及气象站降水观测资料,对六盘山区近30年东坡与西坡降水及空中水汽条件差异特征进行诊断分析。结果表明:①近30年六盘山区大气可降水量、700hPa比湿、水汽通量与降水量空间分布特征较为一致,呈东高西低、南大北小的特征。②六盘山区的水汽主要来源于低层孟加拉湾、南海及印度洋暖湿气流的水汽输送。③六盘山区的水汽输送特征表现为700hPa和750hPa以西南风水汽输送为主导,750hPa以下六盘山东侧为东南风迎风坡,受地形强迫的影响,东南暖湿气流在东坡抬升。④六盘山系东坡存在高层辐散、低层辐合或弱辐散的动力场配置,加之地形、东亚季风与天气系统之间相互作用的共同影响,造成六盘山区降水及空中水汽条件呈东高西低的分布特征。初步的研究结果可揭示区域空中水汽条件的分布特征,为该地云水资源开发提供可参考性依据。     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

一次西南涡持续暴雨的GPS大气水汽总量特征

利用成都地区地基GPS遥感的大气水汽总量资料 (GPS-PWV)、NCEP再分析资料、自动站降水量资料和探空站比湿资料,对2010年7月15—18日发生在四川盆地东北部的一次持续性暴雨的水汽变化特征进行综合分析,重点探究这次大暴雨的影响系统 (西南涡) 发生、发展前后GPS-PWV的演变特征及其与降水的关系。结果表明:降水发生时,GPS-PWV通常在短时间内有急剧的上升,并在西南涡形成前达到最大值;西南涡完全形成时,GPS-PWV急升结束;西南涡东移,GPS-PWV继续下降到最低,降水趋于结束。与水汽通量散度相比较,水汽散度垂直通量能更好地描述暴雨过程中的强上升、辐合辐散运动以及水汽输送情况,它与GPS-PWV变化趋势基本一致。因此,GPS-PWV的急升与陡降对大暴雨的形成与减弱有一定指示意义。