太平洋海温场不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征

利用1961—2012年华南逐日降水资料,分析了太平洋海温场两种不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征,并探讨了海洋外强迫信号可能对华南前汛期降水的低频变化周期造成的影响,以期为华南前汛期持续性暴雨过程的延伸期预报提供依据。结果表明:PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)冷位相年,华南前汛期发生典型持续性暴雨过程的概率比PDO暖位相年大,且暴雨强度偏强,持续时间偏长;太平洋海温场两种不同时间尺度背景下,华南典型持续性暴雨过程呈现不同的特征,PDO冷位相配合冬春Nino区海温异常,华南前汛期易出现强度较强、持续时间较长的典型持续性暴雨过程;太平洋海温两种不同时间尺度的外强迫信号可能影响华南前汛期降水的低频变化周期,进而影响华南前汛期持续性暴雨的持续时间和强度。     

华南前汛期低频降水的水汽输送特征

利用华南地区65站气象观测资料和2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析资料,结合NOAA Hysplit v4.9轨迹模式,对1961—2012年华南前汛期(4—6月)低频降水的水汽输送特征进行定量分析。结果表明,华南前汛期低频降水主要表现为30—60 d的季节内振荡(intraseasonal oscillation,ISO)和10—20 d的准双周振荡(quasi-biweekly oscillation,BWO)特征。其主要水汽输送路径分别是西南路径、东南路径以及西北路径;源地分别为印度洋(IO)、南海—西太平洋(SCS—WP)和欧亚大陆(EA)。华南前汛期降水ISO和BWO强年,低频振荡周期显著,振幅较大;弱年周期不显著,振幅较小。来自IO的水汽输送贡献率,ISO降水强年(43.63%)高于ISO降水弱年(38.36%);来自SCS—WP的水汽贡献率,BWO降水强年(52.68%)高于BWO降水弱年(47.12%);来自EA的水汽贡献率年际变化不大。典型年分析发现,降水ISO和BWO两种周期叠加增强的年份,华南地区处于水汽辐合中心;反之,则处于水汽辐散中心。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。     

青藏高原冬季积雪与华南前汛期降水年际变率的联系

利用1979—2018年青藏高原(简称高原,下同)卫星积雪数据集、华南地区261站逐日降水及ERA5再分析资料,探讨了高原冬季积雪与华南前汛期降水的联系。结果表明：1)高原西部积雪与华南前汛期降水的正相关关系最为稳定,其主要影响前汛期的锋面降水,对夏季风降水的影响较小;2)华南前汛期在高原西部积雪偏多年比偏少年偏早20 d,使得前汛期降雨日数偏多,持续时间偏长,总降水量偏多,而降水强度受积雪的影响较小;3)高原积雪偏多年,积雪的冷却作用形成了低层异常反气旋环流,而东亚沿岸为“+-+”的位势高度异常,中纬度“西高东低”的环流配置有利于中高纬冷空气南侵,使得华南上空温度偏低,同时偏强偏南的西太平洋副热带高压加强了低纬地区偏南气流和水汽输送。3—4月锋面在华南北部南北摆动,4月初偏北干冷空气南侵和偏南暖湿气流的持续北推使得锋面加强,触发了前汛期的较早建立;积雪偏少年冷空气和偏南暖湿气流均较弱,华南北部锋面在4月初中断,4月中下旬华南北部锋面在偏北弱冷空气和偏南暖湿气流的共同作用下重新建立,从而华南前汛期开始偏晚。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

副高及其南侧偏东气流输送在福建前汛期降水中的作用

采取相关分析、累积距平等统计方法,分析了西太平洋副高与福建前汛期降水的关系。利用NCEP-NCAR再分析资料及垂直积分的水汽输送通量等资料,对比分析了福建前汛期旱涝年份环流形势及要素场差异。分析结果显示：(1)当副高偏南偏弱时有利于福建前汛期多雨。旱年对副高具有加强作用的西太平洋海温正距平区主要位于日本南面,造成副高偏强偏北。而涝年10-25°N西太平洋海温偏高,造成副高偏南。(2)旱(涝)年华南及福建低层西南暖湿气流输送明显减弱(增强)。不过,福建上空增强的西南水汽输送主要来自副高南侧的偏东气流转向。这一点,在实际的前汛期降水预报中对于孟加拉湾西南暖湿气流的作用将是一个有意义的新认识,值得进一步探讨。     

华南前汛期极端降水年代际异常及其影响因子分析

利用国家气象信息中心提供的华南89个代表站1969~2013年逐日降水资料、NCEP/NCAR850 h Pa月平均再分析风场及NOAA重构延长的逐月海表温度(SST)资料,研究了华南前汛期极端降水年代际异常的时空分布特征,并进一步分析了太平洋海温、850 h Pa风场及华南前汛期极端降水三者之间年代际异常耦合关系。结果表明:(1)1977~1997年左右海表温度为"类El Ni No"型,华南前汛期大部地区极端强降水偏少,1997~2010年左右海表温度转为"类La Ni Na"型,华南前汛期大部地区极端强降水偏多;(2)年代际尺度上,前汛期太平洋海表温度异常呈"类La Ni Na"型时,整个中高纬北太平洋存在一个强大的反气旋性环流异常,其西端的偏南气流有利于南海的暖湿气流向华南地区输送,同时,其南端的偏东气流有利于将中纬度西太平洋上的湿空气输向华南地区,2股水汽在30°N以南附近交汇,极大地增强了华南地区的水汽输送,有利于华南前汛期发生极端强降水,而太平洋海表温度异常呈"类El Ni No"型时,则不利于华南前汛期极端强降水的发生。     

西风和印度季风协同作用对塔里木盆地极端暴雨影响的初步分析

针对2021年6月14—17日塔里木盆地极端暴雨过程(最大日雨量106.6 mm,新疆特大暴雨),选取盆地自动气象站降水资料、GRAPES-GFS分析场和ERA5(0.25°×0.25°、逐1 h)再分析资料,利用WRF-v4.2.2模式数值模拟和HYSPLIT-v4.0水汽后向轨迹模式,分析此次暴雨在“东高西低”环流背景和“两高夹一低”形势下西风和印度季风协同作用机制。水汽源于黑海-里海-咸海、印度洋北部、中亚地区和北疆,偏西、偏南和偏东3条路径水汽输送发生在850～300 hPa、500～400 hPa和650 hPa以下低层。印度季风环流对印度洋水汽向塔里木盆地输送起关键作用,阐明了印度季风携印度洋水汽北上流入盆地的物理过程,“南风窗”水汽输送消失是西风和印度季风协同作用的重要体现。     

登陆华南台风强度的前兆信号分析及预测

自20世纪90年代中期后,登陆华南台风频数减少、强度转弱,这一方面受台风和大尺度环流系统自身的年际和年代际变化共同影响,另一方面,可能受太平洋年代尺度振荡(PDO)调制。进一步选用年际增量法剔除年代际变化得到,若前冬呈现东部型拉尼娜(中部型厄尔尼诺)状态,随后的后汛期120°~130°E越赤道气流偏强(弱),继而是强(弱)辐合带、季风槽偏强偏北(偏弱偏南),有(不)利于台风在华南地区活跃,则对应累计气旋能量指数(ACE)年指数更强(弱),体现了台风、海温、大气环流的年际变化影响。最后,采用基于年际增量法的主成分回归方法对ACE指数进行建模,结果得到近30年回报相关系数高达0.80,2014和2015年的预报效果与实况较为一致。     

热带气旋结构和强度变化研究进展

热带气旋结构和强度变化的物理过程和影响因子十分复杂,其登陆过程中海-陆-气三者之间的复杂作用常使其结构和强度发生突变,给热带气旋预报带来较大困难。近年来外场科学试验及数值模拟等科学方法都取得较大改进,在此基础上对热带气旋结构和强度研究取得了新的进展,如热带气旋强度突变及不同下垫面对热带气旋强度变化的影响等。但对热带气旋非对称结构对其强度的影响及热带气旋内部结构变化与其强度之间的联系等问题的研究仍不全面。本文通过查阅国内外相关研究文献,从环境气流、下垫面及内部结构3个主要方面,总结影响热带气旋结构和强度变化的主要因子,以期为改进热带气旋结构和强度的预报方法提供有意义的理论依据。     

雷电落点概率和强度预报方法初探

雷电灾害被联合国有关部门列为最严重的十种自然灾害之一,中国国家电工委员会称其为“电子时代的一大公害”。江西是雷电灾害较严重的省份,全省年平均雷暴日为82．9d,每年因雷电灾害造成的直接经济损失达5000～8000万元,伤亡近百人。为减轻雷电灾害损失,迫切需要对雷电落点和强度作出预报。为此,文中根据雷电闪击发生的天气、物理成因,结合国内外有关研究现状,综合应用闪电、雷达、卫星以及中尺度模式、对流参数等资料,采用多参数集成方式,研制分县雷电落点概率和强度预报方法。经试报和实报,雷电有无预报的Ts评分为0．61以上,雷电强度预报均通过了α=0．05的χ^2检验。     

郑州地区紫外线辐射强度变化规律分析

由于地球自转和公转的原因,太阳紫外线辐射强度呈现出以一年和一天为周期的规律性变化.一年之内,以夏季最强,冬季最弱;一天之内,中午前后最强,早晚最弱.影响紫外线辐射强度的因子比较多,最主要的是云量、云状和能见度.经分析,紫外线辐射强度随着云量的增加而减小,随着能见度的增大而增强;高云对紫外线辐射强度影响较小,低云影响较大,中云居中.通过研究,确定了它们之间的定量关系.     

1956-2011年黑龙江省龙卷风气候特征

利用富士达—皮尔森强度分类法对1956—2011年黑龙江省229个龙卷风样本进行分类,分析龙卷风事件的时空分布特征,探讨典型龙卷风个例的环流背景及形成机制。结果表明：1956—2011年黑龙江省龙卷风灾害具有明显的时空分布特征,20世纪60—80年代龙卷风活动频繁,90年代龙卷风发生频次最少,2001—2011年龙卷风发生频次略增加。龙卷风主要集中发生在夏季,以7月发生最多,且多出现在午后至傍晚。对龙卷风空间分析发现黑龙江省绥化地区是龙卷风多发区,与该地区的地理位置、气候条件和大气环流特征有关。不稳定的形势场是龙卷风产生的基础,暖湿气流的输送和冷暖空气的强对流运动为龙卷风的产生提供了有利条件。     

热带气旋路径强度预报——SAPC法

SAPC——逐段相似气候持续性热带气旋路径、强度预报方法，既考虑了热带气旋的气候持续性规律，又考虑了与现时热带气旋状态特别相似的历史热带气旋路径、强度变化规律，用不同的相似条件和权重，把气候路径、相似路径和持续性路径作了有机的统一。该方法克服了预报路径的大曲率变化，考虑了随时间、地点变化的热带气旋的气候规律，根据热带气旋的现时状态，即可随时制作路径、强度预报。历史资料和实际应用表明该方法有实用价值。     

西北太平洋热带气旋强度变化的统计特征

应用 35a的资料 ,分析西北太平洋热带气旋 (TC)强度变化的基本统计特征 ,包括年代际、年际、月际、日变化和区域分布等。主要结果有 :(1)西北太平洋TC平均增强速率为 4.97hPa/6h ,标准差是 4.5 4hPa/6h。平均减弱速率为 5 .15hPa/6h ,标准差是 4.17hPa/6h ;(2 ) 2 0世纪 6 0年代中后期TC强度变幅小 ,进入 2 0世纪 70和 80年代后有所增大 ;(3) 11月TC平均增强速度最快 ,2月最慢 ,8月是TC强度变幅较小的月份 ;(4) 0 8时 (北京时 ,下同 )TC平均增强速度最快 ,14时最慢 ,平均减弱速度无明显日变化特征 ;(5 )TC发展较快的一个主要区域是 12 .5～ 2 0°N ,132 .5～ 15 0°E ,TC平均减弱速率的高值区在岛屿和大陆沿岸。在南海中部活动的TC平均强度变幅不大。依据平均值与标准差的数学涵义 ,给出了TC强度稳定、缓慢变化和迅速变化的标准。在对各级强度变化发生频率的年代际、年际、月际、日变化以及区域分布特征分别进行分析的基础上 ,重点给出了在大陆和岛屿附近迅速增强样本和在远离陆地的洋面上迅速减弱样本的一些统计特征。     

重庆主城区紫外线辐射强度变化特征分析

研究重庆主城区紫外线辐射强度的变化规律,为业务预报和客观预报方法的研究提供基础。利用2004年3月—2008年2月的实况观测资料,分析主城区紫外线辐射强度的日、月、季和年变化规律。结果表明：重庆主城区日平均最大辐射量出现在中午13时—14时。7月和8月的辐射强度为全年最强,出现辐射等级四级的概率最大;而1月和12月为全年最弱,没有出现过辐射等级高于三级的样本。季节平均辐射强度夏、春、秋、冬依次减弱。2004年和2006—2007年平均辐射强度相当,2005年较弱。     

台风“风神”路径、强度及引发江西降水诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、T213分析资料和常规观测资料,从水汽条件、热力条件、动力条件等方面,对2008年第6号台风“风神”路径、强度变化的原因,及其对江西的影响进行分析。结果表明,台风路径与副高的强度和位置变化密切相关,台风移动方向与风场结构中强风速的风向一致。台风在海上强度减弱主要与水汽来源不足有关,登陆后还与冷空气侵入暖中心有关。由于强度减弱且西南季风不强,造成水汽来源不足,从而导致“风神”没有给江西造成大范围暴雨天气。其中的局地强降水天气发生在台风环流高能梯度锋区,这主要是由于干侵入引发对流性不稳定造成的。     

甘肃省沙尘暴过程的划分及统计分析

选取甘肃省18个代表站1955—2000年共46年的沙尘暴实测资料,确定了甘肃省区域性沙尘暴过程强度标准和单站沙尘暴过程强度标准,用此标准对甘肃省80个气象站自1955年以来的特强、强和一般沙尘暴过程进行了划分．并对其空间分布特征和时间变化特征进行了分析研究。     

南海夏季风的建立及强度变化

利用ＮＣＥＰ ８５０ｈＰａ风场和ＯＬＲ资料,分析了南海地区西南风和ＯＬＲ的气候变化规律以及它们之间的相互关系,提出了一个反映南海西南季风变化的季风指数,并初步分析了南海西南季风的强度变化和建立时间。