2008年1月中国南方低温雨雪期间异常阻塞高压事件的多尺度动力过程分析

2008年1月,中国南方发生了罕见的低温雨雪灾害,造成这次灾害的关键系统之一是乌拉尔山以东地区的异常阻塞高压（阻高）。基于NCEP再分析资料,利用新发展的多尺度子空间变换和重构分析了这一期间阻高的多尺度特征,发现其源头来自欧洲地区,强度减弱后东移,在乌拉尔山—贝加尔湖地区重新增强并得以维持相当长的时间。结果表明,两次阻高过程本质上是同一过程在不同阶段的表现。为探讨上述过程的动力学机制,利用基于多尺度子空间变换的局地多尺度能量分析方法以及正则传输理论对其进行了分析,发现此次异常阻高过程源自32 d以下尺度系统的动能强迫,具体地说,能量来自32 d以下尺度系统向32—128 d低频尺度系统的正压正则传输,而且这种正则传输在阻高环流的东、西两侧不对称,西侧在强度上远大于东侧。分析表明,上述非对称的强迫作用由动能空间输运来平衡,平流将西侧获得的32—128 d低频尺度动能向东侧输运,以此来维持阻高环流的整体稳定和均一。上述两种内部的物理过程是高压环流在东移的过程中得以重新增强并长时间维持的机制。      

两种微物理方案对夏季东北亚阻塞过程影响的数值模拟结果分析

选用NCEP/NCAR FNL再分析资料,利用中尺度模式WRF对2011年7月25日—8月3日的一次东北亚阻塞高压过程进行数值模拟试验。通过数值对比试验,讨论有冰相物理过程和无冰相物理过程的两种微物理方案对此次阻塞高压过程的强度和维持时间模拟的差异,并简要阐述原因。结果表明:WRF对阻塞高压过程有较好的模拟效果,有冰相物理过程的微物理方案模拟的阻高强度及维持时间较接近实况,整体阻塞闭合环流形势、高压中心值、中心位置以及中心上下游的低压槽强度均与实况接近;无冰相物理过程的微物理方案模拟阻塞高压在500 及200 hPa平均位势高度场上没有闭合的高值中心出现,500 hPa阻塞高压强度弱,持续时间短,200 hPa则相反。进一步研究发现,这两种差异主要由阻塞高压活动区域内的非绝热加热不同引起的,它对阻塞高压形成的强度和维持时间具有很好的指示意义。另外,阻塞高压附近区域的微物理潜热释放对阻塞过程的强度和维持时间也有一定影响。      

中国夏季淮河和江南梅雨期降水异常年际变化的气候背景及其比较

基于中国160站57年(1951-2007年)的月降水量、NCEP/NCAR再分析资料和哈得来中心的海表温度(SST)资料,将江淮梅雨分成淮河梅雨和江南梅雨,分别对这两部分的夏季梅雨期(6-7月)降水量进行了分析,并加以比较.结果表明:淮河和江南梅雨期的降水量存在明显的年际变化,但都没有显著的长期线性趋势;然而,从20世纪90年代末开始,淮河梅雨有显著增加的趋势,而江南梅雨则显著减少.在年际变化的时间尺度上,对应于淮河梅雨的多雨年,大气环流的异常表现为中高纬度的乌拉尔山东部和鄂霍次克海东部地区明显的双阻塞高压型(双阻型)分布,而西太平洋副热带高压(副高)的变化并不显著;副热带东亚地区高空的西风急流轴略有南移,在淮河流域上空形成了显著的西风异常,这使得急流入口区次级环流的异常上升支恰好位于淮河附近,同时北方的冷空气南下与副高西侧的西南气流交汇于淮河流域,这些都有利于降水集中在淮河区域.对应江南梅雨的多雨年,大气环流异常也表现出中高纬度的双阻型分布,但该双阻型的位置较淮河梅雨双阻型的位置明显偏西,特别是鄂霍次克海附近的阻塞高压;同时,西太平洋副高显著加强西伸,加之副热带东亚西风急流轴显著加强南移,从而在黄海到长江以南的大范围地区形成了显著的西风异常,由此引发的急流入口区次级环流的异常上升支主要位于长江以南地区,并且菲律宾附近的反气旋异常增强,使得北方的冷空气与副高西侧的西南气流交汇于江南流域,因此有利于降水集中在江南地区.进一步针对海温的分析表明,北太平洋白令海附近的海温是影响淮河梅雨的关键区,从前冬开始这一区域的正海温异常往往导致中国夏季淮河梅雨的增加;而对应江南梅雨的正异常,菲律宾附近的海温在同期夏季有显著的正异常,研究还发现该海温异常可能与前冬到前春赤道东印度洋附近的正海温异常有关.     

2011年初贵州持续低温雨雪冰冻天气成因研究

2011年1月贵州再次出现仅次于2008年初的低温雨雪冰冻天气,过程长达32天,伴随3次明显的冷空气影响,具有持续时间长、间断性突出、中期降雪突出的特点。本文利用NCEP（美国国家环境预报中心）1°×1°再分析资料、2.5°×2.5°再分析资料、MICAPS（气象信息综合分析处理系统）观测资料,对2011年1月发生在贵州的低温雨雪冰冻天气进行了分析。分析表明：（1）2011年1月北半球极涡呈偶极型分布,极涡偏于东半球,亚欧地区位势高度距平呈“北高南低”;亚欧中高纬度出现了2次强大、稳定、持久的阻塞高压;（2）副热带南支锋区活跃,12月31日～1月2日、1月9～11日、17～20日、27～29日有4次活跃期,水汽输送具有间断性特点;（3）维持在25°N附近的低层切变为低温雨雪天气的发生提供了辐合条件,地面上稳定持久的准静止锋是低温雨雪天气发生的重要影响系统;（4）强冻雨、冰粒及降雪天气的温度场、锋区结构、大气运动状况等存在差异。出现强冻雨天气时,锋面逆温高度最低、逆温梯度最大、逆温厚度最薄,逆温区有较厚的暖层,云层伸展高度在600 hPa以下,气流上升区高度低,具有暖云降水的特点。出现冰粒天气时,锋面逆温高度较低、逆温梯度大、逆温厚度较薄,逆温区有浅薄的暖层,云层伸展高度较高,气流上升区高度较低,也具有暖云降水的特点;出现降雪天气时,锋面逆温高度较高、逆温梯度最小、逆温厚度薄,逆温区无暖层,云层伸展高度超过500 hPa,具有深厚的垂直上升运动和冷云降水的特点。     

2008年和2012年冬季欧洲气候的差异及成因

2008年冬季（1月和2月）和2012年冬季均发生了较强的拉尼娜事件,但欧洲气候,尤其是西欧在这两年差异较大,2008年异常偏暖,而2012年却出现了极寒事件.诊断表明,大气环流异常是造成气候差异的直接原因.2008年冬季,北大西洋上空大气环流异常呈正位相的北大西洋涛动,有利于欧洲异常偏暖;2012年冬季,北大西洋和欧亚高纬阻塞的长期维持是西欧发生极端严寒的重要原因.通过数值试验,研究了前期海表热状况异常对大气的影响.结果表明：北大西洋海温异常能在一定程度上解释这两年欧洲各自的气候异常;尽管热带海温异常对2012年冬季的北大西洋环流形势和欧洲气候异常起一定的贡献,但不能解释2008年的情形;靠近欧洲的北极海冰异常偏少使得欧洲气候偏冷,对2008年的偏暖气候贡献为负,对2012年则有正贡献.     

中国南方2008年1月罕见低温雨雪冰冻灾害发生的原因及其与气候变暖的关系

2008年1月中国南方发生的低温、雨雪、冰冻灾害不是一个局地或地区性现象,它是同期发生的亚洲大范围冰雪灾害链中的一环,在影响范围和灾害程度上是最严重的一环.它有3个主要特征:(1)降雪、冻雨和降雨3种天气并存,冻雨是导致南方致灾的主要原因;(2)低温、雨雪、冻雨天气强度大,根据中国国家气候中心和南方各省气象部门的统计及分析,有8项气象要素打破同期中国历史记录;(3)低温、雨雪、冰冻天气持续时间长,破历史记录.这次低温、雨雪冰冻灾害形成的原因不是单一的,是多种因素在同一时段,同一地区相互配合和迭加的结果,其中La Nina事件是灾害发生的气候背景,它为雨雪冰冻天气提供了冷空气侵袭中国南方的前提条件;欧亚大气环流异常持续性是造成冷空气不断侵袭中国南方的直接原因;孟加拉湾和南海地区暖湿气流的北上是大范围冻雨和降雪形成并持续在中国南方的必要条件.     

我国南方低温雨雪冰冻灾害期间阻塞高压异常特征分析

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料和PV-θ阻高指数,分析了2008年初我国南方发生的低温雨雪冰冻灾害。结果表明,欧亚大陆3个关键区的阻塞高压(简称阻高)在此次灾害发生的环流背景中起着非常重要的作用,并存在异常特征。与1950—2008年历史同期相比,2008年初乌拉尔山和贝加尔湖阻高发生的日数显著偏多,而鄂霍茨克海地区无阻高发生;乌拉尔山阻高的强度偏强,而贝加尔湖阻高的强度则偏弱;乌拉尔山地区最大PV-θ阻高指数发生的位置比大多数年份偏东,而贝加尔湖地区最大PV-θ阻高指数发生的位置比大多数年份偏西,这种位置的异常特征说明此次我国南方低温雨雪冰冻灾害期间欧亚大陆关键区阻高在位置上很集中。3个关键区的阻高在发生日数、强度以及位置上异常特征的共同配置,使得分裂出的小槽活动偏多,造成冷空气活动频繁并不断南下补给,加之此时的异常环流特征,共同造成这次低温雨雪冰冻灾害。     

“8.18-19”山西中南部暴雨天气特征分析

利用自动站加密资料、FY-2C卫星产品以及实况探测资料,对2010年8月18-19日发生在山西中南部多站暴雨和2个测站大暴雨的天气过程进行了综合分析。结果表明:(1)此次大范围强降水主要受500hPa切断低压、槽线和副热带高压(下称副高)的共同影响,副高边缘不断生成和消亡的中小尺度对流云团(2个一般对流云团和6个中尺度对流云团(包括1个MCC和5个MCS))是导致暴雨、大暴雨的直接系统;暴雨站上空TBB绝对值变化与降水变化有着较好的一致性。(2)此次降水过程,暴雨区非常分散,存在6个中心,分别表现出典型的β-中尺度和γ-中尺度特征,其分布呈现出双峰、单峰和孤立单峰等多种型式,具有先沿着500hPa引导气流向东北发展,再随着副高撤退又向东南压的特点。(3)地面自动站风场资料显示,此次暴雨天气过程存在涡旋降水、切变降水和辐合降水3种类型,其降水强度和持续时间均存在明显的差异,但暴雨落区却与它们和副高的相对位置有关。(4)A指数诊断揭示,高湿气团在高不稳定层结背景下,沿副高边缘不断抬升到高空,与来自高纬地区的强冷空气相遇,导致了强降水;在对流层中、高层,转化项是涡度发展的主要因子,使得垂直运动不断加强,成为不稳定大气的动力强迫因素。     

东北夏季极端低温的变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度月平均资料和中国东北地区64个测站的夏季地面气温等资料,分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征,及其与大气环流和海温异常之间的关系,研究结果如下:(1)近50a来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态:全区一致变化型和南北反相变化型;(2)东北夏季极端低温频数与乌拉尔山高压,东亚大槽,阿留申低压,东北冷涡密切相关;(3)东北夏季极端低温与赤道东太平洋海温存在遥相关关系。在1990s初期以前,在E1 Nino发生年或翌年基本都对应东北夏季极端低温年,但1990s初期开始,El Nino发生年与东北地区夏季极端低温的对应关系遭到破坏;(4)东北夏季极端低温事件频数的年际变化与西太平洋暖池海温异常密切相关。进一步研究表明西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流,致使东北夏季极端低温异常。     

副高与阻高形成的Rossby孤立波理论I:不存在临界层

针对不存在临界层情况下非均匀纬向流中的Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，从正压、无辐散、准地转自由大气涡度方程出发，经过变量替换，用小参数展开法，得到流函数的各阶近似方程，推导出振幅函数满足的ＫｄＶ方程及修正ＫｄＶ方程（ＭＫｄＶ），并给出它们的孤立波解。对不同风速分布下伴随这些孤立波而出现的流场进行了近似计算，分别得到了副高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波流场、阻高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波流场及偶极子型流场，它们移动的规律性与实际大气的流场移动情况较一致。