低涡影响下湖南一次致洪极端暴雨过程成因分析

利用NCEP再分析资料和地面自动站观测数据,从环流特征、低涡演变等方面,诊断分析了2019年7月6~9日湖南中南部地区的一次致洪极端暴雨过程的成因。结果表明:此次极端暴雨具有显著极端性和“潇湘夜雨”的日变化特征,在副高长时间稳定、主体异常偏南的环流背景下,地面浅薄冷空气侵入,不对称的位涡分布、中低层持续较强上升运动促使低涡加强并长时间维持是造成湖南此次极端暴雨的主要原因。低涡加强时段与降水最强时段、正位涡中心与暴雨中心均对应较好。强降雨发展阶段垂直螺旋度维持“下正上负”分布特征,低层正值中心的大小与降水强度变化一致。湖南中部以南强雨带与低层正螺旋度大值中心均出现在南岭山脉北麓的陡峭地形区。水汽主要来源于边界层,925 hPa水汽汇合中心出现时刻、区域与暴雨发生时段、落区吻合,两支主要的水汽输送带分别来源于孟加拉湾的偏西气流和南海的西南气流。      

2002年6月21～23日梅雨锋上的MCS分析

对2002年6月21～23日发生在黄海-长江流域梅雨锋上的一系列由中尺度对流系统(MCS)引起的强对流天气过程进行了云顶辐射亮温(TBB)和天气形势、气象要素等的诊断分析.结果表明梅雨锋上的MCS是造成这次长江流域产生暴雨甚至大暴雨级强降水的主要系统;MCS的强降水中心(区)与TBB≤-32℃的频率FM、TBB≤-52℃的频率Fs高值中心(区)关系密切,由FM和Fs可以相当明显地反映降水的总体特征,而且比使用TBB低值中心(区)来反映降水的总体特征能力要强;地面的梅雨锋、低层的切变线、对流层上层的高压这种上下层系统的配置十分有利于强对流天气的发生.     

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

21世纪前期长江中下游流域极端降水预估及不确定性分析

在全球变暖背景下,极端降水的频率、强度以及持续时间均在显著增加,尤其是对于气候变化敏感的长江中下游流域。由于模式本身、温室气体排放情景以及自然变率存在较大的不确定性,因此未来预估变化的不确定性一直备受关注。为了能够得到对于未来极端降水更为准确的预估结果,使用NEX-GDDP（NASA Earth Exchange Global Daily Downscaled Projections）提供的19个CMIP5降尺度高分辨率数据（0.25°×0.25°）,给出21世纪前期（2016—2035年）长江中下游流域极端降水的可能变化。根据长江中下游流域178个气象站1981—2005年的逐日降水量数据,计算了能够代表极端降水不同特征的指数,在评估模拟能力的基础上给出了21世纪前期RCP4.5情景下极端降水的变化。结果表明,降尺度结果对长江中下游流域极端降水有很好的模拟能力,除R90N外,所有模式模拟其余指数的空间结构与观测的相关系数均超过了0.6。其中所有模式模拟PRCPTOT和R10的相关系数均超过0.95。21世纪前期,长江中下游地区降水趋于极端化,尤其是在流域的西部地区。极端降水日数的变化在减少,表明对于极端降水的贡献主要来自于极端降水日的较大日降水量,而非极端降水日数。未来预估不确定性的大值区主要位于流域的南部地区,流域的西部地区不确定性较低,西部地区极端降水的增加应该受到更多的重视。      

2017年湖南一次特大致洪暴雨过程的水汽特征

利用湖南省区域自动站和常规观测站降水资料、NCEP/NCAR和JRA-55再分析资料及湖南省气象台大气河预报业务产品,分析了2017年6月22日至7月2日湖南一次特大致洪暴雨过程的雨洪和水汽输送异常特征,以及大气河水汽输送对强降雨的影响,在此基础上定量分析了强降雨区各边界的水汽收支状况及各水汽轨迹的贡献。结果表明:此次强降水过程分为三个阶段,第一、第三阶段降雨的范围、强度均明显大于第二阶段。欧亚中高纬稳定的"1槽1脊"环流形势、低纬较稳定的西太副高及其外围强劲的水汽输送是此次暴雨发生的环流背景。水汽通量、水汽通量散度、比湿等物理量的水平及垂直分布对降水的阶段性特征和位置、强度变化有很好的指示作用。三个强降雨时段,来自孟加拉湾、南海和西太副高西南侧的水汽输送表现出不同的强度和位置,造成到达湖南境内的偏南水汽输送空间异常程度不同。大气河的强弱及其水汽输送通道、辐合区位置以及强降雨区各边界水汽净收入对强降水发生、发展起关键作用。水汽后向轨迹分析表明,低层偏南的水汽输送是此次极端强降雨较长时间维持的重要因素,而来自北方的干冷空气侵入利于大气斜压性增强和对流不稳定维持,是第二阶段降水强度弱于第一、第三阶段的另一原因。     

洞庭湖区域雷暴大风分型及预报分析研究

文章选取2013-2015年洞庭湖区域的15次雷暴大风天气过程,根据天气形势配置将其分为以下4类:低层暖平流强迫类、斜压锋生类、准正压类及高层冷平流强迫类。其中低层暖平流强迫类根据中低层切变线北侧冷平流的强弱又可以分为:强冷暖平流强迫类、强暖平流强迫类和中间类。总结归纳各类雷暴大风过程开始前、影响阶段及过程结束的天气形势配置、雷达回波特征与预报着眼点,为短期、短时天气预报预警提供参考。     

GRAPES-Meso云分析系统的设计与试验

研究应用LAPS(Local Analysis and Prediction System)云分析方案,基于美国"风暴分析预报中心"开发的中尺度模式ARPS(Advanced Regional Prediction System)的资料分析系统ADAS(ARPS Data Analysis System),开发了GRAPES-Meso(Mesoscale of the Global and Regional Assimilation and Prediction System)区域中尺度数值预报模式的云分析系统,首次实现了地面云观测资料、卫星云图、多普勒雷达反射率资料在GRAPRS模式中的综合同化应用。详尽分析了地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率多种观测资料对GRAPES模式初始三维云覆盖、多相混合比等云微物理因子以及初始场的调整。通过对2009年6月28日至7月4日湖南省一次强降水过程的模拟试验检验云分析系统的性能,对比分析表明:(1)云分析系统通过地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率的同化,能够反演出三维云覆盖状况;(2)在三维云覆盖的基础上结合云底云顶高度,能够反演出云水、雨水、云冰等微粒,并显著改善模式初始湿度场;(3)云分析系统能够显著缩短模式的热启动时间,明显增大了开始几小时的降水量预报,对24小时的降水预报效果也有显著改善。     

湖南持续性区域暴雨气候特征及暴雨落区分型

基于1961-2016年湖南88个台站逐日降水及NCEP再分析数据,利用突变分析、聚类分析、合成分析等方法,分析了湖南持续性区域暴雨的气候特征,并对暴雨落区进行了分型。结果表明,近56年湖南持续性区域暴雨过程年平均出现2次,最长持续日数为5天;夏季发生次数最多占73%,冬季未发生,出现较多的月份5,6,7和8月分别占16%,38%,20%和14%;持续性区域暴雨过程次数在1993年发生了均值突变,年平均过程次数从1961-1992年的1.4次增加至1993-2016年的2.8次。持续性区域暴雨过程年均发生0.9次以上的区域主要分布在湘中以北,湘中以北较湘南年均次数偏多。持续性区域暴雨强度全省区域平均值为82.5 mm·d^-1,大于85 mm·d^-1的台站主要分布在湘西北及湘东南。暴雨日强降水落区可分为4类空间分布型即湘西北型、湘中偏北型、湘中偏南型及湘东南型,4类空间分布型的累计暴雨日数占总持续性区域暴雨日数的百分比依次为25.6%,30.1%,21%和18.4%,湘西北型与湘东南型的降水强度较湘中偏北型与湘中偏南型的降水强度大,且强降水落区相对更集中;对应4类暴雨落区分型合成的925 hPa风场切变及水汽辐合大值区的位置、走向与4类暴雨空间分布型的强降水落区基本吻合,对强降水的落区有较好指示性。     

转移累计概率分布(CDF-t)统计降尺度方法对湖南极端降水的模拟评估

为了提高湖南极端降水的模拟能力,利用转移累计概率分布(CDF-t)统计降尺度方法及基于第5次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中的24个耦合模式数据,结合3个极端降水指数,从空间特征和年际变率两方面评估降尺度前后CMIP5模式对湖南极端降水的模拟能力。结果表明,较低空间分辨率的CM IP5气候模式无法细致反映区域极端降水变化特征,且由于各模式结果差异较大,多模式集合的模拟效果差。CDF-t统计降尺度通过建立大尺度变量的CDF与区域尺度相同变量的CDF之间的函数关系,对CMIP5模拟湖南极端降水变化特征有一定的改善能力。就空间结构而言,该方法对于模式模拟大雨日数(R10)和连续5天最大降水量(R5d)的空间结构能力都有很大改善,且模式之间表现出较高的一致性,尤其是R10改善效果最显著,与观测相比,湖南地区空间平均绝对误差达到2. 18天,较降尺度前绝对误差降低了45. 46%。就时间变率而言,该方法对于模式模拟R90P和R5d的时间变率能力都有很大改善,降尺度后IVS值分别由降尺度前的2. 2和1. 5降低至0. 3和0. 6。     

湖南涝年主汛期降水低频振荡特征分析

本文基于1986—2015年湖南逐日降水数据以及同期NCEP/NCAR再分析资料,分析旱涝年主汛期(5—7月)降水低频振荡特征,并利用位相合成方法研究涝年主汛期20～50 d低频环流演变特征。结果发现,湖南地区20～50 d和10～20 d的低频降水方差贡献比都具有南高北低的分布特征,10～20 d的低频振荡在旱涝年中皆较普遍存在,而20～50 d的低频振荡只在涝年普遍存在,20～50 d低频振荡对涝年有一定的指示意义。对涝年主汛期20～50 d低频降水进行位相合成发现,在活跃位相(中断位相),夏季南亚高压和西太平洋副热带高压(简称西太副高)纬向异常接近或者重叠(分离),湖南地区降水偏多(偏少),且两个高压的强度、范围、以及脊线位置和湖南地区主汛期降水关系较密切。南海反气旋(气旋)、河套地区槽(脊)系统以及湖南地区的垂直速度和比湿配合度高,且随位相变化存在明显的周期振荡,其中南海反气旋(气旋)和河套地区槽脊系统配置与湖南低频降水有着高度的时间一致性,湖南地区的低频垂直速度和低频比湿较低频降水有一个位相的超前滞后关系。此外,随着位相的演变,低频南北风高值区皆有明显的北传特征。