青海高原夏季降水异常及其水汽输送特征分析

通过对青海高原夏季降水异常及其水汽输送特征的分析表明:(1)青海高原夏季降水的年代际变化总体呈先增后减的抛物线型变化,80年代中期以前没有明显的变化周期,80年代末以后存在较稳定的3年周期,目前正处于一相对多雨时期。(2)青海高原夏季整层水汽通量在50~150kg·m-1·s-1之间,自西界向东界增加,近43年空中水汽收支整体上呈增加趋势。(3)旱年青海高原空中水汽偏少10~40kg·m-1·s-1,水汽通量散度场除北部呈辐合加强外,其余地区均为水汽通量辐散加强区。涝年青海高原水汽输送偏强10~20kg·m-1·s-1,水汽通量散度场表现为整个区域的辐合加强。(4)旱年青海高原空中水汽收支呈“盈余”状态,但比平均状况少2923·3kg·s-1,减幅为21·88%;涝年空中净水汽通量也呈“盈余”状态,但比平均状况多7253·6kg·s-1,增幅达53·99%。     

影响山东夏季降水的季风水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR月平均风场和比湿资料分析了亚洲季风区平均水汽输送通量的气候特征和季节变化;研究了山东旱涝年季风区水汽输送的差异及其在不同时段对山东夏季降水异常的贡献。结果表明,山东地区的平均水平水汽输送通量存在着明显的年际变化,纬向、经向和总水汽输送通量随时间均呈单峰曲线分布,7月达极值;影响山东夏季降水的印度季风区水汽输送以纬向为主、副热带季风区水汽输送以经向为主;5~6月,来自热带印度洋的西南季风水汽输送通量、西太平洋热带和副热带东南季风水汽输送通量以及南海北部的水汽输送通量对山东夏季降水均有贡献,涝年水汽输送通量明显大于旱年。虽然7月来自印度洋的西南季风水汽输送通量达极值,但对山东夏季降水异常的贡献并不显著,7~8月主要是来自西太平洋地区的热带和副热带季风水汽输送对山东夏季降水异常的贡献较明显。     

MJO活动对云南5月降水的影响

本文分析了1979～2008年5月MJO(Madden and Julian Oscillation)不同位相上大尺度环流对流和水汽输送的异常情况及其对云南5月降水的影响。按MJO活动中心位置从西向东分为8个位相, 在不同位相上, 云南5月降水呈现出明显的差异:第4～6位相(MJO对流中心位于赤道印度洋中部至西太平洋)降水偏多, 而第7～8位相(赤道太平洋中部以东)和第1～3位相(赤道印度洋中西部)降水偏少, 其中以第6位相的降水正异常和第2位相的负异常最为显著。在MJO 1～8位相中, 对流主体从热带印度洋东移。在第1～3位相, 孟加拉湾还未形成西南向水汽输送, 而云南又处于水汽辐散区, 降水较少;第4位相时对流主体到达90°N附近, 部分对流云系向孟加拉湾北传, 并在孟加拉湾生成气旋性环流, 向云南输送水汽, 云南降水增多;第5位相时对流主体传到南海, 部分对流云系在南海北传, 同时在南海形成北传的气旋性环流;第6位相时赤道MJO对流主体虽然东移出孟加拉湾, 但孟加拉湾和南海的两个气旋性环流依然继续北传, 孟加拉湾气旋东部的西南风和南海气旋西部的东北风在云南交汇, 云南被强烈的水汽辐合区控制, 降水最充沛。第7～8位相时, 对流主体减弱, 东移到南海和西太平洋一带, 孟加拉湾转向为偏北风, 停止向云南输送水汽, 且云南处于水汽辐散区控制, 降水偏少。因此, MJO主体在东传过程中, 激发了热带对流在孟加拉湾和南海两条通道上的北传, 强盛的水汽输送和两个海区气旋环流的有利配置是造成云南5月降水的重要原因。     

华南秋、冬、春季水汽输送特征及其与降水异常的联系

华南秋、冬、春季水汽输送特征的季节差异明显,水汽输送异常与降水异常存在密切联系,利用1958—2005年实测降水资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,探讨了华南秋、冬、春三季的水汽特征及其与降水异常的关系,主要结论有:大气中的水汽主要集中在500 hPa以下气层中,最大值出现在850～700 hPa;输送至华南的水汽秋季主要来源于孟加拉湾及副热带西太平洋,冬季主要来源于青藏高原南侧的东亚南支偏西风气流,春季则主要来源于东亚南支偏西风气流及热带西太平洋海区;华南秋、冬、春三季的降水偏多和偏少年的水汽输送距平场,并不是单纯的反向关系或主要输送带的偏强和偏弱,而是更为复杂;El Nio成熟期菲律宾附近的反气旋环流异常、冬季风的强度异常都是导致水汽输送异常的重要原因。     

陕西省9月水汽输送特征分析

应用陕西省1970年至2008年74个气象站9月降水资料和NCEP再分析资料．分析了陕西省9月降水空间分布和水汽输送特征,结果表明：陕西9月降水量具有明显的一致性和南北反相位的分布特征;副热带高压外围的东南气流和中纬度西风气流是影响陕西9月降水的主要因子;阿拉伯海西南气流和我国东海区域及我国东南沿海的东南气流与陕西省9月降水有着较好的相关关系;陕西南边界水汽通量在20世纪60-80年代较为充沛,90年代逐渐减少,2000年后有明显的增长趋势。     

西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

华南前汛期降水异常与水汽输送的关系

采用1958-2000年华南57站前汛期日降水资料和NCEP／NCAR逐日水汽输送再分析资料，分析了华南前汛期降水异常与水汽输送的关系，并对旱、涝年进行了比较分析。结果表明：华南地区经向水汽输送的异常变化将导致该地区的异常旱涝，而纬向水汽输送的异常变化只导致该地区出现小范围的降水异常。旱年和涝年的异常水汽输送不是简单的反位相关系。来自印度洋和西太平洋的水汽对华南地区前汛期的降水异常没有明显的作用，南海(主要是其北部)才是华南降水异常的关键区。     

华南夏季多年平均降水低频特征及其与低频水汽输送关系

利用中国国家气象信息中心提供的1961—2011年753站逐日降水资料、NECP/NCAR逐日再分析风场和比湿资料,研究了华南夏季多年平均降水低频特征及其与低频水汽输送的相关关系。结果表明,华南夏季降水量呈增多趋势,1992年之后(1993—2011年,时段Ⅱ)比之前(1961—1992年,时段Ⅰ)明显偏多,尤以广西大部、广东北部、闽赣交界处增幅最大。无论时段Ⅰ或时段Ⅱ,华南多年平均夏季降水均呈显著的10~20 d低频振荡,但时段Ⅱ比时段Ⅰ的低频周期更显著。影响10~20 d低频降水的10~20 d低频水汽输送环流系统,在时段Ⅰ主要为西北太平洋反气旋式水汽环流和中南半岛东部、南海南部的一对气旋、反气旋式水汽环流,水汽来自孟加拉湾、南海和西太平洋,冷空气来自里海附近和贝加尔湖以东;在时段Ⅱ主要为西北太平洋反气旋式—气旋式水汽环流对、印尼以东洋面的气旋式、反气旋式水汽环流对,水汽来自南海和西太平洋,冷空气来自贝加尔湖以东。     

浙江省春季降水及其水汽输送特征

利用浙江省34站1960-2009年3-5月累积降水量及NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的多个再分析气象资料,采用趋势分析、相关分析以及合成分析等方法,对浙江省春季降水量的时空分布、影响浙江省春季降水的整层大气的水汽水平输送特征、各层水汽垂直输送以及各边界的水汽输送等特征进行了分析.揭示了利于浙江省春季降水的水汽...     

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料,根据定义的旱涝指数,划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分别讨论华南前汛期4~6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上,进一步研究了4~6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和旱年的不同特征。结果表明:影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征,华南前汛期(4~6月)降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用,而阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。     

一种表征南海季风强度的指标及其与华南降水的关系

风场强度与方向的季节性变化是季风区最显著的气象要素变化特征之一。Lu and Chan（1999） 利用大气低层风场，定义了一个表征南海季风强度的指数，为简单起见，只用了经向风分量，研究表明该指数与华南夏季降水有很好的相关。为了进一步验证和改进该指数，本文利用逐月NCEP/NCAR（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）风场再分析资料以及华南地区的基准、基本气象站降水资料，将设计指数时允许的实际风的投影方向从规定的正北方向（即经向风），拓展为允许偏转的其他方向，以此建立改进的指数。为了更好地反应改进后的指数与华南降水的月异常之间的关系，本文引入了广义线性模型及正态分布和Gamma分布两类假设，来建立两者非线性的回归关系。结果证明，实际风在自正北方向逆时针旋转11.3°的方向上的投影与华南降水具有最好的相关性，采用这一方向上的投影可以对原指数加以改进；中国南海季风所覆盖的风场与华南降水的月异常之间有显著的非线性关系，而对降水采用Gamma分布假设的广义线性模型能够比正态分布假设得到更符合实际的回归结果。     

我国华南4、5月份降水年代际变化的特征及其与中西太平洋海温的可能关系

利用1951～2005年华南4、5月份降水资料、NOAA海温资料以及NCEP再分析资料,对华南4、5月份降水年代际变化的特征、及其所对应的大尺度环流以及与中西太平洋海温的关系作了分析。结果表明,华南4、5月份降水均在1970年代初期发生显著的年代际转变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。华南4月份降水与前一年7～11月份的中西太平洋海温、华南5月份降水与当年2～5月份的中西太平洋海温有显著的负相关。在4、5月份年代际降水偏少(多)时期,前期中西太平洋海温偏暖(冷);同期亚洲大陆南部及非洲大陆的海平面气压显著偏低(高),北太平洋海区海平面气压偏高(低);我国华南上空存在反气旋性(气旋性)环流异常,我国华南地区北边界存在显著的南(北)风异常,造成华南地区北边界异常水汽输出增强(减弱)。同时,我国大陆对流层中上层大气显著偏暖(冷),东亚高空急流显著偏北(南),副热带高压偏弱(强)偏东(西),向华南地区输送的水汽减少(增加),从而在华南地区形成异常的水汽辐散(辐合),最终导致华南地区4、5月份降水的减少(增加)。     

江苏省"五一"期间降水变化特征及极端异常天气分析

利用1961—1999年江苏省60站逐日降水量资料和NCEP／NCAR再分析逐日风场资料分析研究了江苏省“五一”期间降水的时空分布特征及其大气环流背景。结果表明：江苏省“五一”前后降水量的时间变化特征与南海夏季风建立进程有关；“五一”期间降水存在着明显的区域变化特征，可分为苏南和苏北两区。进一步分析“五一”期间降水极端异常年份对应的全国同期降水分布特征和低层流场特征发现：降水中心与气候平均状况相比明显偏北，且西太平洋副热带高压在南海夏季风建立对程中出觋了明显的异常。     

5月中国土壤湿度异常对7月华南-青藏高原东部偶极子型降水年际变化的影响

利用1979—2019年ERA5再分析资料和站点降水资料,研究了5月中国土壤湿度异常对7月华南和青藏高原东部偶极子型降水年际变化的影响及其可能的物理过程。结果表明,当5月青藏高原土壤湿度偏湿,华中地区土壤湿度偏干时,对应7月华南(高原东部)降水偏多(偏少),两地降水呈偶极子型分布。通过进一步的诊断分析发现,青藏高原(华中地区)土壤湿度正(负)异常可从5月持续至7月,使得7月中国北方地区地表湍流热通量正异常,进而使得对流层中低层大气增暖,中国北方与贝加尔湖之间经向温度梯度和大气斜压性增强,天气尺度的瞬变波活动增强。通过瞬变的涡度强迫有利于中国北方及蒙古地区准正压异常高压和Rossby波波源的形成,相关的Rossby波向东南方向传播至我国南方,使得华南地区出现准正压结构的异常低压,有利于西北太平洋副热带高压东移,南亚高压西移。对应中国北方及蒙古-华南地区对流层中低层为反气旋-气旋式环流异常,进而导致华南地区(高原东部)降水增多(减少)。此外,中国北方-蒙古地区的异常高压与局地偏干的土壤湿度之间的正反馈过程,有利于上述物理过程的维持和增强,进而有利于7月偶极子降水的异常,反之亦然。     

南海夏季风期间水汽输送的气候特征

通过分析NCEP/NCAR 1973～1998年(共26年)4～8月的再分析比湿场和风场资料,研究了南海夏季风期间的水汽输送特征.夏季,东亚上空水汽水平输送特征在各月有很大差异,这是夏季风环流系统演变的结果.孟加拉湾南部地区是中国长江中下游和南海地区重要的水汽源地,来自上游孟加拉湾南部地区的水汽输送对南海季风的爆发具有重要意义.经向水汽输送主要有利于20～30°N之间华南地区的水汽辐合.从总的收支看,南海地区是一个水汽汇区.南海季风爆发早晚年的水汽输送通道存在明显差别.在爆发偏早年,从赤道印度洋到南海地区的输送通道建立早且维持时间长,4～5月南海易成为水汽辐合区;在偏晚年,南海地区水汽则是辐散的,不利于形成季风性降水.南海季风爆发早晚年与长江中下游旱涝年的水汽输送有一定联系.     

冬季华南准静止锋的结构和类型特征研究

利用12年(2000～2011年)逐日的FNL(Final Operational Global Analysis)分析资料和逐日的中国站点降水资料, 定义了一个冬季华南准静止锋强度指数, 并根据该指数挑选出强准静止锋事件, 研究了强事件的结构特征、环流分型及其与降水的关系。结果表明:冬季强准静止锋事件多发于1、2月, 其发生频次在近12年里呈现明显上升趋势。强准静止锋锋区表现为等假相当位温线、等温线的密集带, 但是锋区湿度变化不明显, 并有明显逆温, 锋区由南北风辐合构成, 上升气流主要位于锋区上部, 纬向有两个次级环流与锋区相对应, 伴随正相对涡度和水汽通量辐合。根据850 hPa风场在锋区的辐合情况, 强准静止锋可分为北风辐合型、南北风辐合型、南风辐合型三种类型。在这三种类型中, 北风辐合型对应的北方冷空气最强, 华南降水最少;南风辐合型对应的南支槽最活跃, 华南降水最多;南北风辐合型介于两者之间。冬季华南准静止锋与冬季华南降水有一定相关, 在强准静止锋的背景下, 降水偏多时, 锋区低层的水汽通量辐合和上升运动偏强, 华南处于偏强南支槽前。     

云南5月雨量与热带海温异常及亚洲季风变化的关系

利用相关分析和合成分析方法, 研究了云南5月雨量与热带海温、热带对流活动及亚洲季风等大尺度气候环流背景变化的关系。指出云南5月雨量与北印度洋季风气流区赤道东太平洋地区的对流活动有明显的相关, 揭示了云南5月多雨年和少雨年赤道东太平洋和印度洋地区的海温距平、200 hPa纬向风和850 hPa矢量风场的不同分布特征。这种前后期海温、对流活动和高低层风场的变化具有很好的持续性, 对预测云南5月雨量的变化有一定的指示指义。还计算了南亚地区4~6月的季风指数, 分析了云南5月雨量与初夏南亚季风指数变化的关系。结果表明, 南亚季风指数高, 云南5月雨量偏多; 南亚季风指数低, 云南5月雨量偏少。同时, 研究还表明南亚季风指数在季风爆发前期和季风爆发时段的变化有很好的一致性。     

2013年5月华南强降水与中国南海夏季风爆发

利用2013年"华南季风强降水外场试验与研究"的外场试验数据、美国NCEP FNL资料和卫星云顶黑体辐射温度资料,对2013年5月7—17日华南地区出现的两次强降水过程(7—12日和14—17日)中的高低空环流以及相关气象要素场的变化进行了对比分析。中国南海夏季风于5月第3候建立,两次过程分处于夏季风爆发前后。通过对比影响两次强降水过程的主要环流系统如南亚高压、高空副热带西风急流、500 hPa环流型、水汽来源等,指出影响两次强降水过程大尺度环流场之间的显著区别,说明南海季风爆发前后大尺度环流场对暴雨影响的典型差异。7—12日过程主要受北方锋面影响和南方暖湿气流辐合作用,导致华南地区出现南北两条雨带。14—17日过程则由于季风爆发后强的暖湿空气活动致使华南地区对流活跃,从而形成一条位于广东北部的雨带,此次过程强降水比第1次过程集中且对流性更强。两次降水过程的内在物理机制是一个准平衡态的热力适应过程,由于第2次过程降水更强,导致热源作用明显增强,动力向热力的适应过程也更显著。利用探空资料揭示出两次过程暖区暴雨大气热力和动力条件存在显著区别,7—12日南海季风爆发前的暖区暴雨主要受低层强垂直风切变导致的大气斜压不稳定影响;14—17日南海季风爆发后的暖区暴雨主要受高低空急流的强耦合作用影响。     

华南暴雨中云物理过程的数值研究

利用“海峡两岸及临近地区暴雨试验”(HU AM EX)取得的观测资料, 使用高分辨非静力平衡中尺度数值模式 M M 5 湿物理显式方案, 模拟研究了 1998 年 5 月 23～ 24 日自粤北移向南海海岸的冷锋及锋前对流云团造成的华南暴雨中的云物理过程。 结果表明, 由于对流形成的具有冰相参加的冷云过程是华南暴雨形成发展的主要云物理过程, 当对流较弱因而只有水相而无冰相的暖云过程只造成范围虽大但强度较弱的降水。