我国低纬高原地区初夏强降水天气研究II·2005与2001年5月云南旱涝成因的对比分析

2001年和2005年的5月云南分别出现了严重的洪涝和干旱天气。通过分析研究表明,这两年在大尺度环流形势、季风爆发的早晚和强弱以及ENSO背景的影响等方面都有着显著的不同。2001年5月对流层中层的东亚槽位置偏西且强度偏强,同时南支槽稳定维持且较强,致使冷暖空气易于在云南地区交汇,这可能是在该地区产生较强降水的主要环流形势,而2005年5月东亚槽位置偏东,南支槽较弱,致使云南地区几乎没有水汽来源和缺乏冷暖空气的交汇,这是产生干旱的主要环流形势;同时南海季风爆发的早晚和强弱与云南5月降水也有着较好的关系,2001年5月南海季风爆发偏早且强度偏强,而2005年5月南海季风爆发偏晚且强度偏弱,这两年5月的降水差异较大;对水汽分布的分析还表明,2001年5月云南地区为水汽辐合区,且较常年平均偏大,水汽通量为西南向,且强度较强。而2005年5月云南为水汽辐散区,孟加拉湾的水汽向东进入南海,云南地区非常干燥;从ENSO大背景对其影响的分析可知,2001年5月的洪涝和2005年5月的干旱与这两年的前期海温变化似乎也存在一定的联系。     

2009—2010年云南特大干旱的气候特征及成因

基于云南122个站降水、气温资料分析2009—2010年特大干旱气候的特征。2009年7月至2010年6月云南气温持续偏高,降水持续偏少,干旱从2009年9月出现,一直持续到2010年5月,许多县(市)干旱持续时间接近200 d,单日的重、特旱县(市)站数破1961年以来记录。利用NCEP/NCAR再分析和OLR资料,应用环流分析、水汽输送等方法分析此次干旱形成和持续关键时段2009年9—10月、2010年3月和5月的环流异常。结果表明,2009年9—10月乌拉尔山、青藏高原东部为脊,冷空气活动偏弱;赤道印度洋对流层低层为异常东风、高层为异常西风,导致纬向的季风环流圈偏弱;孟加拉湾、中南半岛对流偏弱;西南季风通道进入云南的水汽输送偏弱,云南上空水汽含量偏少并为异常下沉区。2010年3月欧亚中高纬位势高度距平场为北负南正,以纬向环流为主,冷空气偏北;西太平洋副高与北非副高连通并在低纬形成坝状高压带;南支槽上游地区高度场偏高、为异常下沉区;西风带无明显波动,导致南支槽不活跃,云南处于水汽辐散区。2010年5月欧亚中高纬距平分布为"-+-",低槽和冷空气偏北,西太平洋副高西伸至安达曼海,阻挡了越赤道气流进入孟加拉湾,致使孟加拉湾南部、中南半岛西南季风爆发偏晚,云南为异常西北水汽输送,为水汽辐散区。     

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.     

西南地区2次秋冬春季持续严重干旱气候成因对比

利用多种资料从不同方面对2009/2010、2012/2013年西南地区秋冬春季持续严重干旱进行对比分析,结果表明:这2次季节连旱都受热带西太平洋、孟加拉湾、中南半岛和青藏高原东部等地区环流异常、水汽输送通量散度异常、热带印度洋海表温度异常以及北极涛动(AO)异常的影响。2009年和2012年秋冬季,西南地区均受较强的下沉运动控制,环流形势异常和热带印度洋海表异常增温,导致来自孟加拉湾的水汽输送偏弱,同时该地区水汽输送通量辐散偏强,动力因子和水汽条件都不利于降水;AO持续负位相是引起持续干旱的重要原因,它不仅使南支槽减弱变浅,西南水汽输送减少,还致使贝加尔湖脊系统偏弱,北方南下冷空气主体偏东,不利于冷暖空气在西南地区上空交汇。热带西太平洋海表温度异常并非2次干旱事件的直接原因,且对这2次干旱的影响有所不同,其中2009/2010年的干旱发生在El Nino Modoki事件背景下,2012/2013年则受到弱的La Nina事件的影响。     

2009年夏季异常天气及其环流分析

简要讨论了2009年夏季的异常天气过程和环流形势演变,主要涉及南海夏季风、华南、江淮、东北降雨等情况.该年夏季未发生区域或流域性的洪涝,而干旱的面积较大.2009年南海夏季风在5月第4候爆发,爆发后季风的推进出现了异常,同时,印度季风的推进出现了异常.华南前汛期降雨时间长、降水范围广.江淮梅雨期典型梅雨形势没有建立,为...     

孟加拉湾季风活动与云南5月降雨量

利用1958-1997年NCEP再分析高低层经纬向风分量、比湿场资料以及云南32个测站降水资料，通过相关分析等方法，从风场演变和水汽输送等方面分析了孟加拉湾季风活动及其与云南初夏降水变化的关系。结果表明：与阿拉伯海和南海相比，孟加拉湾低层纬向西风出现时间最早，盛夏期间的峰型结构与南海西风的峰型结构极为相似，出现双峰型。盂加拉湾季风爆发平均日期在5月3候，是亚洲季风区爆发最早的季风之一，比南海季风爆发的平均日期(5月4候)早1候。孟加拉湾季风活动与云南初夏降水有一定关系，季风爆发偏晚，云南5月降雨量偏少；而当季风爆发偏早或正常，云南5月降雨量的多少主要与中低纬度地区冷空气的活动有关。     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征北大核心CSCD

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

2011年南海夏季风爆发过程及其与长江中下游梅雨的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E-TBB及台站降水资料,对2011年南海夏季风爆发前后的环流特征进行分析。结果表明:2011年强对流活动由孟加拉湾扩展到南海地区,同时伴随着南亚高压移至中南半岛北部,西太平洋副热带高压向东撤出南海地区,南海夏季风于5月第4候(第28候)爆发;季风爆发后,印度-孟加拉湾季风槽形成,南海地区低空开始盛行西南气流,并伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。随着季风活动的推进,我国雨带北抬,长江中下游一带进入梅雨期,出现降水大值区。通过分析发现长江中下游梅雨与南海夏季风均受副热带高压影响,且两者的强度为显著的负相关关系,梅雨开始时间与南海夏季风爆发时间呈显著的正相关关系。2011年南海夏季风偏弱,爆发时间偏早,长江中下游梅雨强度偏强,入梅时间异常偏早。     

南海夏季风爆发早晚的大气热源特征分析

利用1972—2007年NCEP/NCAR再分析资料计算大气热源,分析了南海夏季风爆发前后大气热源的特征,在此基础上,以南海夏季风爆发偏早年(1983年)和爆发偏晚年(1989年)为例,对比分析大气热源和大气环流特征的差异。结果表明:季风爆发后热源中心有明显的北抬现象,伴随着我国南部至南海区域低层较强的西南风建立;季风爆发偏早年,中层大气在我国以北出现负距平,赤道区域热源中心值较平均水平高,与之对应的是爆发偏晚年热源中心值偏低,偏早年季风爆发前在赤道至南海区域有较大的热源梯度,这种动力和热力形势的配置使季风爆发偏早年Hadley环流强度增强,导致从孟加拉湾向北的水汽输送增多,南海夏季风爆发时间偏早,造成雨带北移的时间提前。     

2007年南海夏季风的爆发过程

利用NCEP/NCAR再分析资料、向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,OLR)资料以及卫星、地面站点降水资料,对2007年南海夏季风爆发前后的对流活动、环流形势及降水分布进行研究,结果表明:2007年对流活动增强首先出现在孟加拉湾东岸,然后扩展到南海地区;同时副高东撤北抬,南海夏季风于5月中下旬(29候)爆发;季风爆发后,南海地区开始盛行西南气流,亚洲中低纬地区南北温差(风向切变)由正(负)变负(正).2007年南海夏季风爆发期间,水汽输送和季风涌活动增强使我国东部地区降水增多.     

水汽输送对云南夏季风爆发及初夏降水异常的影响

主要利用1961～2000年云南120个站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究水汽输送对云南夏季风爆发和初夏5月降水异常的影响.结果表明,5月份云南上空为一致的西南风水汽输送,主要由来自印度半岛北部的副热带西风水汽输送和热带印度洋至孟加拉湾的西南风水汽输送汇合而成,而来自南海地区西太平洋副高西侧转向的偏南水汽输送是构成云南东部地区水汽输送的重要分支.5月下旬云南夏季风爆发期间,热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送显著增强,云南上空增湿明显,这为季风爆发提供了必要的水汽条件,而东亚中纬地区冷空气的入侵则可能是触发季风降水的重要机制.进一步研究发现,云南5月降水量显著的年际变化也与大尺度水汽输送异常密切相关,即当热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送强,而南海至东亚大陆地区的水汽输送弱时,降水量偏多,反之偏少.     

中国东部夏季三个雨带降水的年代际变化及其与中高纬环流和海温的关系

根据1998年南海夏季风试验期间GAME／HUBEX一天4次同化资料,着重分析了1998年南海夏季风爆发前后大尺度水汽输送的主要特征,结果表明大尺度水汽条件与季风活动密切相关。南海夏季风爆发前后,南海地区主要的水汽输送带发生了较大变化。季风爆发前,南海地区水汽主要来自西太平洋;季风爆发后,水汽主要来自热带东印度洋和盂加拉湾。降水过程与水汽辐合的极大值密切相关,而主要水汽辐合带位置的移动及强度的变化则和南海夏季风相联系。随着南海夏季风的建立、加强,南海地区的水汽辐合带相应地建立和加强,并伴有降水发生。季风爆发后南海地区大气的可降水量较季风爆发前显著增加。季风爆发前大气的水汽汇中心主要出现在中南半岛及我国华南沿海地区,南海夏季风爆发后,从孟加拉湾到南海水汽输送加强,南海大部、孟加拉湾北部和菲律宾以东的洋面上均转为水汽汇区,从而对南海、日本及其以南的降水产生重要影响。     

南海季风爆发早晚年大气环流的输送异常Ⅰ: 动力输送异常

利用NCEP逐日再分析资料,计算和分析了1949~2009年的南海季风爆发时间,并分析讨论了南海季风爆发偏早年和偏晚年大气环流的差异。结果表明:1)南海季风的爆发伴随着该地区降水的显著增加,且爆发时间在1958~1997年间呈偏早趋势。2)在南海季风爆发早年相对于晚年,中高层纬向风在青藏高原和西南太平洋西风异常偏强、孟加拉湾和南海有东风异常偏弱。3)在低层,孟加拉湾、南海和东海西风异常偏强、西南太平洋东风异常偏弱;而青藏高原北部塔里木盆地北风异常偏弱、中国中东部、南海和孟加拉湾南风异常偏弱、东海南风异常偏强。亚欧大陆、印度洋、南海和西南太平洋的大气环流异常与南海地区降水关系密切。      

江西春季降水异常的环流特征及其对ENSO事件的响应

利用江西省83个气象观测站1961—2018年春季(3—5月)逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对江西春季降水异常的大气环流特征及其对ENSO事件的响应进行了研究。结果表明:江西春季降水异常偏多年,中层500 hPa中高纬地区受欧亚型环流(EU型)影响,乌拉尔山附近阻塞高压系统活动频繁,贝加尔湖地区低槽偏强,西太平洋副热带高压(简称西太副高,下同)偏强,有利于北方冷空气南下并与偏南暖湿气流在江西上空交汇;低层850 hPa菲律宾以东西太平洋地区为异常反气旋环流控制,造成南海水汽向江西地区输送加强。而江西春季降水异常偏少年,其环流特征表现则与之相反。ENSO是影响江西春季降水的重要强迫信号,厄尔尼诺(拉尼娜)衰减年,春季东亚地区低层850 hPa西太副高偏强(弱),有(不)利南海上空水汽向江西地区输送,低层辐合(辐散)和高层200 hPa辐散(辐合)形成的动力抬升条件是造成江西地区降水偏多(少)的主要原因。     

南海、孟加拉湾不对称环流变化对2009年西南特大秋旱的影响

利用NCEP再分析资料及我国160站降水资料,分析了2009年秋季东亚中、低纬环流特征和水汽输送特征及其对西南干旱的影响。同时讨论了秋季不同ENSO状态下东亚地区水汽输送差异,并与2009年进行比较。结果表明:孟加拉湾(简称孟湾)和南海之间环流形势在2009年秋季发生不对称变化,造成两地上空气压梯度减小,孟湾和南海上空分别出现一个反气旋式和气旋式距平环流中心,我国西南至中南半岛处于两距平环流中心之间偏北距平风控制之下,使得进入我国的西南气流异常减弱。水汽输送随之出现变化,南海南部季风低压水汽环流圈异常偏强,孟湾和南海水汽主体经中南半岛重回南海而未进入我国,最终造成我国西南降水异常偏少,出现干旱。这段时间内,西南地区上空出现异常下沉运动,对流活动受到抑制,加剧了干旱程度。在El Ni o年,我国西南及江南地区秋季水汽通量比La Ni a年明显增大,西北及华北则减少。2009年秋季我国的降水分布及南海一带水汽输送特征与普通El Ni o年特征不符,甚至出现相反状态,经对2009年秋季东亚El Ni o影响特征作简单模拟还原和分析,认为上述差异可能与El Ni o反气旋环流影响位置偏北有关。     

夏季东亚季风和南亚季风协同作用与我国南方夏季降水异常的关系

利用1979-2014年中国降水资料和欧洲中心ECMWF再分析资料,运用经验正交函数分解、相关分析、小波分析、合成分析、差值分析等方法,重新计算了南亚季风和东亚季风交界面指数IIEI,在与夏季东亚季风、南亚季风指数对比的基础上,分析了其年际变化、正负异常年特征及其与中国区域降水的关系。结果发现,IIEI综合指数与东亚季风指数呈正相关,与南亚季风指数为负相关,并与夏季中国南方大部地区降水呈负相关; IIEI指数正异常年,东亚季风较南亚季风偏强。南亚高压强度偏弱,位置偏南偏西。西太平洋副热带高压(简称副高)强度偏弱,位置偏东偏北,中国南方受东北风控制。中国南海低空为偏北风,抑制了水汽向我国南方输送。我国南方主要为下沉运动,导致其大部分地区降水偏少,容易引起干旱。IIEI指数负异常年时,东亚季风较南亚季风偏弱,南亚高压强度偏强,位置偏东。西太平洋副高强度偏强,位置偏西偏南,中国南方为西南风控制。南海低空为偏南风,由阿拉伯海和孟加拉湾输送而来的水汽,经偏南气流输送至中国南方广大区域,与从北方南下的干冷气流交汇,因为异常的上升运动,引起中国南方大范围降水异常偏多,容易导致洪涝。因此,东亚季风和南亚季风的协同演变是影响我国南方降水异常的重要原因。     

中国西南地区5月降水与阿拉伯海季风关系的年代际变化

本文利用1960～2017年中国西南地区115个台站观测降水资料和日本气象厅发布的55年再分析资料集,研究了中国西南地区5月降水变异的主导模态及其与阿拉伯海季风的关系。结果显示,中国西南地区5月降水的第一主导模态主要表现为全区一致的变异特征;该模态与同期5月阿拉伯海季风强度异常关系密切,但两者的关系在20世纪70年代后期发生了显著的年代际变化。在1960～1976年,阿拉伯海季风异常所引起的低层大气环流和水汽输送异常主要集中在阿拉伯海到孟加拉湾一带;阿拉伯海季风异常所引起的大气环流不能到达中国西南地区,因此它对中国西南地区5月降水的影响偏弱。但在1981～2017年,阿拉伯海季风异常可以导致整个北印度洋到南海地区的大气环流异常,进而引起中国西南地区水汽和垂直运动的变化,最终对该地区5月降水产生显著的影响。进一步的研究显示,阿拉伯海季风与中国西南地区5月降水关系的变化可能与季风自身的年代际变率有关。阿拉伯海季风在20世纪70年代末之前变率偏弱,其引起的环流异常也偏弱;相反在20世纪70年代末之后,其变率增强,它引起的大气环流异常也偏强,可以延伸到中国西南地区,进而影响到西南地区的5月降水。因此,季风变率的强弱可能在季风对西南地区5月降水的影响中起着非常重要的作用。     

西北东部夏季极端干旱事件机理分析

利用国家气候中心提供的1951—2012年逐日降水、温度、综合气象干旱指数、逐月NCEP/NCAR再分析资料等,采用REOF分析、动力诊断、相关分析以及合成分析等方法,从大气环流异常特征、高空急流与季风异常等方面揭示西北东部夏季极端干旱事件的可能机理。研究发现西北东部夏季发生极端干旱时,副热带急流轴"倾斜",且急流与东亚夏季风强度均处于相对偏弱阶段。极端干旱的成因研究表明:急流轴"倾斜"及其强度减弱导致西北东部地区高层大范围的异常辐合;该地区为水汽源区,对流层整层水汽收支显著亏损;此外,该地区低层盛行来自内陆干旱区的异常西南风,东亚夏季风强度偏弱,高低层配置及大尺度环流形势不利于降水产生。     

2004年南海夏季风活动概述

利用NCEP逐日再分析资料、向外长波辐射（OLR）和卫星降水资料,分析了2004年影响南海夏季风活动的一些特征。结果表明,2004年由于西太平洋副热带高压主体位置比正常偏北、偏西,导致南海夏季风爆发日期比正常偏晚（5月19日）、强度偏大,并主要在南海地区活动。南海季风爆发期间存在明显的季节内振荡,有两个显著振荡周期：一个峰值为20-30天,另一个峰值为40～50天。南海夏季风期间,主要的水汽通量输送集中在南海一西太平洋地区,向北到达华南的水汽输送减少,致使华南地区干旱。