热带太平洋潜热通量变化及其与我国夏季降水的关系

采用1948-2010年NCEP/NCAR再分析潜热通量资料,利用经验正交分解(EOF)方法,分析了夏季热带太平洋潜热通量变化的时空特征,并探讨了中国东部夏季降水异常与潜热通量变化时空格局的关系.结果显示,热带东太平洋潜热通量变化存在明显的线性减小趋势;潜热通量还具有在年际时间尺度上的变化特征.热带太平洋潜热通量第一模态时间系数与中国夏季降水相关系数表现为“南正北负”型分布,表明热带太平洋地区的潜热通量减少可能是造成我国夏季降水在20世纪70年代以后长江中下游及华南地区夏季降水明显偏多,东北、华北地区夏季降水明显偏少的影响因素之一.进一步分析表明,热带东太平洋潜热通量异常偏少时,造成东亚地区500hPa位势高度场异常偏高,形成向南的水汽输送异常,并可能通过东亚副热带西风急流年际变化影响中国夏季降水分布.     

潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动影响的机理研究

使用1958—2001年的中国气象局台风年鉴资料和欧洲中心再分析资料,初步揭示了潜热通量异常对西北太平洋(含南海)热带气旋活动的可能影响机理。统计分析发现,西北太平洋(含南海)热带气旋年频数与北太平洋副热带(简称关键区)的潜热通量在过去40余年中均表现为显著的减弱趋势。诊断分析表明,关键区的潜热通量通过低层信风向西的水汽输送—整个西北太平洋热带气旋活动区水汽低层辐合上升而凝结—潜热释放这一链条改变西北太平洋(含南海)大气环境场条件(包括中层湿度场、高低层涡度场和高低层散度场),进而调制热带气旋活动。使用SAMIL模式进行关键区内潜热通量加倍和减半的敏感性试验,进一步证实了关键区潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动调制作用的可能机理,而对南海热带气旋活动影响较小。由此可推断,在过去40余年中,北太平洋副热带中部区潜热通量的减弱趋势可能是造成西北太平洋(含南海)热带气旋频数下降的主要原因之一。     

华南夏季降水20世纪90年代初的年代际变化及其与南亚高压关系

利用1979—2008年中国160站降水资料、NOAA的CMAP降水资料以及NCEP/NCAR大气再分析资料,应用1978—2008年全球逐月观测海表温度驱动NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行数值模拟,探讨了华南夏季降水的年代际变化特征及其与南亚高压的关系。结果表明,华南夏季降水与南亚高压的东伸脊点关系密切,均在20世纪90年代初存在年代际转变。在1993—2008(1979—1992)年期间,南亚高压位置偏西(东),西北太平洋副热带高压位置偏东(西),华南地区则低层辐合(辐散)异常、高层辐散(辐合)异常,产生异常上升(下沉)运动,华南地区降水年代际偏多(少),这也被数值试验结果所验证。     

台风“山竹”(1822)引发华南暴雨过程机制分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°的FNL再分析资料、CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星-地面自动站融合降水数据以及FY-2G卫星反演的TBB(black-body temperature,云顶亮温)对1822号台风"山竹"在华南造成强降水过程进行了分析。结果表明:西北太平洋副热带高压和南亚高压的稳定维持有利于台风残涡持续影响华南地区;低层来自孟加拉湾的低空急流与西北太平洋副热带高压南侧偏东风汇合后建立起一条连接华南的水汽通道;在登陆台风影响下,大气视热源和视水汽汇主要来自于垂直运动释放的凝结潜热;湿位涡诊断分析表明强的水平风垂直切变导致低层大气斜压性增强,出现显著的对流不稳定。     

鲁南初冬一次罕见特大暴雪的成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2015年11月23—24日山东南部出现的一次罕见特大暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明:1)这是一次典型的回流形势降雪,850 h Pa东南风急流影响的鲁南地区降雪强度较大,而东北风急流影响的区域降雪强度较弱。2)700 h Pa强西南低空急流、850 h Pa东南低空急流为鲁南地区降雪提供了充沛的水汽,水汽通量的强辐合区域即为大暴雪的发生区域。3)暴雪区上空散度呈现出弱辐散—强辐合—强辐散的垂直结构;暴雪落区与高空的强辐合中心以及强上升运动中心吻合度较高。4)暴雪期间,850~925 h Pa之间维持一个逆温层;强冷空气使得925 h Pa以下边界层温度锐降导致降雨迅速转雪,降雪持续时间长是鲁南地区产生异常强降雪的重要原因。     

西北太平洋台风频数异常及其与海气通量的关系

利用1984-2002年联合台风预警中心(JTWC)最佳路径台风资料、全球海洋客观分析海气通量(OAFluxes)资料和NCAR/NCEP-2再分析资料,使用SVD等统计方法,对西北太平洋台风频数与低层大气环流及海气通量异常之间的关系进行了研究,结果发现150°E以东的低纬海区是台风频数年际异常变化最显著的区域,台风频数与低层大气环流异常、潜热通量和短波辐射通量变化有着密切的联系:当副热带高压强度减弱(增强)、脊线偏北(南)、主体东移(西伸)时,季风槽加深东进至160°E(西退至140°E),低纬的纬向西风加强(减弱),海洋输送给大气较多(少)潜热通量,盛行的纬向西风携带着季风槽南侧的暖湿水汽与副热带高压南缘偏东气流的水汽输送在150°E以东(以西)的低纬海区辐合,150°E以东辐合上升的暖湿气团吸收的短波辐射偏多(少),有利于(不利于)形成高温高湿的不稳定结构,台风能量不断(不易)积累,在低层强(弱)辐合、高层强(弱)辐散的环境场作用下,有利于(不利于)台风在150°E以东的低纬海区的生成。     

郑州“7·20”极端暴雨的水汽输送特征

在亚洲中高纬度“两槽一脊”的稳定环流形势下,西北太平洋副热带高压和台风“烟花”“查帕卡”等共同作用,引导水汽在郑州地区辐合,导致2021年7月19—21日郑州地区出现降水极值超过800 mm的罕见极端暴雨(以下简称为“郑州“7·20”极端暴雨”),造成重大人员伤亡和财产损失。针对此次郑州“7·20”极端暴雨过程,采用HYSPLIT模式追踪其水汽来源和输送特征。结果表明:郑州“7·20”极端暴雨的水汽主要来自北太平洋西部和南海北部,北太平洋西部的水汽受西北太平洋副热带高压和台风“烟花”的共同影响,南海北部的水汽受台风“查帕卡”和“烟花”的共同影响。水汽主要在850 hPa以下高度输送,而来自南海北部的水汽在向北输送的过程中逐渐抬升,临近郑州地区时接近700 hPa。基于HYSPLIT后向追踪的水汽轨迹进行定量计算,得到来自北太平洋西部和南海北部的水汽贡献分别约占73%和27%。     

“温比亚”台风登陆前后大暴雨特征及成因分析

利用中尺度自动站加密资料、雷达和卫星资料以及NCEP全球分析资料,诊断分析1818号台风"温比亚"登陆前后大暴雨特征及其成因。结果表明:(1)台风登陆前后,降水具有时间集中、局地性强、雨强大等中尺度降水特征,强降水集中在距台风中心100 km以内的台风前进方向的左前部和后部,主要由两个移动性雨团和1个相对少动雨团产生,距台风中心25～50 km的降水量中心小时降水量普遍较大;(2)杭州湾区域地面辐合一方面加强了低空水汽辐合,另一方面促进了上升运动的发展和维持,使得中尺度对流雨团在宁波东北部至舟山一带发展加强,同时引导气流偏弱和地形作用导致台风在舟山附近移速减慢,延长了影响时间,造成了杭州湾附近区域的大暴雨;(3)地面辐合的增强和减弱对应于其后1 h降水的增大和减小;水汽通量散度的减小、增大与降水的增大、减小有较好的对应关系,水汽通量散度在-16×10~(-5)g/(cm~2·hPa·s)以下的时段降水较强;垂直螺旋度大值中心所对应区域未来6 h有强降水,垂直螺旋度的减小对应于该区域其后6 h降水的减弱。     

近60年来登陆华南热带气旋降水的气候变化特征及其成因

采用华南67个气象观测站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析风场、表面气压场、高度场、海表温度场资料以及上海台风所提供的热带气旋资料,分析了1960—2016年登陆华南热带气旋降水(TCP)的气候变化特征及其成因。结果表明:(1)华南区TCP存在显著的地域差异,沿海最大,往西往北递减,EOF展开TCP的距平场前3个模态特征向量的累积方差贡献达70.6%,其中第一模态整个区域表现为一致的偏多或偏少;(2)华南区TCP和TC频数年代际变化特征明显,1960—1995年TCP的平均值远远高于1996—2016年TCP的平均值,两者差值54.6 mm/站,两个时段年平均登陆TC频数相差1.4个;(3)1995年之后,西太平洋副高脊线明显西伸,南海北部的偏东气流减弱,不利热带气旋在这一带西行登陆华南,同时1995年之后整个华南总体的水汽通量辐合减小,三者的共同作用使得1995年之后华南地区TCP比1995之前TCP明显减少。     

2012年7月鲁东南地区连续大暴雨过程成因分析

通过常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和加密自动站资料,对2012年7月7—10日连续发生在鲁东南地区的两次大暴雨过程进行了成因分析。分析表明:副热带高压的西伸北抬和稳定维持使西南低空急流长时间维持为大暴雨连续发生提供了充足的水汽和能量。第一次过程鲁东南位于切变线南侧和西南急流左侧;第二次过程鲁东南位于低涡东南象限和地面气旋东北象限。强降水中心位于850hPa高能舌顶端和925hPa高能中心重合处。第一次过程无明显冷空气,是边界层的强辐合和上升运动造成了强降水;第二次过程近地面有冷空气侵入,辐合和上升运动中心到达700hPa把水汽输送到较高的高度,有利于高效率降水的产生。     

中国东部夏季降水年际变化与同期东海潜热通量的关系

利用1985~2008年OAflux3、NCEP＼NCAR再分析资料与中国大陆东部108个站点的降水资料,应用回归和合成方法,分析了中国东部夏季降水的年际变化与同期东海及邻近海域潜热通量变异的关系。结果表明:东海及邻近海域(以下称东海)夏季潜热通量年际变化显著的区域位于东海区域,为与同期中国东部降水密切相关的关键区域。当东海的潜热通量偏高(低)时,中国东部长江以南地区上空盛行偏东北(西南)风异常,这将不(有)利于水汽由南向北的输送,从而可能使到达长江中下游流域及以北地区的水汽偏少(多);并且,长江中、下游流域为下沉(上升)气流和低层水汽辐散(辐合)正异常,对应降水偏少(偏多);华南地区为上升(下沉)气流和低层水汽辐合(辐散)正异常,对应降水偏多(偏少)。分析结果还表明,东海的潜热通量可通过影响东亚大气环流而成为引起中国东部夏季汛期降水年际异常的重要原因之一。     

2011年春夏长江中下游旱涝急转特征及原因分析

利用NCEP再分析资料,分析了影响2011年春夏季长江南部中下游地区发生旱涝急转的异常大气环流特征及影响因素。发现:长江南部中下游地区旱涝急转发生与西北太平洋副热带高压的变化有密切关系。副热带高压由弱到强的变化为降水提供了水汽条件,高空急流的变化则为降水提供了上升运动条件。进一步分析表明,西太平洋副热带高压西伸加强的原因与副热带高压加强前一候时间内孟加拉湾地区的异常对流加强有密切的关系。急流的变化则与陆地气温的季节变化和中纬度西太平洋强经向海表面温度(SST)梯度异常存在密切的联系。本文的研究表明:2011春夏季长江中下游地区旱涝急转现象的发生,是局地大气环流变化,南北半球大气相互影响以及海洋对大气环流影响的共同作用造成。     

2014年鲁南一次暖切变暴雪过程的诊断分析

利用常规观测资料、自动站资料及NCEP1°×1°再分析资料对2014年2月4—6日鲁南暴雪过程进行诊断分析。研究表明:(1)500h Pa的短波槽,700h Pa和850h Pa暖式切变线及低空急流是造成这次暴雪的关键影响系统,同时位于华北700h Pa的小高压对强降雪的形成也起到关键作用。(2)东南低空气流的移动跟雨区的移动具有很好的对应关系。第一阶段降雪的水汽辐合主要集中在700h Pa,第二阶段的水汽辐合集中在对流层低层。(3)此次降雪过程降水相态的温度与厚度判据与经验统计预报指标一致。     

太平洋年代际涛动对ENSO与华南冬季降水关系的可能影响

基于中国160站冬季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA SST资料,本文分析了太平洋年代际涛动(PDO)不同位相时期ENSO事件对华南冬季降水影响的差异。结果表明:在PDO正位相时期,El Nio年华南冬季降水显著增加,而La Nia年华南冬季降水没有明显变化;在PDO负位相时期,El Nio年华南冬季降水增加虽然显著,但仅是PDO正位相时期的一半,而La Nia年华南冬季降水显著减少,这说明PDO对ENSO事件影响华南冬季降水具有调制作用,且El Nio(La Nia)事件对华南冬季降水的影响在PDO不同位相时期具有不对称性。前人研究指出,El Nio(La Nia)事件主要通过西北太平洋异常反气旋(气旋)影响华南冬季降水。本文分析发现,在PDO正位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋北侧西南气流影响华南,造成降水增加,而La Nia年西北太平洋异常气旋位置向南推,对华南地区影响很小;在PDO负位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋位置东移,对华南影响不大,而La Nia年华南地区基本为西北太平洋异常气旋北侧东北风异常所控制,从而使降水减少。由此可见,PDO不同位相时期El Nio(La Nia)事件影响华南冬季降水异常差异的主要原因是西北太平洋异常反气旋(气旋)的差异造成的。此外,源自孟加拉湾低槽南侧的西风水汽输送异常在PDO不同位相时期El Nio(La Nia)年份也存在非对称性的差异。     

一次渤海海效应暴雪云团的卫星观测及成因分析

利用星载激光雷达资料等多种卫星遥感数据,结合大气再分析资料等,对2008年12月4—6日发生在山东半岛北部的一次海效应暴雪云团降雪过程进行了分析。结果表明:(1)暴雪云团发生在东北冷涡西南部对流层中低层强西北冷平流、地面气压场气旋式弯曲的天气背景下。(2)受冷平流作用,对流层中下层降温明显,导致渤海低层大气不稳定度增加,海面风场辐合产生上升运动,并将大量的水汽和热量输送至低层大气,这有利于浅对流的加强,并进一步促进降雪云团的形成。(3)降雪云团虽然为浅对流云,但云系冷中心较强;云团发展旺盛时期的云内平均降雪率为0.41mm/h,且降雪率的大值区表现为强弱相间的条状分布。(4)云团的射出长波辐射通量不仅与云团温度有关,还与云内冰水含量有关,冰水含量越高,射出长波辐射通量越低;在研究云对辐射的影响时,没有降水(雪)的云系和有降水(雪)的云系应该分别考虑,降水(雪)弱的云系和降水(雪)强的云系也应该分别考虑。     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm•h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g•cm-2•hPa-1•s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

2017年7-10月西北太平洋TC生成异常特征及成因分析

利用CMA-STI热带气旋最佳路径数据集和NCEP/DOE再分析资料,对2017年7—10月西北太平洋热带气旋(TC)生成异常特征及大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2017年7月西北太平洋TC生成个数异常偏多、生成时间集中,7—10月TC生成位置异常偏西;(2)西北太平洋副热带高压7月下旬持续减弱东退和20～60 d季节内振荡异常活跃是该时期西北太平洋TC频繁生成的重要原因;(3)西北太平洋上空大尺度环流异常造成了2017年7—10月西北太平洋TC生成位置偏西。西北太平洋中、东部海域为强盛副高控制,但在南海至菲律宾以东洋面季风槽活跃,该海域对流层低层形成气旋性涡旋、高空散度和低层涡度大、垂直风切变偏小、对流层中层湿度大。而西太平洋越赤道气流与西北太平洋上空大尺度环流一致变化,越赤道气流偏弱,仅有位于105°E的越赤道气流较强,使得西北太平洋上空利于TC生成的环流西移;(4)受La Nina事件发展影响,赤道太平洋出现东风异常以及Walker环流异常偏西,使得与TC生成有关的大尺度辐合中心西移,造成TC生成位置偏西。     

东部型和中部型厄尔尼诺事件对山东夏季降水的不同影响

利用1951—2017年NOAA月平均海面温度、NCEP/NCAR的再分析资料以及中国160站月降水观测资料,通过分类合成分析方法研究了东部型（eastern Pacific,EP）和中部型（central Pacific,CP）厄尔尼诺（El Niño）事件当年及次年对山东夏季降水年际变化的影响。结果表明,两类El Niño发生年,山东夏季降水均较常年显著偏少,但EP El Niño对山东夏季降水的影响强度和范围略弱于CP El Niño：EP El Niño发生年夏季,仅鲁西北部分地区以及胶州湾附近降水较常年显著偏少,而CP El Niño当年夏季山东全区降水较常年显著偏少。EP El Niño和CP El Niño次年对山东夏季降水异常的影响呈反位相,且影响大值区空间位置也完全相反：EP El Niño次年夏季山东东部尤其是半岛地区降水较常年异常偏少（青岛地区最为突出）,而CP El Niño次年夏季山东中部和北部尤其是西北部地区降水较常年异常偏多。EP El Niño当年和次年夏季、CP El Niño当年夏季500 hPa高度场异常分布形势不利于西北太平洋副热带高压的北上,850 hPa风场为偏北风和偏东风异常,山东水汽输送条件差,水汽无明显辐合,造成大部分地区降水偏少。CP El Niño次年夏季西北太平洋副热带高压偏强,位置偏西偏北,850 hPa显著西南风场异常,山东中西部水汽辐合明显,这些是降水偏多的重要原因。     

南海盐致环流对台风降水的响应特征分析

本文采用多源卫星遥感数据通过统计分析的方法研究了17年间(2000—2016年)南海夏季(6—9月)台风对该海域降水、淡水通量的贡献及其可能导致的环流异常。主要结论如下: 1) 台风是南海中北部降水的重要影响因子, 可导致日平均降水量增加12mm, 约占南海夏季日平均降水(25mm·d ^-1)的一半, 且西北太平洋台风和南海“土台风”产生的降水分布存在显著的区域和强度差异; 2) 夏季, 南海由淡水通量引起的盐致环流表现为以海南岛东南部海域为中心的弱气旋式, 其流量量级约为-0.15Sv, 约占同期风生环流流量(约为-1.5Sv)的10%; 3) 夏季, 台风带来的降水使得南海中北部的气旋式盐致环流增强, 且西北太平洋台风降水导致的淡水通量变化引起的盐致环流强度要强于南海“土台风”。