新疆地区夏季降水研究进展与展望

新疆地区面积占中国陆地面积的六分之一,具有典型的温带大陆性气候。新疆的夏季降水量约占全年降水量的54%,夏季也是新疆强降水的高发期。在全球变暖的大背景下,新疆地区暖湿化趋势明显,夏季降水量呈增多趋势。本文回顾了新疆夏季降水的研究进展,主要包括新疆夏季降水的时空分布特征、新疆夏季降水气候影响因子、新疆夏季降水影响系统、新疆夏季降水天气机制以及未来变化趋势,最后对新疆夏季降水研究进行了展望,为对其后研究提供相关参考。     

新疆地区夏季降水研究进展与展望

新疆地区面积占中国陆地面积的1/6，具有典型的温带大陆性气候。新疆的夏季降水量约占全年降水量的54%，夏季也是新疆强降水的高发期。在全球变暖的大背景下，新疆地区暖湿化趋势明显，夏季降水量呈增多趋势。回顾了新疆夏季降水的研究进展，主要包括新疆夏季降水的时空分布特征、新疆夏季降水气候影响因子、新疆夏季降水影响系统、新疆夏季降水机制以及未来变化趋势，最后对新疆夏季降水研究进行了展望，为后期研究提供相关参考。     

新疆北部夏季大范围极端降水及其环流异常特征

基于1961—2017年夏季新疆北部45个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用百分位法确定夏季极端降水事件阈值,分析新疆北部夏季不同等级极端降水频数的时间变化特征及雨量与夏季最大日降水量、同月降水量的关系,并通过欧式距离法对12个5级大范围极端降水个例进行聚类分析,重点探讨大范围极端降水分布的环流特征...     

夏季新疆降水异常与印度降水的关系

利用1960-2003年6～8月新疆75个气象站降水量、印度地区降水量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了新疆夏季降水量与印度降水之间的关系,以及印度降水变化与新疆降水异常联系的可能的物理机制.研究表明.印度降水与新疆夏季降水量之间存在显著的反相关关系,它们之间的线性相关系数为-0.39.夏季印度降水变化与其西北侧的西亚-中亚地区对流层平均温度呈显著正相关,从而与对流层高层南亚高压中心东西振荡和高压西部强弱,西亚地氏副热带西风急流(西亚急流)强度和南北位置振荡,500 hPa伊朗高压南北和东西振荡密切联系,夏季印度降水变化通过与这些影响新疆降水的系统联系而与新疆夏季降水呈显著的反相关关系.Eliassen-Palto通量(EP通量)的动力学诊断分析进一步表明,印度季风偏强(偏弱)导致南亚高压两侧由南向北进入亚洲西风急流人口处的波作用通量偏强(偏弱),使得西亚急流偏强(偏弱)、偏北(偏南).     

新疆夏季温度和降水的典型空间分布

用奇异值分解法通过对新疆区域28站1961～2005年夏季(6～8月)平均温度和总降水量资料的分析,得到了新疆夏季主要三对温度和降水量空间分布的典型特征场。新疆夏季温度的空间分布与降水的空间分布基本呈反相关,多雨区的温度呈偏低趋势。夏季降水分布有南北反相、全疆一致、内外反相3种类型。前期5月份南、北疆的温度和降水特征一般会一直延续至夏季。     

新疆夏季降水的区域特征分析

利用新疆103个测站1961—2006年6—8月降水量资料,采用旋转经验正交展开(REOF)方法对新疆夏季降水场进行客观分区,并对各区域夏季降水的特征进行了分析。结果表明:新疆夏季降水场可分为4个区域,各区域的夏季降水的长期演变趋势基本一致,但强度上存在差异,且存在明显不同的突变和周期特征。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。     

山东夏季降水与太平洋海温异常及东亚大气环流的关系

对1961-1999年山东省夏季降水量与上年6月到当年6月各月平均SST作相关分析,得知山东夏季降水量与当年5月西北太平洋亲潮区SST关系密切;SVD分析表明,北太平洋160°E~175°W,36°N以北SST是影响山东夏季降水量的“关键区”,该海域5月SST与青岛、日照、临沂及鲁南地区夏季降水量正相关;东亚大槽区4-5月份大气环流异常引起5月亲潮区SST异常,这可能与该纬度带上的冷暖空气交换有关。     

1991-2020年新疆降水的时空变化特征

利用新疆35个观测站1991—2020年逐日降水量资料,采用降水变差系数、线性趋势分析、Morlet小波分析等方法研究了新疆天山南、北坡与山区的降水时空变化特征。结果表明:新疆降水量空间分布差异大,从北向南减少的梯度明显且西部多于东部。夏季降水量占全年降水量45%,山区降水量相对稳定,北坡降水四季分布更均衡,南坡降水量主要在夏、春两季。近30年降水量总体呈显著增加趋势,而且秋季降水量增加更明显,降水量具有准10和准20年的周期。     

南亚高压与长江中下游夏季降水异常的关系

该文利用1951—2013年夏季全国160站降水资料与NCEP/NCAR再分析月平均高度场资料(水平分辨率为2. 5°×2. 5°),选取17个站点代表长江中下游流域,采用合成分析及相关分析等方法,研究了夏季降水量异常与同期及前期5月南亚高压的关系。结果表明,降水量异常偏多年夏季南亚高压中心位势高度明显偏大,位置较为偏西,前期5月南亚高压东西跨度较大,面积偏大;降水量异常偏少年份南亚高压中心位势高度偏小,前期5月中心位于中南半岛上空,面积偏小。夏季南亚高压东伸指数和5月份南亚高压脊线位置与长江中下游流域夏季降水相关性较好,对长江中下游流域夏季降水具有一定的预测作用。     

近52年巴音布鲁克山区日降水变化趋势与突变特征分析

利用巴音布鲁克气象站1960-2011年逐日降水资料,统计了逐年降水日数、降水量、以及5—9月不同量级降雨日数、降雨量,进而得到暖季不同降雨雨强,运用线性趋势系数、M—K检验及滑动71检验等方法分析了巴音布鲁克山区降水的变化趋势和突变特征。结果表明：近52a来巴音布鲁克山区年降水量和降水日数呈明显的增加趋势,气候倾向率分别为9．5mm／10a、3．2d／10a,然而年降水量和降水日数的增加主要源自冷季而非暖季,年降水量与降水强度关系更密切。巴音布鲁克山区暖季5～9月降雨量占年降水量的八成以上,暖季微雨日显著减少,小雨事件对年降水量的贡献率减弱,大雨和暴雨的贡献率增加。冷季降水量和降水日数显著增加,冷季降水日数在1975年附近发生增多突变,冷季降水量在2003年后发生增多突变。     

海温异常对云南5月降水主要模态的影响

利用1961~2016年云南125个气象观测站逐月降水数据,结合同期NCEP/NCAR再分析资料和英国Hadley中心海表温度资料,在揭示云南5月降水主要模态特征的基础上,分析发现北太平洋、赤道中东太平洋和赤道印度洋是影响云南5月降水的三个主要关键海区,由此定义了对应不同关键区的类PDO指数、类ENSO指数、Dsst指数和Esst指数,进一步探究云南5月降水主要模态与海温异常的关系。结果表明:（1）云南5月降水的主要模态为全区一致型和东西差异型,其中东西差异型模态表现出明显不对称特征,东多西少时的东西差异特征比较明显,而东少西多时西部地区降水偏多的范围很小,主要以中东部地区降水偏少为主。（2）北太平洋地区的类PDO和类ENSO海温异常模态是影响云南降水全区一致型变化的主要因子,类PDO主要影响水汽输送变化,而类ENSO主要影响冷空气活动,即当北美沿岸海温偏低、北太平洋中部海温偏高和赤道中东太平洋海温偏低时,有利于云南全区一致型降水偏多,反之则有利于降水偏少。（3）Dsst指数表征的赤道印度洋海温变化是影响云南降水出现东西差异的主要因子,当印度洋海温偏高时,有利于云南降水西多东少,反之则有利于云南降水西少东多,而Esst指数表征的赤道中东太平洋海温变化却会减弱Dsst指数对降水东西差异型的影响,使云南降水更趋向于全区一致型的变化。      

华北地区秋冬季气溶胶污染与不同类型降水的关系

气溶胶对降水的影响具有很大的不确定性,正确理解和认识气溶胶对不同类型降水的影响对提高天气预报的准确度和全球气候变化具有重要意义。利用GPM-DPR观测资料和MERRA-2再分析资料分析了气溶胶污染与华北地区2014—2020年秋、冬季对流云降水和层状云降水的关系。结果表明:与清洁状况相比,气溶胶污染状况下对流云降水的降水强度有所增强,雨顶高度更高。在污染状态下对流云降水具有粒径小但数浓度高的降水粒子,潜热加热率更高。气溶胶污染与层状云降水的降水强度、雨顶高度等宏观特征不存在明显相关。层状云降水相比对流云降水更容易受到大气水汽条件和垂直上升运动的影响。因此,在气象条件主导降水的情况下,气溶胶污染对华北地区层状云降水的影响很难通过GPM-DPR和MERRA-2数据观测到。      

1967-2006年中国东南沿海盛夏降水强度变化特征分析

利用中国地面台站逐日和逐时降水资料,对中国东南沿海地区近40年(1967-2006年)盛夏(7-8月)降水强度变化特征进行了分析.逐日降水资料的分析结果表明我国东南沿海盛夏的降水量呈显著增加趋势,且主要是由日降水强度增强所致,日降水频次的贡献不显著.结合逐时降水资料的分析结果发现,东南沿海地区虽然降水日的平均降水时数显著增加,平均逐时降水强度也显著增强.通过按降水持续时数确定的降水事件分类分析发现,短持续降水(≤4h)平均小时强度显著增强,具体表现为弱小时强度降水减少和强降水增多.长持续性降水(≥15h)平均小时强度减弱,但降水频次增加.由于长持续性降水的平均小时降水强度远大于短时降水平均小时强度,对整体小时强度增强是正贡献.总之,我国东南沿海盛夏平均降水强度增强主要来自长持续性降水频次的增多、短时强降水频次的增多和短时弱降水频次的减少.     

郑州市近58a降雨量变化分析

采用水文序列中常用的谱分析、有序聚类分析、Kendall秩次相关检验和Man-Kendall检验等方法,分别对郑州市1951-2008年的年降雨量、汛期和非汛期降雨量序列进行周期性、突变性和趋势性检验分析,结果显示:总体上郑州市年降雨量保持平稳,但各年汛期和非汛期的降雨量分别呈现出增加和减少的趋势,而且非汛期降雨量减少的趋势性较为显著;年降雨量和汛期降雨量有较为显著的近似10 a的周期,而非汛期降雨量表现为不显著的3 a的周期;年降雨量、汛期和非汛期降雨量序列的突变点均在20世纪70年代末和80年代初,但并不显著。     

近40年北京地区夏季降水日变化及不同持续时间降水事件的特征

利用北京地区20个国家站1980～2020年的长期逐时降水资料,分析了北京夏季降水的基本气候特征和日变化时空分布特征。结果表明:（1）北京地区夏季40年平均降水量分布具有西北山区小,平原大,山区向平原过渡区的迎风坡最大的特点;降水频率则相反,平原降水频率整体小于山区;降水强度整体表现为西北弱,东部强,城区与南部居中的特点。北京夏季降水的强度和极端性较强,致灾风险高。（2）北京夏季平均降水量日变化主体呈单峰型,降水频次为双峰型,降水强度为多峰型,三者同时在22时（北京时,下同）达到最大,在12时最小。（3）降水的峰值时间随月份依次后推,6月最早,7月次之,8月最晚;峰值雨量7月最大,8月次之,6月最小。（4）降水量、降水频率和降水强度的日峰值空间分布具有较强的一致性,西北山区四站出现在20时以前,其余16站出现在20时及以后。使用K均值聚类算法将20站划分为两个区域,结果显示两个区域的降水量、降水频率和强度的日变化具有完全不同的分布特点。（5）近40年北京地区的降水结构在不断调整,短持续时间降水主导期和长持续时间降水主导期交替出现。2000年以前以小于6小时的短持续性降水为主,近15年大于6小时的长持续性降水明显增多。     

乌鲁木齐汛期降水集中度和集中期时空变化特征

利用乌鲁木齐5个国家级气象站1978—2019年5—9月逐日降水资料,统计分析逐候降水集中度(P_(CD))和集中期(P_(CP))变化趋势和时空分布特征。结果表明:近42 a乌鲁木齐汛期降水集中度和集中期均呈微弱下降趋势,表明汛期降水分配趋于均匀,降水集中期呈逐渐提前趋势。汛期降水集中度和集中期空间分布差异显著,降水集中程度由西向东逐渐增大,降水集中期出现时间由北向南逐渐推迟。汛期降水集中度在整个研究期内存在6、15 a左右周期变化,降水集中期存在12 a左右周期变化。对多降水年和少降水年降水集中度和集中期合成分析,发现少降水年降水集中程度高于多降水年,而降水集中期明显晚于多降水年。     

不同天气背景下京津冀降水临近外推预报

基于2019—2020年京津冀地区不同天气系统影响下的降水过程,采用交叉相关法和光流法对快速更新多尺度分析和预报综合集成系统（Rapid-refresh Multi-Scale Analysis and Prediction System-Integration,RMAPS_IN）的降水分析产品进行0~2 h临近外推预报的批量试验。结果表明:由交叉相关法和光流法计算的两种外推矢量在大小和方向上存在一定差异,直接差异与影响降水的天气系统位置有明显的对应关系,而方向差异受地理位置的影响更明显,台风类降水呈弧形带状分布,低槽冷锋类、低涡类、气旋类、暖切变线类等几类降水均呈西北大东南小的特点;预报效果方面,总体上交叉相关法优于光流法,尤其是预报时效超过30 min以后,各种降水类型的批量检验结果显示交叉相关法的预报评分优于光流法,且预报时效越长、优势越明显,但预报时效为10 min时,光流法在低涡类、台风类、暖切变线类的空报率上优于交叉相关法。此外,基于外推的临近预报方法对京津冀地区台风类降水的预报效果最好,其次为暖切变线类、低涡类、低槽冷锋类、气旋类。     

多种降水实况融合产品在四川一次强降水过程中的评估

利用四川省地面观测小时和分钟降水数据,针对2019年发生在四川地区的首场区域性暴雨过程,采用多种评估指标对国家气象信息中心研发的九种降水融合产品进行对比评估。结果表明:四种24h降水融合产品(CMPAS_24h_RT05、CMPAS_24h_NRT05、CMPAS_24h_RT01、CMPAS_24h_NRT01)、四种1h降水融合产品(CMPAS_RT05、CMPAS_NRT05、CMPAS_RT01、CMPAS_NRT01)和一种10min降水融合产品(CMPAS_10MIN05)均能较好的反映强降水落区的时空变化趋势,但降水极大值都较实况有一定的低估。总体而言,降水融合产品的质量较高,对强降水有很好的监测能力,累计降水量与实况相当,1h降水融合产品与实况的相关系数超过0.924,晴雨准确率在94.4%以上,10min降水融合产品与实况相关系数为0.85,两种产品的TS评分都随降水量级的增大而降低。对比而言,1km产品优于5km产品,近实时产品优于实时产品,1h产品优于10min产品。1h融合产品的降水合计与24h融合产品降水量一致,10min和1h降水存在不一致的问题,但二者差异不大。      

江西省夏季降水效率特征

利用南昌、赣州2个探空站1988～1997年7～9月07：00与19：00探空资料和江西省85个气象台站1988～1997年7～9月降雨量资料，对降水效率进行计算和分析，结果表明，江西省历年(1988～1997)季降水效率为7．65％，7、8、9月各为7．04％、9．90％、6．02％，降水效率最大值为1377％，最小值为3．55％。低压辐合类天气影响时降水效率最大，季平均值为20．48％，其它依次是低槽、台风低压、大陆高压、东风波影响时降水效率也比较大，季平均值各为11．90％、8．56％、7．05％、7．04％，台风外围影响时降水效率最小为3．33％。