1998年夏季长江流域梅雨期环流演变的特殊性探讨

利用1998年南海季风试验(SCSMEX)和华南暴雨试验(HUAMEX)的同化资料和2001年973中国暴雨试验(CHeRES)的T106背景场资料,对1998、2001年夏季6～7月环流和降水的分析表明:(1)1998年中高纬度双阻形势有利于冷空气南下,对二度梅的形成有重要作用;2001年副高偏东,中纬度槽脊的位置与典型梅雨相反,没有形成典型的梅雨.(2)东亚沿岸大槽的形成以及相应西风急流的南移、东伸和北风(冷空气)的南进,对二度梅开始时副高的突然南压有重要作用,这些因子可以作为1998年7月下旬二度梅形成的前期预报因子.(3)对降水与夏季风关系的分析表明,季风的短期变化与雨带的进退和维持有密切关系,特别是20～30°N较大范围的低空急流对梅雨锋降水有重要作用;1998年梅雨期风速和湿度场有明显的日变化,且与强对流系统发生的时间一致.(4)对历史上长梅和二度梅年情况进行了分析,并将1998年的环流与1950年以来造成严重洪涝灾害的长梅和二度梅的环流作了对比,再次确认这几次梅雨期的中高纬度均为双阻或单阻形势,而1954、1980、1991年的副高为带状;1954、1980年副热带高压属于西进稳定型,1991、1998年分别属于南退北跳型及北跳南退型,但最后经调整使副高停留在长江以南,均有利于梅雨期降水.     

近53年江淮流域梅汛期极端降水变化特征

基于1961—2013年江淮流域梅汛期（6—7月）逐日降水资料,利用百分位法确定极端降水阈值,对江淮流域梅汛期极端降水的时空分布及突变特征进行分析,结果表明：95%分位极端降水阈值多在50 mm以上,大值中心主要位于湖北东部到安徽南部一带;平均极端降水强度与阈值大小的空间分布相似。极端降水量和极端降水日数整体呈现由安徽南部向四周递减的空间分布特征,极端降水量约占梅汛期降水总量的1/4~1/3。从季节内分布上看,极端强降水站次在梅汛期呈单峰型分布,各候间差异明显,其中6月第5候到7月第2候最多。极端降水量、极端降水日数以及极端降水量占梅汛期总降水量百分比均具有明显的年际变化,且上升趋势显著;江淮流域梅汛期极端降水量和极端降水站次的这种上升趋势均在1980年发生突变。     

对流层上层斜压波包活动与2003年江淮流域梅雨的关系

利用NCEP/NCAR再分析和中国740站逐日降水资料, 研究了2003年淮河流域梅雨期间对流层上层斜压波动的传播情况。结果发现, 斜压波组织成波包向下游传播且具有明显的下游频散效应。波动起源于巴尔喀什湖西北侧, 沿着西北－东南向的路径向东南传播, 传至江淮流域大约需要3天。斜压波包所带来的扰动能量为江淮流域暴雨的发生发展提供了必要的能量积聚。通过与1998和1997年这两个梅雨年份的比较, 发现1998年异常强梅雨年的斜压波包的活动特征与2003年的相似, 但在梅雨降水非常偏少的1997年, 未发现有明显的斜压波包向下游的传播。     

长江下游梅汛期中尺度涡旋特征分析

利用2006～2009 年日本再分析资料对长江下游地区梅汛期间(5～7 月)边界层内中尺度涡旋进行普查,并分类统计分析了边界层内中尺度涡旋与暴雨、低空急流的关系。研究结果表明:每年的5～7 月该地区经常在对流层低层或(和)边界层内出现中尺度扰动涡旋,根据中尺度涡旋最初生成的高度不同,可划分为边界层中尺度涡旋、对流层低层中尺度涡旋和对流层低层—边界层中尺度涡旋三类。边界层中尺度涡旋中与暴雨有密切关系的中尺度涡旋称为边界层中尺度扰动涡旋(PMDV),根据涡旋前或后6 小时累积雨量,可以进一步将其分成两类:第一类是暴雨的直接制造者中尺度对流系统(MCS)先于边界层中尺度扰动涡旋发生(MCS-PMDV);第二类是边界层中尺度涡旋产生后,激发了中尺度对流,造成了暴雨过程(PMDV-MCS)。PMDV-MCS 类涡旋暴雨的特点是在对流层低层850 hPa 是一条切变线,其南侧有一支西南低空急流,边界层925 hPa 则是一个闭合的涡旋,暴雨区主要落在涡旋的东北面和东南面。     

长江中下游入梅指数及早晚梅年的海气背景特征

利用1957～2001年全国160站逐月降水资料和116站入梅日期资料,定义了一个长江中下游入梅指数,以定量描述长江中下游地区平均入梅的早晚,再结合ERA－40高分辨率再分析资料和ERSST海温资料,利用相关分析和合成分析, 分别研究了早、晚梅年同期（6～7月份）和前期（前一年12月份至当年5月份）的大尺度大气环流及海温的异常特征。结果表明:早梅年同期,200 hPa南亚高压偏北,印度北部、孟加拉湾－印度尼西亚－副热带太平洋地区上空的对流偏强,西太平洋副热带高压和赤道辐合带位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,晚梅年则相反。前期1月份北太平洋涛动及4月份西太平洋暖池附近的对流与当年入梅早晚存在显著的相关关系:早梅年,1月份北太平洋涛动偏弱,4月份西太平洋暖池附近的对流活跃;晚梅年,1月份北太平洋涛动偏强,4月份西太平洋暖池附近的对流偏弱。此外, 从前期海温场来看,早梅年,1～4月份北大西洋中高纬地区海温偏低,低纬地区海温偏高,呈南北偶极子分布状态,2月份西太平洋暖池附近海域及北半球冬、春季环澳大利亚海域海温明显偏高,晚梅年情况正好相反。以上这些前期信号为长江中下游地区入梅的短期气候预测提供了参考依据。     

2015年6月1—2日长江流域灾害性天气灾情、汛情和雨情特征

2015年6月1—2日灾害性天气使长江流域沿江省份出现严重灾情,众多水库超限,甚至开闸泄洪,长江支流水位上升。6月1—2日长江流域出现了多个强降水雨团,雨团大多数自西向东移动,有少数雨团停滞在局地发展加强;影响湖北南部地区强降水的致灾雨团为一个,强降水集中,降水强度大,突发性明显。仅有一个中尺度对流系统(MCS)造成湖北南部地区强降水天气的发生,该对流系统生命史10.5 h,对流系统中对流发展极其强盛,回波顶高超过18 km,大于40 d Bz的强回波达到10 km高度,这在长江流域强降水事件中较少见到。     

从中期天气过程看近几年长江中下游梅雨偏少的原因

长江中下游地区自2000年到2007年连续八年梅雨期降水偏少。本文从中期天气过程的角度分析了这八年不利于长江中下游梅雨的主要因子, 有东亚高空急流中准定常波动、 西太平洋暖池强对流活动和西北太平洋热带气旋活动。西太平洋副热带高压受这些因子的直接影响, 在中期时间尺度上副高环流形势发生变异, 从而造成长江中下游梅雨期的降水异常减少。在这八年的梅雨期中, 这些因子的特别异常, 更主要的由于它们的组合作用是导致近年来长江中下游梅雨偏少的直接原因。并且, 同样是长江中下游梅雨偏少, 不同因子的组合方式也影响着长江中下游梅雨偏少的降水异常分布背景。本文还初浅地讨论了在季节内预测长江中下游梅雨时对中期天气过程的参考。     

基于ERAlnlerim资料的2003年淮河流域梅雨期水汽收支分析

以2003年6月29日-7月11日淮河流域梅雨期强降水为研究对象,采用ERAInterim再分析资料和站点降水资料,综合分析该期间慢降水时段水汽收支。结果表明：降水主要来自低层水汽辐合的贡献,而与低空急流相联系的水汽辐合具有显著的日变化,即后半夜至凌晨最大,午后最小,并由此造成了梅雨期强降水独特的日变化特征,最强降水出现在后半夜至凌晨;蒸发主要集中在白天,夜晚很小,数值约为降水量的15％,表明局地水循环的重要作用。针对淮河流域强降水区进行的水汽收支计算表明,水汽收支方程左、右两边数值在整个强降水时段具有较好的一致性,相关系数为0．77;对整个强降水期取时间平均,获得的水汽收支方程左、右两端数值的偏差为18％。     

天气尺度波列对长江中下游6月梅雨的影响

采用1979—2007年6月NCEP/NCAR2.5°×2.5°逐日再分析资料和中国743站逐日降水资料,利用相关分析、合成分析等方法,分析了天气尺度波列的特征及其对长江中下游6月梅雨的影响。结果表明:当长江中下游6月梅雨较少时,东亚及西太平洋区域存在一个天气尺度波列;该波列的延伸距离较短(从黄河河套地区经过长江中下游至南海、菲律宾海一带),维持时间也很短,且仅仅在500 h Pa以下较强。诊断及个例分析表明,当该波列异常显著时,长江中下游梅雨降水明显减少,而其南部区域降水则增多,说明该波列对预报长江中下游降水具有重要的指示意义。     

基于ERA Interim 资料的2003年淮河流域梅雨期水汽收支分析

以2003 年6 月29日—7 月11 日淮河流域梅雨期强降水为研究对象,采用ERA Interim 再分析资料和站点降水资料,综合分析该期间强降水时段水汽收支。结果表明: 降水主要来自低层水汽辐合的贡献,而与低空急流相联系的水汽辐合具有显著的日变化,即后半夜至凌晨最大,午后最小,并由此造成了梅雨期强降水独特的日变化特征,最强降水出现在后半夜至凌晨;蒸发主要集中在白天,夜晚很小,数值约为降水量的15%,表明局地水循环的重要作用。针对淮河流域强降水区进行的水汽收支计算表明,水汽收支方程左、右两边数值在整个强降水时段具有较好的一致性,相关系数为0.77;对整个强降水期取时间平均,获得的水汽收支方程左、右两端数值的偏差为18%。     

近45年长江中下游地区汛期极端强降水事件分析

利用长江中下游地区1960—2004年78个台站汛期（4—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端强降水阈值,然后统计出了不同台站近45年逐年汛期极端强降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析。结果表明：长江中下游汛期极端强降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着汛期总降水量的多少。一致性异常分布特征是长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的最主要空间模态;长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的空间分布可分为5个主要区域。通过最大熵谱估计分析表明,Ⅰ区显著周期为2～4年;Ⅱ区和Ⅳ区的主要显著周期是基本一致的,显著周期为2～3年和6.3年;Ⅲ区显著周期为14.7年的年代际变化;Ⅴ区显著周期为22年的年代际变化和4～5年的年际变化。各分区代表站中岳阳（Ⅰ区）表现为很显著的增长趋势,10年增长率为1.0次;南岳（Ⅱ区）和南京（Ⅳ区）增长趋势相对较弱;衢州（Ⅴ区）增长趋势相对最弱;而洪家（Ⅲ区）近45年来汛期极端强降水事件发生频次则表现为很弱的减少趋势。     

2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因分析

为深入理解江淮梅雨持续性强降水的大气演变过程,探讨中期预报技术途径,利用NCEP/NCAR逐日再分析数据和历史梅雨特征指数等资料,系统地分析了2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因.结果表明:梅汛期,西北太平洋副热带高压稳定和7月中下旬持续偏南,决定了2007年梅汛期降水的时间和地域分布特征.阻塞高压的频繁出现和副热带季风涌的异常强盛为梅雨锋维持和加强提供了有利的动力、热力以及水汽条件;"伊朗型"南亚高压的活动以及东亚上空副热带急流通过高低空耦合动力作用,不仅为持续性暴雨创造了良好的垂直环流结构,也间接抑制了副高北抬.在此研究基础上,归纳出中期预报着眼点,供实际业务预报参考使用.     

2011年长江中下游梅雨锋暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和常规观测资料,分析了2011年6月长江中下游梅雨锋暴雨的大尺度环流特征,并对其中两次梅雨锋暴雨过程的降水特征和锋生条件进行对比分析。结果表明:(1) 500 hPa 中高纬地区两槽一脊强度均比常年偏强,持续稳定的高纬经向环流形势的存在为梅雨锋强降水持续稳定提供了所需的冷空气,冷空气与印缅槽前稳定的西南气流在长江流域频繁交汇,有利梅雨锋锋生以及形成大范围持续性强降水;(2) 200 hPa 南亚高压北侧强西风急流以及其南侧东风急流均比常年明显偏强;(3) 来自孟加拉湾的西南急流与副热带高压南侧偏强的东南气流辐合形成强南风影响我国华东地区,为梅雨锋强降水提供了充足的水汽输送,梅雨锋区水汽辐合明显加强时段与梅雨期四次强降水过程一一对应;(4) 两次梅雨锋暴雨过程降水特征和锋生条件存在明显差异,前者冷暖空气同时对锋区作用造成能量锋区锋生,是一次对流性降水,后者无冷空气影响,是一次地面静止锋波动引起的稳定性降水。     

长江流域极端强降水分布特征的统计拟合

基于长江流域147个气象站1960-2005年最大值降水序列(AM)与超门限峰值降水序列(POT),选取4大类20种分布函数,采用极大似然法和线性矩法估算了参数,经柯尔莫洛夫-斯米尔诺夫检验,确定了降水极值的最优概率模型.对AM与POT两套极端强降水序列的频率分析均表明,Wakeby分布函数能够较好的拟合长江流域降水极值的概率分布.同时指出了降水极值的拟合存在的不确定性.     

1960-2005年长江流域降水极值概率分布特征

 摘 要：根据1960-2005年长江流域147个气象站逐日降水观测资料和ECHAM5/ MPI-OM气候模式20世纪试验期（1941-2000年）79个格点逐日降水模拟资料,建立年最大强降水AM（annual maximum）序列及汛期日降水量＜1.27 mm的最长干旱持续天数MI（Munger index）序列,分析了长江流域降水极值序列的时空分布特征和概率分布模式。结果表明：1) 长江流域强降水事件的强度和概率最大的地区位于岷沱江流域中游、洞庭湖湖区、长江中下游干流区与鄱阳湖东南部支流等地区,干旱事件强度和概率最大的地区位于金沙江流域中下游与嘉陵江流域;2) 气候模式模拟的长江流域AM事件的多年平均值普遍高于观测值,但离差系数普遍低于观测值; 3) 气候模式模拟结果与观测的降水极值空间分布有一定的差异,但对气候模式和实际观测的降水极值概率分布的拟合,均证明Wakeby分布函数能够较好地拟合降水极值的概率分布。     

2000年以来夏季长江流域降水异常研究

根据1880年以来中国夏季的雨型、1890年以来长江中下游梅雨以及1951年以来北半球大气环流等资料,利用物理统计分析的方法,研究了2000年以来夏季长江流域降水异常特征及东亚大气环流背景。结果表明,20世纪50年代至70年代后期我国夏季主要多雨带位置偏北,黄河流域、华北一带降水偏多,长江流域降水偏少,长江中下游梅雨偏弱;70年代后期到90年代末我国夏季主要多雨带南移,长江流域进入多雨期,长江中下游梅雨偏强,黄河流域、华北地区则转入少雨期;但是2000年以来的夏季,在黄河流域、华北地区仍维持少雨的背景下,主要多雨带却徘徊在黄河与长江之间及华南、江南长江流域降水显著偏少,梅雨异常偏弱,空梅频繁出现,长江流域、黄河流域及华北地区同处在持续少雨位相和干旱频发阶段,这种同步振荡的异常现象历史上极为少见。夏季东亚环流型的特殊配置是2000年以来夏季长江流域持续少雨的主要原因之一,这与2000年以前长江流域夏季少雨的环流背景不一样。     

江淮区域梅雨的划分指标研究

为便于江淮区域的梅雨划定, 更好地开展区域梅雨短期气候预测业务, 本文从区域角度出发, 在明确区域梅雨概念的基础上, 选取江淮区域梅汛期降水变率一致的36个代表站点, 根据梅雨的大范围持续性时空分布特征, 采用连续5个滑动候满足候内雨日≥4的站点覆盖率指标, 并结合西太平洋副高脊线位置, 提出了江淮区域梅雨入、出梅的确定方法。基于所提出的区域梅雨划分指标, 进一步分析了江淮区域梅雨特征量的气候特征, 并与已有的长江中下游梅雨特征量进行了比较。结果表明, 本文定义的区域梅雨指标既考虑了梅雨系统大范围持续性降水的天气现象, 又可反映典型梅雨系统的高低层环流配置及梅雨的降水条件, 能较好地描述梅雨的区域气候特征。区域梅雨指标反映的入、 出梅日期的气候特征、 长期变化趋势及异常梅雨等方面与已有长江中下游梅雨特征量基本一致, 但本文的区域梅雨入、 出梅与大气环流季节性调整具有更好的一致性, 且采用江淮区域空间分布均匀的36个站点来描述区域梅雨更具代表性。     

近50年长江中下游春季和梅雨期降水变化特征

利用1961—2009年长江中下游地区52个气象站逐日降水资料,研究了该地区春季降水与梅雨期降水的连续变化特征,划分了连续旱、连续涝、先旱后涝和先涝后旱4类连续性事件,并探讨其成因。结果表明:长江中下游地区春季降水量年际和年代际变化较为显著,其中连续旱和连续涝事件发生较多。前冬Ni?o3区的海温与春季和梅雨期降水量相关性超过0.05显著性水平,前冬青藏高原积雪深度与6月西太平洋季风指数与梅雨期降水量相关性均达到0.05显著性水平。当春季水汽丰富,同时春季与6月副热带高压中心位置持续偏西可能导致春季和梅雨期降水持续偏多;春季水汽丰富,但春季至6月副热带高压中心位置由偏西向偏东转变,可能造成先涝后旱;春季水汽偏少,且春季与6月副热带高压中心位置持续异常偏东,易造成持续干旱。2011年水汽突变可能是导致旱涝急转的直接原因,前冬的La Ni?a事件不利于春季降水而6月副热带高压位置异常西伸, 则容易引发旱涝急转。     

1998年"二度梅"期间突发强暴雨系统的中尺度分析

采用实测资料,对造成7月20日至22日期间的特强暴雨过程进行了分析,认为,除去副热带高压南退且稳定维持这种有利的大尺度条件外,一系列β中尺度天气系统在长江中游(即鄂东河谷地区)的发生发展是造成本次强暴雨的最直接原因,这类系统的发生发展具有很大的局地性和突发性.分析表明,对流层中低层的水汽的大量集中以及对流不稳定条件的存在可能对此类系统发展提供了有利环境,对其启动的机制作了初步的讨论,认为地形的热力强迫及梅雨锋上的中尺度扰动可能对此类系统的发生发展起了触发作用.     

2018年长江上游严重洪涝的气象水文特征

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规气象水文实况观测资料,分析了2018年6—7月长江上游严重洪涝期间的气象水文特征,结果表明：2018年长江上游洪涝期间发生了三次强降水过程,降水落区在长江上游北部地区高度重叠,引发了严重的洪涝灾害。大尺度的环流形势分析表明,中高纬低槽、副热带高压、鄂霍茨克海阻塞高压、乌拉尔山阻塞高压均较历史同期异常偏强,副热带高压的南北摆幅较大,当副热带高压每次北跳后,都会与槽后冷空气在长江上游遭遇,形成一次强降水过程。大尺度环流的“鞍”型场配置有利于孟加拉湾及南海的水汽输送到长江上游地区,并在该地区与中纬度西风带水汽辐合形成强降水。历史对比结果表明：2018年长江上游的降水具有面上强度大、北部支流降水极端性强、降水时间集中的特点。2018年长江上游北部的沱江、涪江、嘉陵江等流域在水位和超警戒时间上均高于2012年。2018年长江上游总的降水量及洪峰流量虽未超过2012年,但在长江上游北部的沱江、涪江、嘉陵江引发的洪涝灾害可超过2012年。