台风温比亚(1818)降水及环境场极端性分析

利用多种观测及分析资料对台风温比亚（1818）暴雨过程的降水演变、极端降水特点及环境场物理量特征等进行分析。此次台风暴雨日降水量极端性显著,降水主要分为登陆前后、深入内陆并转向以及冷空气作用和变性3个阶段,其中第2阶段为最强降水时段。受其影响,河南、山东等地多个站点的日降水量突破历史极值。温比亚（1818）最大小时降水量达127.7 mm,其中74个站点小时降水量超过80 mm,短时强降水维持时间长达14 h,高降水效率及长持续时间造成极端降水。对流层中、低层存在标准化异常小于-4倍标准差的异常低压环流,造成极端低层辐合,叠加高空急流和高压边缘的极端高空辐散,动力条件极端性显著,200 hPa辐散和850 hPa辐合均接近或远超1988—2017年日降水量排名前30（HT30）降水日的最大值。受台风东侧水汽输送影响,降水区假相当位温、整层大气可降水量和水汽通量散度无论与气候态相比,还是与HT30降水日相比,均具有显著极端性,且极端水汽维持时间长达30 h。     

“威马逊”（1409）降水水汽来源和源区定量贡献分析

利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART(the Flexible Particle Model)和水汽源区定量贡献分析方法,研究了超强台风"威马逊"登陆期间(2014年7月17日06:00至19日06:00,协调世界时)强降水的水汽来源和源区定量贡献。结果表明,大量目标气块源自目标降水区西南侧和东侧,西南侧气块可追溯到阿拉伯海和孟加拉湾等地区,且大部分气块来自相对较低层大气,高度在输送途中变化不大,来自东侧的气块可追溯到西太平洋海域,气块初始位置相对较高,在输送途中逐渐降低;源区定量贡献分析显示:南海区域(C)贡献最大,目标降水区域(T)局地贡献次之,孟加拉湾(B)和西太平洋南部区域(D)贡献相当且均低于区域T;区域C和T对"威马逊"登陆期间降水贡献较大源于其较高的源区水汽摄取率(尤其是区域C)和较低的沿途损耗率(尤其是区域T);区域B源地水汽摄取量高于区域D,但从前者摄取的水汽到达目标降水区域而未被释放的比例明显高于后者,同时,两者沿途损耗率相当,造成两者对目标降水区域的最终贡献也相当;尽管阿拉伯海区域(A)水汽摄取亦较明显,但由于沿途的显著消耗,导致其对目标降水区域的最终贡献显著降低。FLEXPART轨迹追踪模式和水汽源区定量贡献分析方法,与以往常用的环流和水汽通量进行定性分析相比,可更为清晰和定量地揭示热带气旋降水的水汽来源特征。     

台风“温比亚”影响山东期间GPM资料的降水分析

为研究GPM（Global Precipitation Measurement）资料对台风雨带降水结构的探测能力,利用GPM卫星资料、地基雷达资料和地面降水实况对2018 年第18号台风“温比亚”影响山东期间的降水结构进行分析。结果表明：台风螺旋雨带造成的降水远大于台风外围云系产生的降水;台风螺旋雨带的雨顶高度大于外围云系的雨顶高度,基本在7 km以上,最大雨顶高度达到15 km;台风螺旋雨带及其外围云系都以层云和对流云降水为主,其中螺旋雨带中对流云降水所占比例高于外围云系,对流云的平均降水率是层云的3倍左右,对流云降水对应近地面降水率和雨顶高度的大值区;台风螺旋雨带的降水柱与外围云系中的降水柱相比,具有数量多、密度大、高度高的特点,这与台风螺旋雨带中对流发展旺盛有关;2A DPR数据产品对降水估测具有较好的指示意义。研究结果为用GPM产品估测降水结构提供了参考依据。     

拉格朗日方法诊断2007年7月中国东部系列极端降水的水汽输送路径及其可能蒸发源区

以2007年7月中、下旬中国中东部地区系列极端降水为研究对象,分别以NCEP/NCAR分析资料和中尺度气象模式(WRF)模拟输出驱动拉格朗日三维粒子输送模式(FLEXPART),通过对极端降水有贡献的大气粒子群(气块)的后向轨迹,诊断了极端降水事件的水汽输送路径及其可能蒸发源区,并定量估算了不同水汽源区对降水事件的相对贡献大小。结果表明,极端降水事件的水汽输送可以向上游追溯到阿拉伯海和西亚地区,青藏高原的地形和副热带高压对水汽输送路径具有重要影响。源于热带和副热带低纬度地区的气块在到达降水区域之前,经历了多次的降水和蒸发过程,其中,阿拉伯海、印度半岛、孟加拉湾、中南半岛的缅甸以及中国西南部的川、滇等地区都是水汽的蒸发源区,上述所有源区为极端降水事件贡献了约80%的水汽。但是,不同水汽源区的相对贡献计算结果发现,陆地蒸发对水汽贡献相对重要,尤其是中南半岛的缅甸、中国的川、滇等地区的地表前期蒸发对这次极端降水的贡献超过了40%,这表明上游地区前期的土壤湿度异常可能对极端降水的发生具有重要的指示意义。     

内蒙古东北部地区一次极端降雪过程的水汽输送特征

利用内蒙古呼伦贝尔市常规观测资料和GDAS、NCEP/NCAR再分析资料,采用欧拉方法分析了2016年春季内蒙古东北部地区一次极端暴雪过程的水汽输送及收支特征,利用HYSPLIT模式和聚类分析模拟计算了此次暴雪天气过程的水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献,并与传统的欧拉方法结果进行对比。结果表明:(1)有3支不同源地的水汽流在内蒙古东北部地区交汇,对呼伦贝尔地区暴雪的发生与维持有重要影响;(2)经向和纬向输送为此次暴雪天气的发生提供了充足的水汽,暴雪区水汽主要源于中高层的南边界和随西风气流的西边界;(3)利用HYSPLIT模式模拟发现,在此次暴雪天气过程中水汽主要来源于新地岛以西洋面、日本海以及巴尔喀什湖,且三者贡献率大致相当。     

台风“温比亚”（1818）造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料（0.25°×0.25°）,对2018年18号台风“温比亚”及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现：1）此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2）“温比亚”缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3）冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4）此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5）对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生“列车效应”,也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。     

1979-2018年青藏高原不同地区积雪季极端降水水汽来源分析

水汽是青藏高原水文循环的重要组成部分,对青藏高原地区的降水、水资源等有着重要的影响。本文利用FLEXPART方法,研究了1979-2018年青藏高原4个区域（青藏高原北部NEQXP、西北地区NWQXP、东南地区SEQXP和西南地区SWQXP）积雪季极端降水的水汽来源及相对贡献。研究表明：（1）NEQXP、NWQXP和SWQXP的年极端降水量和年极端降水日数显著增加,而SEQXP则不显著。（2）青藏高原4个区域极端降水的水汽贡献存在明显差异,SEQXP和SWQXP极端降水主要由阿拉伯海和孟加拉湾的水汽控制,而对NEQXP极端降水贡献最多的是本地蒸发,中亚地区的水汽对NWQXP极端降水的贡献占据主导地位。（3）阿拉伯海孟加拉湾地区、地中海地区、北非阿拉伯半岛地区、SWQXP、中亚地区和NWQXP逐年持续的水汽供应,引起NWQXP逐年极端降水的增加;而NEQXP极端降水增加更多是因为NWQXP逐年水汽增加;SWQXP极端降水增加是因为中亚地区和SWQXP逐年持续水汽的供给导致。这些结果有助于加深对青藏高原内部水汽循环差异和极端降水事件的认识,并从水汽来源的角度解释当前极端降水逐年增加的机制。     

台风“鮎鱼”极端降水分析

1617号台风"鮎鱼"的降水异常强大,温州、丽水部分县市的过程雨量和日雨量超过历史极值,灾害严重。利用NCEP 0.5°×0.5°再分析资料、FY-2G卫星资料、多普勒雷达探测资料和自动站加密观测等资料,对其成因展开分析。结果表明:"鮎鱼"东面与强大稳定的副高之间构成东南急流;北面与缓慢东移的华北高压之间构成偏东风急流;南面是与西南季风相连接的西南急流;3支低空急流构建的切变辐合区是水汽辐合和不稳定能量的集合区,也是中尺度对流的强烈发展区,温州、丽水部分县市的极端降水由中尺度对流的持续发生发展引发。低空急流的长时间持续,特别充沛的水汽输送和冷空气的影响是"鮎鱼"极端降水的主要影响机制。冷空气影响期间,降雨回波发展旺盛,结构紧密,回波强度和降水效率等明显强于无冷空气影响时台风本体环流降雨回波。云顶相当黑体亮度温度(TBB)与台风降水有较好的对应关系,有一定预报参考价值。     

影响海南岛的台风降水及水汽输送源地分析

利用1986—2016年中国气象局台风最佳路径资料、海南岛区域站降水数据以及基于拉格朗日方法的轨迹模式对近30 a影响海南岛的台风降水和大气环流特征进行分析,并探讨了台风影响降水期间水汽输送通道和源地。结果表明：6—10月是台风影响海南岛的主要时段,也是台风降水主要时段。在台风降水偏多(少)年,长江以南地区冷空气影响偏弱(强),副热带高压偏弱(强),南支槽偏强(弱),低层水汽通量场呈现异常气旋性(反气旋性)环流。降水偏多年,海南岛受到来自西北太平洋异常东北气流与印度洋、孟加拉湾的异常偏强西南气流影响;降水偏少年,水汽主要来自西太平洋的偏东气流和南海较弱的西南气流。海南岛台风降水的四个主要水汽源地分别为西太平洋、孟加拉湾、南海和印度洋,在台风降水偏多年,水汽输送贡献最大的是西太平洋和孟加拉湾,分别为33%和30%,来自东西两路的水汽供应充足,而在偏少年西太平洋水汽输送贡献最大,为38%,其余水汽源地贡献均在30%以下,以110°E以东的水汽输送为主。     

湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽来源的关系

以湛江降水为研究对象,利用收集的2019年汛期68个降水样品及同期气象资料,采用同位素示踪技术,结合HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模式溯源,分析了湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽源地的关系,并对5个代表性的降水个例进行了诊断分析。结果表明:1)湛江地区汛期局部降水线为δD=8.02318O-0.703 7,R2=0.954,n=68;前汛期季风带来西太平洋的水汽,18O含量丰富;后汛期降雨主要取决于局部大气环流,一定程度受云下二次分馏影响,δD和18O偏低。2)前汛期西南季风爆发前,湛江降水的水汽主要源于副热带高压外围东南气流输送的西太平洋水汽,西南季风爆发后,南海、孟加拉湾为其水汽源地;后汛期热带系统带来的降水,南海、孟加拉湾为主要水汽源地;非热带系统带来的降水,孟加拉湾为主要水汽源地。     

近45年来河北省极端降水事件的变化研究

利用河北省1961-2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45年河北省极端降水事件频率变化的时空特征.结果表明,全省平均年最大日降水量呈下降趋势,1980年为由多向少的转折点;强降水日数和暴雨日数变化不大,但南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,暴雨日数和强度在1990年代中后期显著增加;降水日数有较明显减少,南部和东南部平原减少更显著;降水日数的减少主要是中、小雨(雪)日数减少造成的.这些结果说明,河北省强降水日数和暴雨日数在降水日数中的比重有增大趋势,强降水量和暴雨降水量在总降水量中的比重可能增加了.这种相对增加趋势主要发生在1990年代中期以后.     

2018年山东一次极端暴雨的环境场特征分析

利用多源气象数据资料,对2018年台风“温比亚”引发山东历史极端暴雨的环境场进行了研究。结果表明：（1）台风“温比亚”影响山东引起的前期强降水位于鲁南地区,主要为台风外围螺旋云系降水,19日白天至夜间是此次强降水主要时段,主要受台风和西风槽相互作用引起的,强降水落区主要集中于台风倒槽附近。（2）副高稳定少动、中低纬系统相互作用及低空急流的稳定维持是此次台风强降水的主要原因。（3）超低空急流相比低空急流对出现强降水更有明显的指示意义,其强度大小影响降水的强弱程度,且超低空（500 m以下）出现20 m?s-1以上的强风速对短时强降水有明显指示作用。低空急流指数对强降水出现特别是中小尺度强降水及雨强大小有一定预示作用。（4）特殊地形在此次台风暴雨中起了较大作用,地形的迎风坡效应在山地产生的强迫抬升作用及山脉阻挡引起的水汽在山前积聚等动力和热力共同作用触发湿对流是此次台风出现短时强降水的重要触发机制。（5）此次台风暴雨过程Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h雨强大小有较好的指示意义。另外,此次台风特大暴雨与冷空气密切相关。     

山东省极端强降水天气概念模型研究

利用山东省1971—1999年逐日降水资料,采用百分位法确定各站极端强降水阈值。据此阈值,在2000—2009年中挑选了39个极端强降水天气过程并进行天气分型,得到高空槽类、副高外围类、切变线类、气旋类、热带气旋类5类极端强降水概念模型。研究表明:切变线类、气旋类和热带气旋类暴雨区范围较大,而高空槽类和副高外围类暴雨区范围较零散;5类极端强降水均伴有低空急流,暴雨区一般位于700 hPa与850 hPa切变线(或槽线)之间、低空急流左侧风向风速辐合处;高空槽类、副高外围类、切变线类一型和气旋类均有冷空气影响,暴雨区位于850 hPa冷温度槽前部;5类极端强降水的产生机制不同,落区与θse的配置也不尽相同。     

1966-2010年山东夏季极端降水事件特征分析

利用山东省117个测站19662010年夏季逐日降水资料集,分析夏季极端降水的时空变化特征。结果表明：1）夏季极端降水频次高值区位于鲁中及鲁东南等地,低值区主要位于鲁西北地区。极端降水强度高值区位于鲁东南地区,低值区主要位于鲁中及其北部地区。全省大部分地区极端降水频次和强度都存在增加趋势,尤其鲁中及其以南地区增加趋势明显。2）夏季极端降水可大致划分为鲁西北、鲁西南、鲁中及其北部、鲁东南、半岛5个区域,各区域极端降水频次和强度以准2~3 a的周期波动为主,鲁西北、鲁西南及半岛地区的极端降水频次和强度在年代际尺度上呈现出反向变化特征。各区域极端降水频次的长期趋势均为增加,而极端降水强度表现为鲁西北地区先增加后减小、其他地区先减小后增加的长期趋势。3）鲁西北、鲁中及其北部、半岛3个区域的夏季极端降水主要集中在7月下旬和8月上中旬,而鲁西南和鲁东南地区极端降水主要集中在7月中下旬。鲁西北和半岛地区极端降水开始时间有推迟的趋势,其他地区的为提前趋势。鲁西北和鲁西南地区的结束时间有提前趋势,其他地区的则为推迟趋势,但提前和推迟的趋势变化均比较微弱。     

The Contribution of Extreme Precipitation to the Total Precipitation in China

Using daily precipitation data from weather stations in China, the variations in the contribution of extreme precipitation to the total precipitation are analyzed. It is found that extreme precipitation accounts for approximately one third of the total precipitation based on the overall mean for China. Over the past half century, extreme precipitation has played a dominant role in the year-to-year variability of the total precipitation. On the decadal time scale, the extreme precipitation makes different contributions to the wetting and drying regions of China. The wetting trends of particular regions are mainly attributed to increases in extreme precipitation; in contrast, the drying trends of other regions are mainly due to decreases in non-extreme precipitation.     

山东省空中水资源的初步分析

利用1997～1999年逐日探空资料和同期水文水资源资料,分析了山东省域空中水汽资源的时空分布特征及地-气系统的水量平衡关系.结果表明:山东省空中水汽资源受天气系统和季节变化的影响明显;静态水汽含量年均值为20.75 mm,动态水汽净输出量全年平均为440.91 mm,并以850 hPa层的水汽净输出为主.水汽净收支率年、季分布具有较强的地域特征.全年的水汽输入量很大,但空中水汽资源转化为地面降水的效率不足5%,而降水转化为水资源的量约为27.31%,空中水汽资源具有很大开发潜力.另外,从大气水量平衡角度分析了山东干旱气候特征的客观必然性,并提出开源增量、增加水资源的对策.     

泰安市降水特征与水资源分析

分析泰安市1951～2002年降水资料,利用Excel图表分析得出泰安降水分布特征和未来趋势。降水年际变化大,年降水量最大值是最小值的5倍;季节分配极不均匀,分布总体呈下降趋势,特别是1997年以来降水量持续少于平均水平,下降趋势明显。利用1951～2002年月降水量和月气温资料,依据高桥浩一郎的陆面实际蒸发经验公式,计算出陆面蒸发、蒸发系数和可利用降水系数,得出泰安水资源的变化特征与降水变化特征基本相似,春季是泰安最易出现干旱的季节。分析1984～2002年泰安地下水埋深资料,得出地下水位的变化基本随每年降水量的多少而升降,总体呈明显下降趋势,地下水资源相应减少,特别是自1995年以来地下水位逐年下降。提出缓解和解决水资源缺乏的两个有效方法,人工影响天气增加降水量和开源节流节约用水。     

呼和浩特近59年降水极端事件分析

利用呼和浩特气象站1951—2009年逐日降水量资料,以年序列的第90个百分位,建立了日降水量极端气候事件的阈值,检测了近59年来呼和浩特逐日降水量极端事件的出现频率,分析了极端事件阈值和日数及降水量的年际、年代际和季节变化,结果显示:①呼和浩特日降水极端事件的阈值小,为10.6mm;全年极端事件出现的频次11d。②降水极端事件主要出现在4-10月,且8月最多。③近59年来呼和浩特全年降水极端事件及其降水量没有显著的增减变化趋势,但而进入21世纪后,极端降水事件及其降水量的变率加大,降水强度明显减小。