洞庭湖流域夏季降水特征及旱涝年份大气环流分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961-2015年逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,对洞庭湖流域55年夏季降水的时空变化与典型夏涝年、夏旱年的大气环流特征进行分析。结果表明:55a间流域夏季降水存在明显的年际和年代际变化特征,存在准3a和20a周期。流域夏季平均降水量呈现由中北部平原地区向四周山区递增的空间分布特征。从大气环流和水汽输送及辐合形势来看,典型夏涝(旱)年,对应着西北太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强和流域上空水汽的异常辐合(辐散)。     

长江流域旱涝时期大气水汽输送与收支

本文对1980年和1985年长江流域典型夏涝与夏旱时期中国大气水汽输送以及收支特点进行了对比分析。旱涝形成在很大程度上是水分盈亏问题。水分输送及平衡在气候形成中的作用一直受到气象学者的重视,但旱涝时期我国大气水汽输送和收支的研究还不多。     

凉山州夏季旱涝急转及典型年份大气环流特征研究

摘要：利用1961-2020年凉山州17个站点6-9月的逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均格点数据,定义了凉山州夏季长周期旱涝急转指数（LDFAI）,并对旱涝急转典型年份的大气环流特征进行分析。结果表明：1961-1970年为明显的LDFAI高值年,旱转涝年多于涝转旱年,且旱转涝强度较强;2001-2010年为明显低值年,旱转涝年少于涝转旱年,前期旱涝急转程度较强,后期旱涝急转程度很弱。涝期,高空西风带强度偏弱,中高纬槽脊更为显著,经向运动较强,有利于冷空气南下,中低纬为多波动纬向环流,凉山州上游短波系统活跃,高原多短波低槽东移影响凉山州,副热带高压位置适中,西脊点位于25°N、120°E附近,有利于孟加拉湾及南海的水汽向凉山州输送,水汽通道条件优于旱期,同时低层辐合、高层辐散的配置更明显,更利于上升运动,旱期则相反。凉山州旱转涝年的前期比涝转旱年的前期下沉运动更强,水汽辐合弱,不易产生降水,而旱转涝年的后期比涝转旱年的后期上升运动更强,水汽辐合强,有利于降水的产生。     

梅雨前后亚洲季风区平均散度风环流和水汽输送的研究

分析了１９８３年江淮流域梅雨期及其前后亚洲季风区平均散度风环流和垂直积分水汽输送的辐散分量。在入梅前强水汽辐合中心位于华南，出梅后则位于印度季风区，梅雨期这两地区都存在着强水汽辐合中心，并且强水汽辐合区和中国东部雨带的位置变化及热源分布有着密切关系。同时指出，江谁流域梅雨与大尺度辐散环流的变化、热源的配置及水汽辐合的位置有着较好的对应关系。     

江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析

在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.     

长江流域典型旱／涝夏季大气中的水汽输送

1980年夏季(6、7、8月),雨带在30-33°N间南北摆动,长江流域暴雨频繁,造成严重涝灾。1985年夏季长江流域以局部阵性降水为主,雨带不明显,是典型的夏旱年。本文在(20—45°N,100—125°E)范围内选取72个测站,利用每日00Z探空资料计算这两年6、7、8三个月从地面到100hPa各层和整层的水汽总输送、平均输送和涡旋输送,得出:80和85年夏季我国大气中水汽输送有明显不同的特征,大范围内水汽通量的分布与降水量的分布和降水特点相一致,与西太平洋副热带高压系统和西风带气流的强弱有密切的关系;80年夏季水汽输送量大,涡旋输送由南向北一直输送到黄河流域以北,850hPa上长江中下游有明显的水汽辐合,华南地区有明显的冰汽辐散;85年夏季水汽输送量小,经向输送弱,涡旋输送无明显一致的输送方向,850hPa上长江流域处于水汽辐散或弱辐合区中。分析100—115°E间一些测站水汽经向输送振荡的方差谱,得出在80年夏季长江流域地区对流层中下层有较明显的7—8天振荡,85年夏季则有很强的30天左右的振荡。     

7月东亚高空西风急流变化对我国雨带的影响

分析了7月东亚高空西风急流北跳和急流中心西移时我国雨带的变化特征,发现急流北跳与长江中下游梅雨结束有很好的对应关系;急流中心西移则与长江中下游梅雨结束无对应关系,但急流中心西移相对于急流北跳发生的早晚对雨带北移过程有重要影响:在急流中心西移晚于急流北跳发生年份,雨带北移依次为长江中下游地区—淮河流域—黄淮地区逐渐北推,其他年份雨带则从长江流域直接北跳至黄淮地区。进一步分析表明:(1)急流北跳和急流中心西移引起中纬度大气环流发生显著变化,从而引起西太平洋水汽输送发生显著变化,孟加拉湾水汽输送无变化。(2)急流北跳和急流中心西移时大气环流调整不同,导致来自西太平洋的水汽输送变化不同,进而对雨带北移产生不同的影响。急流中心西移相对于急流北跳发生时间早晚不同,大气环流调整过程和水汽输送调整过程也不同,使得雨带北推进程不同。     

华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960～2015年中国753站汛期(4～9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。     

江淮梅雨期降水南北反位相分布与大气准双周振荡

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析江淮梅雨期降水的南北反位相分布(Anti-Phase Distribution:APD)和大气准双周振荡(Qusi-Biweekly Oscillation:QBWO)之间的关系,诊断结果表明:(1)1954—2005年江淮梅雨APD共有16年较为显著。从1990年代开始,梅雨APD显著增强,并且表现出显著的2年和4～6年振荡周期。在降水较多的区域,降水的准双周振荡往往也较强。(2)梅雨期降水APD和中国东部地区降水的南北变动同属一个位相,中国东部地区的南涝北旱或者南旱北涝在很大程度上可以由江淮地区降水的分布类型来说明。(3)"南旱北涝"年,准双周滤波的整层水汽通量能够传播到30°N以北,同时存在强烈的水汽通量辐合从中高纬度向南传播到江淮流域。而在"南涝北旱"年,准双周的水汽输送所能到达的纬度明显偏南,来自中高纬度向南传播的水汽通量辐合也不显著。(4)"南旱北涝"年降水正位相,西北太平洋副热带高压(简称西太副高)脊线位于22°N以北,850 hPa低频反气旋的位置相对于"南涝北旱"年偏北,调节西太副高进入南海位置也偏北。南海和江淮上空的准双周垂直速度异常位置整体偏北,第3位相的上升运动和第7位相的下沉运动都位于30°N以北,南海的垂直速度异常也主要位于南海北部,而在"南涝北旱"年,准双周垂直速度异常的分布偏南。     

四川盆地夏季水汽输送特征及其对旱涝的影响

利用1981—2000年夏季观测资料,分析了四川盆地夏季平均的水汽输送状况及四川盆地典型旱涝年的水汽输送差异特征,并在此基础上,初步分析了四川盆地旱涝异常的大气环流背景。结果表明:四川盆地的夏季水汽主要来源于青藏高原、孟加拉湾及南海地区。当西太平洋副热带高压偏北偏西时,其外侧东南风可以把南海水汽带到盆地西部,孟加拉湾及青藏高原水汽受到阻挡被迫停留在盆地西部,形成了盆地西部异常的水汽辐合,东部异常的水汽辐散,由此导致四川盆地西涝东旱。反之,当西太平洋副热带高压偏南偏东时,其西南侧的南海水汽不能到达盆地西部,只能到达盆地东南部,而孟加拉湾及青藏高原水汽则可以进入盆地东部,在盆地东部形成异常的水汽辐合,在西部形成异常的水汽辐散,造成四川盆地西旱东涝。     

利用高分辨率ERA-Interim再分析资料对2011年夏季江淮区域水汽汇的诊断分析

利用水平分辨率接近0.7°×0.7°、垂直方向60层的ERA-Interim再分析资料,分析了2011年夏季江淮区域水汽汇的演变及各项的贡献,研究了与水汽辐合项有关的水汽输送及相应的月平均环流和天气尺度扰动。结果表明:(1)ERA-Interim再分析资料对江淮区域夏季水汽平衡有较好的描述能力。由水汽辐合项与水汽局地变化项计算的水汽汇值和用降水与蒸发求得的水汽汇值高度一致,说明该资料可用于研究江淮区域的水汽汇。(2)2011年夏季江淮区域整体处于水汽汇区,且水汽汇值具有明显的2~6天的天气尺度振荡。降水对水汽汇的贡献远大于蒸发,而水汽辐合项与水汽局地变化项对水汽汇均有较大贡献,并且对水汽汇具有超前1~2天的指示作用。(3)月平均环流和天气尺度扰动均通过与水汽输送密切相关的水汽辐合项对江淮区域水汽汇产生显著影响。月际尺度的水汽汇变化与大尺度大气环流尤其是副高有密切关系;而江淮流域及西南地区的天气扰动对江淮区域水汽汇的天气尺度振荡起到至关重要的作用。     

夏季水汽输送特征及其与中国降水异常的关系

利用1958－1999年NCEP／NCAR再分析资料研究了水汽输送特征，表明：全球纬向水汽输送在南北半球中高纬度由西向东，在低纬由东向西，分别与中纬度西风带和热带东风带一致，经向输送在夏季由南半球向北半球输送，冬季则刚好相反，就全年来说水汽也是从南半球向北半球输送。南北半球副热带地区是大气水汽源，热带和中高纬是大气水汽汇，夏季中国大部分地区也是水汽汇。讨论了中国夏季3类雨型与异常水汽输送的关系，结果表明中间型雨带对应中国东部有一支东北异常水汽输送和另一支西南异常输送在长江流域辐合；南方型雨带对应一支东北异常输送和另一支来自西太平洋副高西北侧的西南异常输送在华南辐合，北方型雨带对应中纬度西风异常输送与副高西北侧的西南异常常输送在华北辐合。     

黄河流域冬、夏季水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料,对黄河流域1月和7月多年平均及旱、涝年整层积分的水汽通量、辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明,1月黄河流域无明显的水汽输送,而7月水汽沿西南、东南及西北3条路径输送,前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、下游区,而上游区水汽流入较小;旱年,黄河中、上游区均无明显的水汽输送,只有下游的小范围地区受西南气流影响。各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应,而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源;涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月,西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出,各区均为水汽净辐散,不利于降水;7月,大量的水汽主要来自西边界和南边界,涝年各区均为水汽盈余,多年平均也以净辐合为主,而旱年则以水汽亏损为主。     

青藏高原及其周围地区大气热源对川渝盆地夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国地面观测站的逐日降水资料,分析了青藏高原及其周围地区大气热源异常变化对川渝盆地夏季西涝东旱及东涝西旱发生的影响。结果表明,青藏高原东部经长江流域到渤海附近地区以及孟加拉湾到中南半岛附近地区大气热源减弱时,引起高纬冷空气和低纬暖湿气流向川渝盆地西部汇合,大量的水汽被输送到川渝盆地西部辐合上升形成降水,而东部地区的环流形势则不利于水汽辐合,最终导致西涝东旱;相反,青藏高原东部经长江流域到渤海附近、中南半岛经中国南海到菲律宾附近地区和中国西北部及蒙古国附近地区的热源加强时,引起高纬冷空气及低纬暖湿气流向川渝盆地东部汇合,大量的水汽被输送到川渝盆地东部辐合上升形成降水,西部地区环流形势也不利于水汽辐合,造成东涝西旱。     

西藏高原汛期旱涝年水汽输送差异特征

利用西藏高原39个气象站自1961年或建站开始至2010年汛期(5—9月)的逐月降水资料,根据Z指数和区域旱涝指数分析了近50年西藏高原汛期旱涝的变化特征。在此基础上,选取了典型旱、涝年,采用NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过合成分析方法分析了旱、涝年的水汽输送特征的差异。结果表明:近50年以来,西藏高原以旱为主,涝灾较少,干湿状况具有明显年代际变化;西藏高原汛期旱涝与水汽输送异常联系紧密,典型旱(涝)年北印度洋、西北太平洋和亚洲中纬度地区的整层水汽通量经向、纬向及整层水汽通量和水汽通量散度均存在显著差异,呈反位相分布。越赤道急流区的差异最为显著,索马里越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在经向上,而菲律宾越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在纬向上。     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。     

华南冬春降水的年际变化及其与水汽输送的联系

利用1960—2008 年华南47 个基准站降水资料和NCEP/NCAR 再分析资料,研究了华南冬春降水的年际变化特征及其与水汽输送的联系。结果表明,1960 年代—1970 年代和1990 年代末至今,华南冬、春降水明显偏少。华南冬春降水异常以“ 全区冬春同号型” 居多,且冬春连旱频率较高。影响华南冬春连续旱/涝的水汽输送存在季节性差异,冬季水汽输送变化主要来源于孟加拉湾和南海,春季水汽输送变化则来源于南海和我国北方。进一步探讨海温异常的影响发现,与华南冬春连续旱(涝)事件相关的Niño3.4 海温存在正、负异常型,海温异常中心分别偏向Niño4(Niño3)区和Niño3(Niño4)区。Niño3.4 区海温正异常时,孟加拉湾和南海水汽输送与华南冬春连续旱涝有密切联系;Niño3.4 区海温负异常时,冬季自西北太平洋经南海的水汽输送及春季自菲律宾海经南海的水汽输送和北方水汽输送对华南冬春连续旱涝有重要影响。以上水汽输送在两种海温异常情况下,连涝(旱)年均异常偏强(弱)。因此,Niño3.4 海温异常的变化及分布与华南冬春持续旱/涝事件存在联系,在此气候背景下,水汽输送异常是影响华南冬春降水异常的重要物理因子,其中南海是水汽输送异常显著相关区。      

江淮梅雨异常空间分布型对比分析

利用国家气候中心整编的中国160个测站的月降水资料,提取1951—2012年江淮流域26站6、7月份的梅雨量距平场资料进行EOF分析,将梅雨雨型分为北涝南旱型和南涝北旱型。利用NCAR/NCEP再分析资料对两种空间分布的典型年大气环流背景特征进行合成分析,结果表明:北涝南旱年,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势偏强,极涡偏弱,西太平洋副热带高压和南亚高压位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,水汽辐合中心偏北;南涝北旱年情形基本相反,高纬度鄂霍次克海高压阻塞形势和极涡偏强,西太平洋副热带高压和200 hPa南亚高压位置偏南,东亚副热带夏季风偏弱,水汽辐合中心偏南。     

从水汽角度对青藏高原东南侧高空探测布局的分析

水汽是大气探测最关心的要素之一。从青藏高原东南侧出发,以NCEP再分析资料为基础,利用水汽气候诊断方法结合区域地形研究了该区域的水汽分布、输送与辐合辐散特征,并讨论了探空站布局。水汽输送分布与大气可降水季节差异均表明,青藏高原东南侧是夏、秋季东亚季风和南亚季风影响的季风过渡区,也是东亚地区最主要的水汽通道之一,尤其在秋、冬、春季此通道的水汽输送更为关键。青藏高原东南侧的大气可降水量比西南侧明显要大,这与低纬高原和青藏高原南侧南凸弧形构成的地形组合有着密切关系。青藏高原东南侧地形对水汽辐合、辐散的影响具有复杂性和特殊性,既有经向、纬向差异也有高低层差异。复杂的水汽分布及输送特征需要加强水汽探测。通过对水汽探测关键区的量化研究表明,滇西北—藏东南—缅北地区、滇东—黔西地区以及滇西南地区是观测需求较为显著的区域。     

一次强雷雨过程的分析

高空横槽南部及江淮气旋槽前,有利于气流辐合抬升,且西太平洋副热带高压的西北侧边缘极不稳定,同时中低空西南急流提供了源源不断充足的水汽,高空急流入口区次级环流的出现使低层迅速成为辐合上升中心,为强降水的突发提供了有利条件。探空曲线上风向顺转使得低层存在暖平流,造成大气的强烈对流运动。