雨季海南岛绕流区的雨量分布初探

我们过去的工作曾指出,5月分来自琼州海峡和海南岛西侧的两股暖湿气流在东兴—钦州一带辐合,对那里的降雨有明显贡献。通过进一步分析,认为这两股气流是远处乎行的气流在向大陆进发时,受海南岛地形的阻挡,产生绕流效应而形成的。从平均流场上看,5月份绕流辐合点落在钦州附近,由于辐合点附近的低层暖湿空气辐合上升,使钦州雨量增加,又由于十万大山的地形抬升等作用,使东兴的雨量增加更明显。 在以上工作的基础上,我们根据广西气象局的《广西气候资料》(1973年4月)和粤桂沿岸及近海台站和海南岛部分台站的气候资料,对雨季海南岛绕流区的雨量分布进行探讨。     

雨季海南岛绕流效应与粤桂南部中尺度降雨系统的关系

通过对流场、物理量场以及雷达回波资料的分析,指出雨季海南岛绕流效应与粤桂南部中尺度降雨统的直接联系,并对暴雨实验期间发现的中尺度波状降雨带成因试作解释。     

青藏高原绕流和爬流的气候学特征

本文利用1951～2008 年NCEP/NCAR 再分析资料, 通过绕流和爬流方程, 将高原附近表层风场分解为绕流分量和爬流分量两部分, 计算出了实际大气中的绕流和爬流运动的强度, 分别探讨它们的气候态特征。结果表明:高原主体年平均绕流场围绕高原地形并在高原西南部(32°N, 75°E)附近产生分支, 分支点下游的高原主体南部和北部分别表现为气旋性和反气旋性流型;年平均的爬流分量场沿喜马拉雅山脉辐散, 高原主体为偏南上坡风, 东北部为偏北上坡风。夏季绕流场为气旋式流型, 中心位于高原中部(35°N, 90°E)附近;秋季绕流场围绕高原地形边缘基本为一个反气旋流型。夏季, 高原主体偏南风爬流与偏北风爬流在高原南北中线附近辐合, 除夏季外, 沿高原南侧喜马拉雅山脉为爬流辐散区。高原主体和高原附近的关键区内, 绕流和爬流存在不同的季节循环特征。从绕流和爬流分解公式出发, 本文详细探讨了表面流场的绕流和爬流运动各分量对地形高度及地形梯度的依赖性:经向绕流与纬向绕流比值、经向爬流与纬向爬流分量比值为仅依赖于地形高度的定常值。年平均的绕流及爬流矢量强度随着所处地形高度的升高而逐步增强;从区域分布的角度而言, 高原附近绕流强于爬流的区域范围较广, 绕流占主导地位。地形纯动力强迫产生的爬流运动与观测资料中高原附近的垂直运动具有很高的位置对应关系, 但冬季和夏季均存在强度上的差异。     

一个考虑了青藏高原附近流场特性的数值模式

设计了一个在水平和垂直方向均具有混合p-σ坐标性质的修正σ坐标模式(称绕流模式),通过地形的刚体内边界条件实现青藏高原附近下层气流的绕流。并对绕流模式和相应的通用修正σ坐标模式(本文设计的参照模式)的24小时预报结果作了对比分析,结果表明:绕流模式改善了对流层中下层高原附近及其下游地区的预报。      

海南岛热带气旋极端降水的特征及其成因

围绕海南岛热带气旋(TC)极端降水的特征及其成因,利用国家气象信息中心提供的海南岛台站日降水数据、上海台风所的TC最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析数据,通过气候统计、天气诊断相结合的方法,探讨了1958—2013年海南岛TC极端降水的空间分布和时间变化特征,并进一步诊断分析了极端降水产生的可能成因。结果表明,海南岛TC极端降水在西北部出现最多,东南部出现较少。从长期趋势看,无论从TC极端降水量还是从TC极端降水频数,TC极端降水的极端趋势均在增加。充足的西南水汽通量输送是产生TC极端降水的重要条件;当南亚高压和副热带高压相距较近,即南亚高压偏东偏强,副热带高压偏西偏强时,海南岛容易出现TC极端降水事件;在TC路径和低层风场结构的配合下,海南岛地形对极端降水的落区有关键影响。     

华南前汛期印度洋海温异常与海南岛降水的关系

利用1969—2013年海南岛7个基本气象观测站前汛期(4—6月)的月降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和Had ISST海温资料,分析了华南前汛期印度洋海温异常与海南岛降水的联系,并利用ECHAM5对印度洋海温与海南岛降水的关系进行了敏感性实验。结果表明:1969—2013年海南岛前汛期降水时段主要集中在5—6月,降水极大值分布在海南岛东部及北部地区。华南前汛期印度洋海温与海南岛降水存在显著的负相关关系,印度洋海温异常增暖,对应较弱的印度季风和赤道太平洋地区较强的东风异常,导致西北太平洋及南海北部存在异常的反气旋环流,不利于海南岛对流发展,同时反气旋南侧的异常东风不利于孟加拉湾水汽的输送,使海南岛降水偏少,反之亦然。数值模拟实验表明,印度洋海温异常增暖有利于西北太平洋低层反气旋的维持和发展,导致海南岛在华南前汛期降水偏少。     

青藏高原西侧绕流风系的变化及其与东亚夏季风和我国华北地区夏季降水的关系

从观测资料分析了青藏高原西侧绕流偏北风系的年际和年代际变化及其与东亚夏季风和华北地区夏季降水的关系。研究表明 ,前者对后者有很大影响 ,若夏季青藏高原西侧绕流的偏北风系强 ,则东亚夏季风偏南风分量强 ,且华北地区夏季降水可能偏多 ;相反 ,若夏季青藏高原西侧绕流的偏北风系弱 ,则东亚夏季风的偏南风分量弱 ,且华北地区夏季降水可能偏少。分析结果还表明 ,由于从 1 965年之后 (特别从 1 977年之后 ) ,高原西侧绕流的偏北风系减弱 ,可能导致了东亚夏季风的偏南风分量减弱 ,使得输向华北的水汽大大减弱 ,且引起华北地区降水减少 ,发生了持续严重干旱。     

冬、 春季青藏高原东侧涡旋对特征及其对我国天气气候的影响

受高原地形影响, 低层西风气流在高原西侧分支, 从南北两侧绕流, 在高原东侧汇合, 并在南（北）侧形成定常的正（负）涡度带。本文利用NCEP/NCAR提供的1951-2004年再分析资料, 发现这两个涡度带在700 hPa上最明显, 常年存在一正一负两个对称的涡旋（下称“涡旋对”）, 且冬, 春季较强。根据各月涡旋对的位置及强度, 本文定义冬, 春季绕流指数为正\, 负涡旋对平均涡度之差, 定量地表征高原绕流作用的强弱, 绕流指数大则高原绕流作用强。结果表明, 1951-2004年中2/3的年份高原绕流作用春季强于冬季, 高原绕流作用不仅是高原大地形的动力作用造成的, 而且受到热力作用的影响。冬季绕流指数以年代际变化为主, 近50年冬季高原绕流作用有显著的增强趋势; 春季绕流指数年代际和年际变化均不明显。冬、 春季, 强高原绕流作用均有利于中高纬冷空气向我国北方输送, 使东北及新疆北部地区气温偏低。春季强高原绕流作用还有利于高原东南侧的暖湿气流向华南及江南地区输送, 使西南、 华南部分地区气温偏高; 偏南暖湿气流和来自中高纬的偏北冷干气流在31°N附近辐合, 有利于江淮地区降水。无论冬\, 春季, 亚洲中纬度西风强度是影响高原绕流作用的重要因子。     

青藏高原冬季1月绕流的变化特征及其对中国气候的影响

利用1979～2019年NCEP/NCAR再分析资料和中国地面基本气象要素日值数据集（V3.0）的气温和降水资料,首先定义了客观表征冬季青藏高原南北两支绕流变化的指数,然后分析了其不同的变化特征,并采用相关分析、合成分析等方法初步研究了青藏高原南北两支绕流异常变化对中国气温和降水的影响机制。主要结果有:（1）青藏高原冬季北支绕流和南支绕流之间呈显著的负相关;北支（南支）绕流强、南支（北支）绕流弱时,对流层中低纬度地区从高原西部到我国东部沿岸为一个大范围的异常反气旋式（气旋式）环流系统,500 hPa高原的中部为一个异常反气旋（气旋）环流中心。（2）青藏高原冬季南北两支绕流的变化对中国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强（弱）时,中国除东北是气温偏低（高）、降水偏多（少）外,河套、青藏高原及长江以南则是气温偏高（低）、降水偏少（多）;当南支绕流强（弱）时,中国气温普遍偏低（高）,东北及新疆北部是降水偏少（多）,南方大部分地区是降水偏多（少）。（3）分析高原绕流异常变化对中国天气气候的影响机制表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,中国东部35°N以北的对流层中都是异常西北风,35°N以南都是异常东北风,受高原异常纬向绕流影响,对流层大气为明显的“正压结构”;相应的对流层底层从南到北为一致的异常西南风,850 hPa以上35°N的之间为反气旋式切变和下沉运动异常,300 hPa以下异常偏暖,这些条件加强了下沉增温,导致中国东部气温偏高、降水偏少。当青藏高原南支绕流强、北支绕流弱时,对流层中的纬向风异常则为明显的“斜压特征”,异常西风呈现为从对流层低层到高层、低纬度到高纬度的倾斜的带状特征,其下方自华南近地面到华北200 hPa的“三角形”状异常东风,配合相应的经向风异常和华南到华北的异常上升运动,低层为“三角形”状的异常冷气团向南切入到中国南海,中上层为异常偏暖的西南气流在冷气团上自南向北爬升到中高纬度地区,导致中国大范围的气温异常偏低、降水偏多。     

海南岛附近四季风场的中尺度环流

利用一层σ坐标原始方程数值诊断模式研究海南岛，雷州半岛及其四周海域的地面风场特征，在春夏秋冬四季典型盛行气流下试验，均明显呈现绕流，爬坡，辐合线、海陆风和山谷风效应，看出在不同季节下的中尺度环流存在一定的差异。试验表明，区域内的复杂地形和海陆分布是形成各种中尺度环流的重要原因，同时，揭示出本地气候分布的特征与中尺度环流间存在的密切的关系。