西藏昌都强降水的环流分型及其水汽轨迹分析

利用西藏自治区昌都市及周边18个气象观测站1989~2018年降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,首先进行强降水个例筛选,在大气环流分型的基础上,应用后向轨迹模型分析了暴雨和大雨在不同环流形势下的水汽输送轨迹。结果表明：昌都产生强降水的大气环流形势分为高原低涡、高原槽及高原切变线3种类型,其中以高原切变线型为主,而降水强度最大的是高原槽型。不同环流形势下暴雨发生时三个等压面的水汽轨迹方向基本一致,均以偏南气流为主,水汽来源相对集中,容易在短时间内造成强降水;而大雨发生时三个等压面的水汽轨迹多以偏南气流为主,与暴雨相比,水汽来源较为分散且水汽条件较差。夏季昌都的水汽来源主要以印度洋、孟加拉湾、阿拉伯海、南海为主,最远可以追溯到大西洋。     

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。     

诱发哈萨克斯坦夏季强降水的环流结构特征

采用FNL1°×1°和CPC0.5°×0.5°再分析资料,通过对比分析夏季哈萨克斯坦不同区域的3次强降水过程的环流特征,揭示了诱发强降水的环流结构。结果表明：哈萨克斯坦各区域出现强降水时,西部和东部的强降水中心位于高空急流带入口区右侧,北部位于出口区左侧,辐散抽吸作用利于上升运动发展;强降水的影响系统主要为500 hPa低涡,强降水中心位于低涡槽线前部西南气流带上,中层温度平流对强降水发生有促进作用,西部和北部强降水中心位于低层冷平流大值区,东部则位于东北冷平流南侧的气旋性辐合区;除哈萨克斯坦东部强降水受地形影响地面系统尺度较小外,西部和北部强降水时地面有明显的冷锋,并存在气旋性的辐合切变,冷暖汇合形成的辐合线是强降水的主要中尺度触发系统;哈萨克斯坦强降水的水汽源地主要为地中海、黑海、波斯湾和北冰洋,经长途输送在强降水区形成强的水汽辐合,辐合值＞40×10-6 g?cm-1?s-1。     

大尺度环流变化对华北地区夏季水汽输送的影响

利用我国华北地区25个气象站1951-2006年共56年的月降水资料及1948-2006年NCAR/NCEP再分析资料以及NOAA HYSPLIT_4水汽轨迹模型, 分析了近50年华北地区夏季降水量、整层水汽输送通量及水汽输送轨迹的变化, 并探讨了其影响成因.结果表明, 华北夏季水汽输送通量及其轨迹有明显的年际和年代际变化特征; 东亚夏季风的南风北界的年际变化对水汽输送有重要影响, 南风北界的南撤导致了华北地区水汽输送通量的减少; 通过对华北地区降水偏多年和偏少年的比较显示, 降水偏多年水汽大部分来自南海, 并且输送轨迹较长, 水汽主要从西南方向输送到华北, 并且偏多年华北上空存在明显的上升运动, 偏干年反之.     

华北夏季强降水的水汽来源

利用1980—1997年NCEP/NCAR再分析资料及中国6~8月逐日降水观测资料,分析了华北地区的夏季暴雨特征,并着重对暴雨发生的水汽来源进行了研究和讨论。结果表明,华北地区的夏季暴雨降水中心区与其夏季平均降水中心区的位置一致,且暴雨降水量占整个夏季降水量的主要部分。对暴雨日及其前4天水汽输送的逐日变化、异常特征及水汽输送的相关分析发现:来源于西太平洋及高纬西风带的水汽输送对华北暴雨产生有重要作用,而来自孟加拉湾的水汽输送对暴雨也存在一定的加强作用。     

江淮地区强降水分型及其环流演变

使用新建的强降水历史个例数据集、1981-2016年我国逐日降水量观测资料、2016年T639与ECMWF模式1~10 d的逐日降水量预报,采用经验正交函数展开（EOF）提炼出江淮地区强降水的典型模态,并运用场相似法对江淮地区强降水进行客观分型,分析强降水的环流演变;定量诊断型环流相似所得与实测环流和降水的对应关系。结果表明:江淮地区强降水可分为Q_Ⅰ,Q_Ⅱ和Q_Ⅲ 3种类型,其中,Q_Ⅰ型降水中心位于江淮中部,Q_Ⅱ型表现为降水北多南少,Q_Ⅲ型表现为降水中间少南北多的分布。强降水对应的前期至当日,各型降水对应在亚洲的中高纬度地区均有显著的环流异常,且环流演变存在明显不同;但各类型降水对应的系统移动速度缓慢,且到强降水发生日江淮地区处于西太平洋副热带高压西北侧低值系统的控制,有利于该地区强降水的发生。按环流相似依不同时效得到的强降水发生日环流与实际环流存在很好的相关。独立试验中,该文方法对25 mm降水的TS评分在各时效均高于模式预报,50 mm降水的TS评分在3 d以上时效的评分也均高于模式预报。     

华北地区夏季平均水汽输送通量和轨迹的分析

利用NOAA HYSPLIT_4水汽轨迹模型及1948—2003年NCAR/NCEP再分析资料,分析了华北地区夏季的平均水汽输送通量和轨迹。结果表明,华北夏季水汽轨迹有明显的年代际变化特征。1950—1970年代,华北地区850 hPa上的水汽主要是从南方输送来的,从1970年代开始水汽输送方向变以偏西为主,1980年代至今则以西北为主。另外,华北地区在1960—1964年垂直积分的水汽输送通量存在最大值,1965年以后水汽输送通量值开始变小,1977年后水汽输送通量值较小且保持稳定。水汽输送通量和水汽输送轨迹的变化主要和东亚夏季风的逐渐减弱有关。华北地区1950—2000年代夏季(6~8月)逐月水汽输送轨迹变化特征明显。     

太原汛期短时强降水环流分型及环境参量分析

应用太原1996-2015年7个国家气象站、2008-2015年63个区域站6-9月逐时降水资料及相关探空、地面观测资料,对太原短时强降水日环流配置进行天气学分型,分析各流型下关键环境参数分布特征。结果表明,太原发生短时强降水的500 hPa环流形势有四种:冷涡型、高空槽型、高空槽加副高型、西北气流型。太原短时强降水常发生在比较温和的对流有效位能(CAPE)环境下,大部分过程CAPE值≤1500 J·kg^-1,冷涡型则≤1000 J·kg^-1。西北气流型850 hPa与500 hPa温差(ΔT850-500)大,静力不稳定度比其他型更强,且500 hPa有明显的干层存在。高空槽加副高型K指数大,且暖云厚度均值达3576 m,明显大于其他型2471~2608 m的均值。冷涡型全部、高空槽型85%的过程出现在弱0~6 km垂直风切变环境下,而高空槽加副高型、西北气流型0~6 km垂直风切变相对较大,35%以上达到中等强度。冷涡型、西北气流型短时强降水太原上空700 hPa水汽常比850 hPa更充沛。太原超过70 mm·h^-1的极端降水出现在西北气流型下,有中等强度的CAPE值、强层结不稳定、弱0~6 km垂直风切变、3550 m以上暖云厚度,中低空水汽充足,这些环境参量的配合对强降水效率有很好的指示意义。     

武汉异常强降水水汽来源、输送路径分析

采用百分位法挑选出武汉站63次强降水事件,使用Hysplit模型模拟强降水事件不同高度上后向168 h的运动轨迹并进行空间聚类分析,结果发现:武汉强降水发生时底层暖湿气流主要来自南海,自南方路径输送;中层水汽主要来源于孟加拉湾,以西南路径输送,其中青藏高原东南侧和南海充当水汽输送通道;较高层水汽输送路径以偏西路径为主,源地位于青藏高原。此外,稳定、持续的大尺度环流配置有利于强降水的发生,如副高南侧的暖湿气流沿着南支槽前向北影响长江中游。850 hPa上,马斯克林高压西侧的西南气流,汇入亚洲地区低涡南侧的偏西气流中,越过印度半岛、孟加拉湾和中南半岛,与来自澳大利亚越赤道后转向的偏南气流自我国南端北上抵达长江中游。     

2012年6月巴州一次暴雨水汽输送特征

利用常规观测、自动站逐小时降水资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料及全球同化系统（GDAS）资料,引入基于拉格朗日方法的轨迹模型（HYSPLIT_4.9）并结合欧拉方法定性、定量地分析了2012年6月4日新疆巴州罕见暴雨的水汽输送特征。结果表明,水汽传输的西北路径逐渐建立,将前期聚集在巴尔喀什湖附近的大量水汽输送至巴州境内,为罕见暴雨的发生提供了充足的水汽条件;此次暴雨水汽传输的路径主要有两条,分别为西风气流引导下的偏西路径和经巴尔喀什湖、伊犁河谷和中天山传输到巴州北部的西北路径,两者的水汽贡献率达到了96.20%,其中偏西路径的水汽贡献率要高于西北路径;后向追踪气团轨迹显示罕见暴雨是西北路径通道的干冷气团在传输过程中不断下沉,偏西路径的暖湿气团在传输过程中不断被抬升,最后冷暖气团在暴雨区上空3000m—4000m之间交汇造成的;强降水的水汽主要来自新疆以西的湖泊或海洋,其中以巴尔喀什湖附近的水汽贡献率最大,达到了58%,黑海附近的水汽次之,为25%,而大西洋和挪威海附近的水汽贡献率相对较低,分别为7%和10%;对于新疆巴州而言,3000m(700hPa)高空水汽的分布特征基本可代表整层水汽的分布特征,且暴雨发生前水汽主要汇集在3000m(700hPa)附近。     

东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水特征及环流型的异同性研究

本文利用1979~2015年GPCP（Global Precipitation Climatology Project）逐月降水资料,采用经验正交函数（EOF）分解和Morlet小波分析方法,对东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水的时空分布特征以及环流型开展了系统性的研究,揭示了东北亚地区传统夏季降水表现为盛夏降水贡献占主导,其年际和年代际特征以及环流特征同盛夏降水特征相一致,而初夏降水和盛夏降水特征及形成机制则具有显著差异。空间分布上,初夏的降水EOF第一模态表现为“+－+”的三极型分布,而盛夏和传统夏季则表现为南北相反的偶极型特征;时间演变方面,初夏降水表现为5~6 a振荡周期,盛夏为2~3 a为主的振荡周期,传统夏季则兼具上述两类振荡周期;在年代际调整方面,在1990年代末,盛夏降水和传统夏季降水在华北和东北地区发生了显著的年代际转折。此外,分析降水与环流的联系发现:初夏,由于西太平洋上空异常反气旋将西太平洋等地的水汽向北方地区输送,且受欧亚Ⅱ型（EUII）遥相关的作用,东北亚地区初夏降水异常具有明显纬向特征。盛夏,东北亚地区降水主要受到西太平洋副热带高压西伸北进、孟加拉湾和南海等地水汽加强的影响。欧亚Ⅰ型（EUI）遥相关和亚洲太平洋型（EAP）遥相关与我国东北以西和沿海地区的降水具有显著相关性。EU型遥相关的作用使东北亚夏季降水的异常中心存在西北—东南向的波列特征,EAP型遥相关的作用则使夏季降水存在经向三极型或偶极型特征。     

华南地区5月降水的水汽特征分析

利用国家气候中心的降水资料及NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海温资料分析了华南地区5月降水的主要水汽通道及变异机制。发现异常多雨年的水汽主要来自南海、孟加拉湾和青藏高原南侧;异常少雨年则因西太平洋副热带高压(简称副高)偏东,来自南海的水汽缺失,只有来自孟加拉湾和高原南侧的两股水汽,因而南海的水汽是影响华南地区5月降水的重要因素。分析发现当北太平洋的准东西向海温异常是"负正负"分布时,南海地区为异常的反气旋性环流,有利于副高西伸加强;北太平洋海温距平为"正负正"异常分布时,南海地区为异常的气旋性环流,副高东退减弱。此外,北方南下冷空气的阻挡使得季风北界位置偏南,冷空气和季风在华南地区交汇导致5月降水异常增多。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

热带风暴“Bilis”(0604)暴雨增幅前后的水汽输送轨迹路径模拟

采用水平分辨率1°×1°的NCEP 再分析资料、1°×1°的NCEP GDAS资料和2.5°×2.5°的NOAA大气环流资料, 结合NOAA HYSPLIT v4.8轨迹模式对0604号热带风暴“Bilis”整个生命史的水汽输送特征进行模拟分析, 并分析了“Bilis”暴雨增幅前和增幅后的水汽输送轨迹及不同来源的水汽贡献。结果表明, “Bilis”整个活动过程中主要有四支水汽输送通道, 分别是源自索马里、孟加拉湾、120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽, 其中源自索马里和孟加拉湾的西南水汽输送(偏南水汽通道)占主导地位, 120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽是西南水汽随着“Bilis”环流逆时针旋转, 自环流中心东北侧进入雨区(东北水汽通道), 是低压环流与偏南风相互作用的结果。其中, 偏南通道水汽大部分输送到850 hPa以下的低层, 自环流北侧输入的水汽则主要输送到暴雨区上空850 hPa以上。对比暴雨增幅前后各通道的水汽贡献率发现, 孟加拉湾西南气流输送的低纬水汽对此次暴雨增幅的形成、发展起重要作用。     

基于多源资料的一次暖区暴雨水汽特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP逐6 h再分析资料(1°×1°)、微波辐射计资料以及HYSPLIT模式等,对2021年7月5日冀中平原一次暖区暴雨过程的水汽输送特征进行对比分析。结果表明：应用HYSPLIT模式模拟分析后发现,本次过程中925和850 hPa降水开始前比湿在12 g/kg以上,是暴雨区的主要水汽贡献者,其主要水汽通道为西南路径,水汽贡献率分别占57.57%和63.64%。源自黄海或途径黄海、渤海等地的气块在东南转西南气流的引导下为暴雨区低层带来丰富的水汽,同时源自亚欧大陆中高层的气块,随着西风带长波槽脊的运动,为暴雨区上空500 hPa带来干空气,构成上干下湿的不稳定层结。降水开始前,925和850 hPa在相应引导气流的作用下,水汽不断向冀中平原输送,使得优良的水汽条件主要集中于低层大气,与HYSPLIT模式模拟结果一致。通过微波辐射计对降雨过程的水汽特征进行分析,结果表明在降雨开始前,700 hPa以下高度的水汽含量有明显增加,水汽密度最大达到14 g/m³。分析3种不同资料得到相似结论,但HYSPLIT模式和微波辐射计两种高时空分辨率资料的应用...     

南京一次持续性浓雾天气过程的边界层特征及水汽来源分析

本文选取2006年12月24—27日（平流辐射雾）南京大雾的外场观测资料及NCEP的2.5°×2.5° NC再分析资料和GDAS全球1°×1°气象资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,并利用轨迹分析方法,对这次浓雾的边界层特征及水汽输送进行分析,探讨这次浓雾形成和持续的主要边界层物理和天气学成因。分析表明：（1）这次浓雾过程期间始终存在深厚的逆温层结,甚至出现多层逆温。浓雾过程中,在中上空不同逆温层顶温度比地面温度高出2~5℃。逆温层厚多在200 m以上,26日08时逆温层厚达500 m。逆温层的存在,使大气层结更加稳定,在雾形成前期利于低层水汽聚集,雾形成后又抑制水汽的扩散,利于雾体的发展和维持,是这次浓雾能持续约64 h,强浓雾时段（能见度＜50 m）持续约37 h的重要因素。（2）这次平流雾过程低层水汽通量散度呈负值,上空持续出现水汽辐合,最强水汽辐合出现在25日02时左右,为-30×10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1。低层辐合利于水汽的聚集,雾得以形成和发展,而雾过程后期水汽辐散则加快雾的消亡。贯穿整个雾过程的水汽辐合是这次平流辐射雾长时间维持的重要条件。（3）这次平流辐射雾过程中水汽输送路径是自中国东部沿海抵达南京;雾期间,水汽又来自海上源源不断的输送,最大时南京上空水汽通量达到2 g·s-1·hPa-1·cm-1。水汽的供应和后期补充量,决定了浓雾的持续时间。