MJO对广东前汛期降水的影响

根据澳大利亚气象局MJO指数、国家气象局753站逐日站点资料、NCEP/NCAR全球再分析资料,通过合成分析研究了MJO活动对广东前汛期降水的影响。结果表明:MJO传播至东印度洋时广东降水为正异常,当其移至西太平洋时广东降水为负异常。MJO通过引起大尺度环流异常和大气垂直运动的异常对降水产生影响。当MJO传播至东印度洋时,副热带高压异常增强,广东为干冷偏北风和暖湿偏南风的交汇区且此时广东上空空气上升运动强烈,有利降水产生;当MJO传播至西太平洋时,副热带高压异常减弱,广东被偏北风控制且此时广东上空空气下沉运动强烈,对降水不利。     

MJO对广西汛期降水的影响

利用1979—2012年中国753站地面气象观测站4—9月降水日资料和NCEP/DOE高度场、风场,温度场再分析Ⅱ格点日资料,基于实时多变量MJO指数研究MJO对于广西汛期(4—9月)降水的影响。根据MJO的8个不同位相使用逐日资料进行合成分析,结果表明:MJO对于广西汛期降水有显著影响。当MJO活跃中心位于西印度洋时,副高加强西伸,广西低层西南风增强,大量来自南海和孟加拉湾的水汽在广西上空辐合,广西汛期降水增强;当MJO活跃中心东移靠近西太平洋时,副高减弱东退,偏南暖湿气流向广西输送的水汽减少,其辐合减弱,广西汛期降水减少。     

华南前汛期降水异常与水汽输送的关系

采用1958-2000年华南57站前汛期日降水资料和NCEP／NCAR逐日水汽输送再分析资料，分析了华南前汛期降水异常与水汽输送的关系，并对旱、涝年进行了比较分析。结果表明：华南地区经向水汽输送的异常变化将导致该地区的异常旱涝，而纬向水汽输送的异常变化只导致该地区出现小范围的降水异常。旱年和涝年的异常水汽输送不是简单的反位相关系。来自印度洋和西太平洋的水汽对华南地区前汛期的降水异常没有明显的作用，南海(主要是其北部)才是华南降水异常的关键区。     

华南前汛期不同降水时段的特征分析

利用1957-2001年华南地区74个测站逐日降水资料和同期NCEP／NCAR逐日再分析格点资料，对华南前汛期(4-6月)不同降水时段的特征进行了比较。分析发现，华南前汛期降水由锋面降水和夏季风降水两个时段组成。锋面降水时段主要集中在4月，为典型的由冬到夏过渡的环流形势，华南地区高空为平直的副热带西风急流，大气层结稳定，水汽来源主要是阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送；南海夏季风爆发前，副高仍控制南海地区，华南地区水汽输送主要来源于阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送及孟加拉湾的西南输送；南海夏季风爆发后，副高东撤退出南海地区，南半球越赤道水汽输送加强并与孟加拉湾水汽输送连通，华南区域内对流发展；夏季风降水时段盛期主要集中在6月，此时南亚高压跃上高原，华南地区处于南亚高压东部，对流发展极其旺盛，强大的南半球越赤道水汽输送越过孟加拉湾和南海地区向华南地区输送。     

华南前汛期降水与我国近海海温的SVD分析

利用国家气象局整编的中国160站月降水资料和英国气象局的全球逐月海温格点资料,分析了华南前汛期降水的异常特征,并用SVD方法分析华南前汛期降水与近海海温的关系。结果表明：近50年华南南部前汛期降水的总的趋势变化不明显。华南南部前汛期降水异常存在3 a、5 a、7 a和14 a的周期;用SVD方法分析发现：存在一个关键区（130~158 ?E,5~18 ?N）,华南前汛期降水异常关键影响时段是前一年5—8月,华南前汛期降水与该关键区海温有较好的负相关关系,即前一年5~8月关键区海温异常偏高（低）,次年华南前汛期降水偏少（多）。     

2010年华南前汛期低频水汽输送对低频降水的影响

利用国家气象信息中心提供的华南85站1961—2010年的逐日降水资料及2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,研究了2010年华南前汛期降水的低频特征及其与低频水汽输送的关系,揭示了低频降水的低频水汽输送源地和通道。2010年华南前汛期降水呈显著10～20 d和30～60 d的低频振荡,两个低频分量峰（谷）值位相叠加,对应降水偏多（中断）;反位相叠加,对应降水偏弱。水汽通量的10～20 d低频分量明显强于30～60 d分量。影响华南10～20 d低频降水的低频水汽输送源地主要包括30 °S附近的南印度洋、苏门答腊岛及加里曼丹岛之间地带的西南源地、赤道中太平洋区域的东南源地;与之相应有西南和东南两个低频水汽输送通道。可利用水汽源地的低频水汽输异常环流特征提前6 d预测10～20 d低频降水。      

华南前汛期降水异常及其环流特征分析

利用国家气候中心整编的中国160站的月平均降水资料和美国NCEP/NCAR的再分析资料,分析华南前汛期降水的异常及其环流特征。文中取“九五”重中之重项目执行组指出的华南地区的16站来代表华南地区,侧重分析了华南前汛期降水异常的年际、年代际变化特征及华南前汛期多、少雨年同期的环流特征。研究发现：华南地区降水的季节分布呈现双峰型,两个峰值分别在6月和8月。华南前汛期近50年的总的降水趋势变化不明显。1950年代前期和1960年代中期—1980年代中为相对多雨期,而1950年代中期—1960年代中期以及1980年代中期—1990年代初为相对少雨期,1990年代为正常波动期。华南前汛期降水存在3 a、5 a、7 a、14 a的周期。在分析华南前汛期多、少雨年大气环流场的特征时发现：华南前汛期多雨年时南亚高压和副高都偏弱,华南地区低层的水汽通量辐合加强,而且低空辐合,高空辐散,气流上升运动加强,容易形成降水;而少雨年的情况恰恰相反。     

华南前汛期降水特征及其与大气热源的关系

该文采用中国气象局月值站点数据和JRA-55资料分析华南前汛期降水特征及其与大气热源的关系。发现4—6月降水中心从南岭地区转移到珠三角地区,同时伴随副高东退北抬。6月降水范围和强度最大,降水空间分布的典型模态是全区变化一致型。降水偏多年副高异常偏西,西南气流强盛,华南地区大气整层被强热源控制,且伴随显著上升气流。菲律宾以东和孟加拉湾西侧被异常冷源控制,伴随强下沉气流,异常冷热源在400 hPa高度达最强。合成和相关分析表明,前汛期菲律宾以东异常冷源加强下沉气流,使副高西伸加强,利于东南气流沿南海北上。孟加拉湾西侧异常冷源加强低空气流反气旋式辐散,从而使冷源东侧的印缅槽加深东进,利于西南暖湿气流北上。来自热带太平洋和热带印度洋的暖湿气流北上在华南地区汇合,而华南地区异常强热源抽吸低空气流辐合上升,从而造成前汛期降水偏多。降水偏少年也可采用相似机理来解释。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

青藏高原雪盖与东亚季风异常对华南前汛期降水的影响

应用华南25个站1954~1998年4~6月降水量资料以及有关青藏高原雪盖异常年份资料和东亚季风强度指数, 通过典型旱涝年前期对比诊断与相关分析, 指出青藏高原雪盖对华南前汛期降水的影响相当显著, 前冬春多 (少) 雪年有利于前汛期雨涝 (干旱); 典型旱、涝年前冬500 hPa中高纬环流特征显然不同, 主要表现在典型旱 (涝) 年北半球极涡强度显著偏弱 (强)、东亚大槽强度偏强 (弱); 东亚季风, 特别是冬季风的强弱变化, 对前汛期降水具有较强的指示意义。同时还发现, 在青藏高原西侧的伊朗高原及邻近地区冬季500 hPa高度升降变化, 可作为华南前汛期降水一个强的前期征兆信号。     

INFLUENCES OF LOW-FREQUENCY MOISTURE TRANSPORTATION ON LOW FREQUENCY PRECIPITATION ANOMALIES IN THE ANNUALLY FIRST RAINY SEASON OF SOUTH CHINA IN 2010

85-station daily precipitation data from 1961—2010 provided by the National Meteorological Information Center and the NCEP/NCAR 2010 daily reanalysis data are used to investigate the low-frequency variability on the precipitation of the first rain season and its relationships with moisture transport in South China, and channels of low-frequency water vapor transport and sources of low-frequency precipitation are revealed. The annually first raining season precipitation in 2010 is mainly controlled by 10–20 d and 30–60 d oscillation. The rainfall is more (interrupted) when the two low-frequency components are in the same peak (valley) phase, and the rainfall is less when they are superposed in the inverse phase. The 10–20 d low-frequency component of the moisture transport is more active than the 30–60 d. The 10–20 d water vapor sources lie in the South India Ocean near 30° S, the area between Sumatra and Kalimantan Island (the southwest source), and the equatorial middle Pacific region (the southeast source), and there are corresponding southwest and southeast moisture transport channels. By using the characteristics of 10–20 d water vapor transport anomalous circulation, the corresponding low-frequency precipitation can be predicted 6 d ahead.     

华南前汛期降水预测模型及其预测试验

将中国华南区域分为东、西2个区,对每个区(8个站)的前汛期(4—6月)平均降水量作自然正交展开(EOF),选取各区累积方差贡献超过75%的前4个主分量作为预报分量。再利用偏最小二乘回归方法结合均生函数方法,提出一种同时考虑预报量自身显著变化周期和前期物理量因子对预报量未来变化影响的预报模型,分别建立东、西区前汛期平均降水量的偏最小二乘回归预报方程。试验结果表明,新的预报模型的预报效果比单纯采用前期物理量因子的逐步回归模型更好,并且其预报能力的提高具有合理的分析依据。      

THE IMPACT OF DIFFERENT PHYSICAL PROCESSES AND THEIR PARAMETERIZATIONS ON FORECAST OF A HEAVY RAINFALL IN SOUTH CHINA IN ANNUALLY FIRST RAINING SEASON

An ensemble prediction system based on the GRAPES model, using multi-physics, is used to discuss the influence of different physical processes in numerical models on forecast of heavy rainfall in South China in the annually first raining season(AFRS). Pattern, magnitude and area of precipitation, evolution of synoptic situation, as well as apparent heat source and apparent moisture sink between different ensemble members are comparatively analyzed. The choice of parameterization scheme for land-surface processes gives rise to the largest influence on the precipitation prediction. The influences of cumulus-convection and cloud-microphysics processes are mainly focused on heavy rainfall;the use of cumulus-convection parameterization tends to produce large-area and light rainfall. Change in parameterization schemes for land-surface and cumulus-convection processes both will cause prominent change in forecast of both dynamic and thermodynamic variables, while change in cloud-microphysics processes show primary impact on dynamic variables. Comparing simplified Arakawa-Schubert and Kain-Fritsch with Betts-Miller-Janjic schemes, SLAB with NOAH schemes, as well as both WRF single moment 6-class and NCEP 3-class with simplified explicit schemes of phase-mixed cloud and precipitation shows that the former predicts stronger low-level jets and high humidity concentration, more convective rainfall and local heavy rainfall, and have better performance in precipitation forecast. Appropriate parameterization schemes can reasonably describe the physical process related to heavy rainfall in South China in the AFRS, such as low-level convergence, latent heat release, vertical transport of heat and water vapor, thereby depicting the multi-scale interactions of low-level jet and meso-scale convective systems in heavy rainfall suitably, and improving the prediction of heavy rainfall in South China in the AFRS as a result.     

MOISTURE TRANSPORT PATHS AND SOURCES OF SOUTH CHINA ANNUALLY FIRST RAINY SEASON AND THEIR RELATIONSHIP WITH THE ONSET OF THE SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON

This study simulated the moisture transport process of southern China annually first rainy season (SCAFRS) using a Lagrangian airflow trajectory model (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory: HYSPLIT), to determine SCAFRS moisture transport characteristics and their relationship with South China Sea summer monsoon (SCSSM). It is found that the moisture transport paths and sources of SCAFRS are closely related to the onset of SCSSM. Divided by SCSSM onset dates, the moisture transport characteristics of SCAFRS are compared quantitatively. Before the onset of SCSSM, precipitation of SCAFRS mainly comes from western Pacific and eastern China. Their contributions are 24% and 25%, respectively. The amount of water vapor carried along the path coming from Bay of Bengal-South China Sea (BSC) is relatively high, but the contribution rate of this path to SCAFRS precipitation is relatively low. Mainly due to strong precipitation over Bay of Bengal before the onset of SCSSM, this region is a moisture sink, which makes most moisture deposit in this region and only a small portion of water vapor transported to southern China. After the onset of SCSSM, most water vapor is transported to southern China by the southwesterly paths. The Indian Ocean is the main moisture source, which contributes almost 25% to SCAFRS precipitation. The contributions of moisture originating from BSC and eastern China to southern China precipitation after the onset of SCSSM are 21% and 18%, respectively.     

动力降尺度和多物理参数化方案组合对华南前汛期降水集合预报的影响研究

针对华南前汛期降水过程,基于全球集合预报系统(GEFS)资料,利用WRF中尺度模式以及GEFS动力降尺度获取的区域集合预报初值场,通过多物理过程参数化方案组合和模式积分方法实现华南前汛期降水的区域集合预报。对2019年5月15日—6月15日共32天的华南前汛期降水过程进行了单一物理过程区域集合预报(REFS_SINGLE)和多物理过程区域集合预报(REFS_MULTI)的数值模拟批量敏感性试验,通过GEFS、REFS_SINGLE和REFS_MULTI的对比分析,探讨多物理过程参数化方案组合对华南前汛期降水的影响,同时利用一次华南前汛期暴雨过程进一步探讨集合预报试验的预报效果。结果表明:(1)REFS集合平均的预报效果明显好于控制性预报。(2)REFS降水集合离散度与预报误差的对应关系好于GEFS。(3)积分48小时后,REFS_MULTI和REFS_SINGLE的扰动能量分别是GEFS的4.7倍和6.3倍。(4)降水级别越大,REFS的TS评分效果就越好于GEFS;...     

华南前汛期MCS的活动特征及组织发展形式

利用卫星云图Tbb资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,按照Jirak对中尺度对流系统(MCS)的分类方法,将华南MCS分为MCC(中尺度对流复合体)、PECS(线状或长条状MCS)、MβCCS和MβECS(即β尺度的MCC和β尺度的PECS)4种类型,对华南前汛期MCS的时空变化特征、发生发展的组织形式和天气学背景进行了分析。结果表明:PECS是华南地区MCS的主要发展形式。4—6月MCS的发生个数逐月增多。MCS的日变化呈单峰型,主要集中于下午到上半夜形成,傍晚到半夜之间发展成熟。但具体到不同的4种类型,其日变化特征有一定差异。MCS活动分布特征与地形没有明显对应关系,全区都可有PECS发生。MCS主要以东移为主,其次的移动方向4种不同类型分别略有不同。MCS的发生发展有3种主要天气形势:500 hPa槽前西南风场型、850 hPa切变线南侧的西南风场型和地面低槽配合的Ⅰ型;500 hPa西北风场型、850 hPa切变线型和地面低槽配合的Ⅱ型;500 hPa西风槽过境型、850 hPa切变线南侧的西南风场型和地面低槽配合的Ⅲ型。孤立发展和合并增长是华南MCS的主要组织发展形式。     

雷达反演水汽在华南前汛期短时临近降水预报应用试验

为了改善数值预报模式短时临近降水预报能力,采用雷达水汽反演同化方案来提高模式初始水汽场质量。以华南精细预报模式对2013年5月进行了冷启动、热启动和热启动加雷达水汽同化等3个对比试验,并进一步详细分析2013年5月8—9日广东西南部到珠三角地区强降雨过程,探讨雷达反演水汽对短时临近降水预报的影响作用。分析结果显示3个试验结果反映精细模式冷启动不利于1~6 h的降水预报,模式热启动能较好预报前6 h的降水,但对随后预报效果不佳。在热启动的基础上,考虑同化雷达反演的水汽后,不仅较好模拟前6 h的降水,也可以预报出6~12 h的降雨带变化趋势。     

华南前汛期起止日期的确定及降水年际变化特征分析

利用国家气候中心提供的华南地区74测站1957—2001年的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对华南前汛期雨季开始期与结束期的定义标准作了改进;研究了华南前汛期降水雨量、雨日的年际变化特征以及变化趋势的空间分布特征;用小波分析法分析华南前汛期降水的周期分布特征。分析结果发现：45年来前汛期开始期总体上呈现偏早趋势,而结束期具有偏晚的趋势,两者的年际变化十分显著;45年来华南全区总雨量、雨日呈正趋势变化,且两者的空间分布特征非常相似。华南前汛期内雨量、雨日总体上呈现增长趋势并且具有明显的年际变化特征,存在准2年、3～5年、6～8年的振荡周期。