2019年4月广州白云机场持续暴雨前对流层顶和平流层异常信号分析

利用欧洲中心ERA5再分析资料和广州白云机场自动观测系统降水资料,分析2019年4月白云机场持续暴雨前对流层顶和平流层的信号特征。分析发现,2019年4月中下旬,广州白云机场出现了3次持续时间长、降水量大的持续性暴雨过程,降水较往年同期显著偏多。研究结果表明,3次持续暴雨发生前,对流层顶高度出现了下降,平流层高位涡冷空气入侵,机场上空位涡升高;在环流场中,中低纬地区对流层顶和平流层东风偏强,向北和向下传播,广州白云机场终端区在暴雨发生前西风持续下传;广州白云机场上空暴雨发生前对流层顶至平流层位势高度正异常。暴雨发生前,平流层冷空气高位涡移入、对流层顶下降、西风的下传均有利于持续性暴雨的生成。     

梅雨发生前对流层顶及平流层异常信号的分析

利用NCEP和欧洲中心的ERA-Interim再分析资料结合中国国家气候中心的20a梅雨观测资料,分析了梅雨发生前江淮地区对流层顶和位涡的异常以及北半球环状模指数的变化。研究表明,江淮地区在梅雨开始前3—5天会出现对流层顶的下降,且高度的经向变化比纬向变化更为明显。对流层顶的降低与北方冷空气的南下入侵、东亚季风的爆发以及急流轴北跳引起的频繁的对流层顶折卷过程有关。对流层顶的下降伴随着来自平流层的高位涡冷空气的入侵。而梅雨发生前江淮地区上空对应正位涡异常,这一异常的建立和维持与贝加尔湖、西西伯利亚、鄂霍次克海附近的正位涡异常有关;而梅雨发生前江淮地区平流层温度达到极大值,梅雨爆发后开始下降,纬向风则处于西风到东风的转换期。梅雨期的总降水量与对流层上部平流层下部的北半球环状模指数存在一致的正相关关系,而在梅雨发生前15—30天,这种相关性尤为显著。这一结果说明,在对流层顶附近的北半球环状模指数对梅雨期降水量的预测有较好的指示意义。     

上对流层-下平流层交换过程研究的进展与展望

上对流层和下平流层(UTLS)区域的高度范围大致为5～20 km.UTLS区域大气成分的分布及变化对于认识气候长期变化也极为重要,因为该区域的臭氧是一种有效的温室气体,其中的水汽、卷云和气溶胶对太阳短波辐射和地球长波辐射有很强的调制作用,因而对于天气和气候变化产生不可忽略的辐射强迫作用; UTLS区域中,还有航空业的飞机排放,强对流云云中与云上闪电产生相当量的NOx,这些都对UTLS区域乃至更高及更低层大气的化学成分与分布产生重大影响.该文介绍上对流层和下平流层区域的交换过程研究的意义和手段,同时介绍有关研究的进展,重点回顾近年来国内一些学者开展的工作.另外,还列举一些研究问题和方向,最后重点展望青藏高原上空上对流层-下平流层区域的研究,因为该地区UTLS交换过程不仅具有显著区域特征,而且在全球平流层-对流层交换中可能有重要贡献.     

上对流层/下平流层水物质分布与输送特征

基于Aura卫星微波临边探测仪（MLS）探测的水汽、冰水含量和温度等资料,对比分析了夏季亚洲季风区与北美季风区、暖池区以及伊朗高原上对流层/下平流层水汽、冰水含量以及水物质总含量（水汽和冰水含量之和）的分布特征,并探讨了不同区域水汽的输送过程。结果表明：在215-83 hPa高度上水物质总含量在亚洲季风区均出现了高值中心,且亚洲季风区水物质总含量明显大于北美季风区;在215 hPa高度水汽对水物质总含量起主要的贡献,而到了147-83 hPa高度,冰水含量与水汽对水物质总含量的贡献大致相当,亚洲季风区上对流层/下平流层水汽的高值中心揭示了反气旋对水汽的隔离作用。水汽混合比在147 hPa和100 hPa高度不同的概率密度分布反映出不同高度影响水汽输送的不同因素。北半球冬季暖池区100 hPa上空温度极低,水汽混合比峰值概率仅为2 ppmv;而在147 hPa高度上,亚洲季风区频繁的深对流使得大量水汽被输送到对流层上层,这是亚洲季风区水汽概率“长尾”分布的主要原因。在100 hPa和147 hPa高度,冰水含量主要集中在小值,可能是由冰晶粒子消耗水汽而增长到一定尺度后沉降造成的。     

夏季云顶高于对流层顶事件对东亚天气型及上对流层-下平流层大气结构的影响

采用A-Train系列卫星的AURA/MLS水汽、温度资料,CALIPSO/CALIOP云物理资料,结合ECMWF气象再分析资料,分析了东亚地区云顶高于对流层顶事件(Cloud Top Above the Tropopause,CTAT)的区域分布,及其对上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)水汽和温度结构的影响。结果表明:亚洲季风区的夏季CTAT发生率是30%~55%,为全球最强区域;东北亚的夏季CTAT发生率是15%~20%,为中纬度最强分布区。以CTAT为指标的合成结果表明:15~30°N的东亚-西太平洋UTLS,水汽呈"上干下湿"的异常分布,温度呈"上冷下暖"的异常分布,该结构与该区域热带气旋合成的结果一致,说明热带气旋是该区域CTAT形成的主要天气系统;35~50°N的东北亚UTLS,水汽呈"上干下湿"的异常分布,温度呈"上暖下冷"的异常分布,该结构与该区域温带气旋合成的结果一致,说明温带气旋是该区域CTAT形成的主要天气系统。     

“94,6”华南特大暴雨的诊断分析

对１９９４年６月１３－１７日华南特大暴雨过程的物理量场作了计算分析，结果表明（１）这次暴雨过程的水汽输送带主要来自西部和南部边界，水汽主要集中对于流层低层８５０ｈＰａ以下层内。（２）锋区温度对比不明显，θｓｅ对比很明显。（３）与暴雨紧密相关的物理量是散度。（４）２４小时总温度变量分布与未来暴雨落区对应关系较好。     

2008年冬季北京上空上对流层/下平流层臭氧的异常特征

利用国产GPSO3臭氧探空系统观测的大气臭氧探空资料和NCEP再分析资料,结合对天气形势、大气环流背景、高空位涡变化及对流层顶高度扰动的分析,深入研究了2008年冬季北京地区10~14 km高度范围内持续出现的臭氧次峰值及大气臭氧含量异常现象。结果表明:在2008年我国南方雪灾这一特殊时期,引起臭氧垂直分布持续出现次峰值现象及臭氧含量异常的主要原因是平流层空气强烈下沉运动及其与对流层的交换作用,而引起这种下沉运动及平流层-对流层交换则是由于该阶段特殊的天气背景,乌拉尔阻塞高压长时间维持,贝加尔湖到巴尔喀什湖一带横槽稳定存在,里海以东切断低压长期维持,造成冷空气长时间、稳定地南下影响北京上空臭氧的垂直分布。加之副热带急流的出现,北京正处于其入口区左侧,其上空有强烈的辐合下沉运动,有利于平流层空气向下输送。此次臭氧次峰值及臭氧含量异常的现象很好地说明,在冷空气天气过程的影响下,北京地区上空的平流层空气运动及其与对流层的交换十分活跃。     

夏季南亚高压与邻近上对流层下平流层区水汽变化的联系

利用1979-2015年ERA-interim月平均再分析资料,分析了夏季南亚高压（SAH）与邻近上对流层下平流层（UTLS）区水汽空间分布特征,讨论了二者的相关关系和因果联系。结果表明:（1）在对流层上层,水汽大值区位于南亚高压的东南侧,并随高度升高向西北倾斜到100 hPa,水汽大值中心基本位于南亚高压中心附近。（2）南亚高压偏强（弱）时,南亚高压东部UTLS区水汽显著偏多（少）,而南亚高压西北部水汽异常不显著。（3）南亚高压偏强（弱）时南亚高压中部UTLS区水汽偏多（少）可能与南亚高压对水汽的抽吸和对水汽输送屏障有关。（4）而南亚高压东南侧UTLS区水汽偏多（少）时南亚高压偏强（弱）可能与深对流输送的水汽潜热释放有关。      

利用卫星大气成分资料分析夏季亚洲季风区平流层-对流层输送特征

首先利用臭氧探空资料验证了Aura-MLS卫星反演臭氧产品在青藏高原地区的可信度, 然后基于2005年和2006年夏季的数据产品确定了亚洲季风区夏季对流层向平流层的输送通道。结果表明, 青藏高原及其周边区域上对流层－下平流层（UT/LS）中, 一氧化碳(CO)和臭氧（O3）浓度散点分布大体上呈现出典型的“L”型分布, 夏季季节内变化反相关特征表现最明显的高度位于150 hPa附近。从时间变化上看, 7月份相关系数最大, 说明该月份对流层－平流层物质交换最为强烈。100 hPa高度位于对流层顶高度以上, 具有对流层特性的大气主要分布在青藏高原东南侧、 孟加拉湾、 印度半岛、 阿拉伯海以及阿拉伯半岛等区域上空, 说明该区域可能是亚洲季风区夏季对流层向平流层物质输送的一个主要通道。     

华南暴雨中云物理过程的数值研究

利用“海峡两岸及临近地区暴雨试验”(HU AM EX)取得的观测资料, 使用高分辨非静力平衡中尺度数值模式 M M 5 湿物理显式方案, 模拟研究了 1998 年 5 月 23～ 24 日自粤北移向南海海岸的冷锋及锋前对流云团造成的华南暴雨中的云物理过程。 结果表明, 由于对流形成的具有冰相参加的冷云过程是华南暴雨形成发展的主要云物理过程, 当对流较弱因而只有水相而无冰相的暖云过程只造成范围虽大但强度较弱的降水。     

An Extreme Monsoonal Heavy Rainfall Event over Inland South China in June 2023: A Synoptic Causes Analysis

An extreme monsoonal heavy rainfall event lasted for nine days and recurred in the interior of northern south China from June 13 to 21, 2022. Using regional meteorological stations and ERA5 reanalysis data, the causes of this extreme monsoonal rainfall event in south China were analyzed and diagnosed. The results are shown as follows. A dominant South Asian high tended to be stable near the Qinghai-Tibet Plateau, providing favorable upper-level dispersion conditions for the occurrence of heavy rainfall in south China. A western Pacific subtropical high dominated the eastern part of the South China Sea, favoring stronger and more northward transport of water vapor to the northern part of south China at lower latitudes than normal. The continuous heavy precipitation event can be divided into two stages. The first stage (June 13-15) was the frontal heavy rainfall caused by cold air (brought by an East Asian trough) from the mid-latitudes that converged with a monsoonal airflow. The heavy rains occurred mostly in the area near a shear in front of the center of a synoptic-system-related low-level jet (SLLJ), and the jet stream and precipitation were strongest in the daytime. The second stage (June 16-21) was the warm-sector heavy rainfall caused by a South China Sea monsoonal low-level jet penetrating inland. The heavy rainfall occurred on the windward slope of the Nanling Mountains and in the northern part of a boundary layer jet (BLJ). The BLJ experienced five nighttime enhancements, corresponding well with the enhancement of the rainfall center, showing significant nighttime heavy rainfall characteristics. Finally, a conceptual diagram of inland-type warm-sector heavy rainfall in south China is summarized.     

华南锋面与暖区暴雨个例对比分析

分析了1961～1999年亚洲热带近海海温与云南降水的关系.通过研究云南夏季降水对近海海温异常的响应,发现云南初夏的降水与亚洲热带近海海温有明显的负相关关系,这种降水减少海温正距平的情况在北印度洋西部和阿拉伯海表现比孟加拉湾和南海更显著,但是在盛夏相关关系不显著.同时发现云南西南部的夏季降水与前期盂加拉湾海温有显著的正相关,而与其它海域的海温相关不显著.滇东南的夏季降水只与前期南海的海温有显著的正相关.     

华南6月降水异常及其与东亚—太平洋遥相关的关系

利用1959～2010年共52年的大气环流和降水资料,我们分析了华南前汛期季风降水 (6月降水) 的变化特征,发现6月华南降水与同期EAP (East Asia-Pacific,东亚—太平洋) 遥相关型有显著的相关关系,两者之间的相关系数为0.35.EAP指数为正时,长江中下游以南的地区降水偏多,而长江以北和黄河之间的地区降水偏少.将华南6月降水分为与EAP相关的降水序列和与EAP独立的降水序列,比较了二者所对应环流异常的异同点.结果表明,与EAP相关的降水异常对应着EAP相关型的环流异常分布特征,降水为正异常时,850hPa风场从低纬度到高纬度呈现“反气旋、气旋、反气旋”的异常分布,湿的偏南风和干的偏北风在华南上空交汇,降水增多;而整个淮河流域上空为偏北风异常,导致南风带来的水汽输送减少,降水偏少,因此降水异常呈现偶极子分布.相比之下,与EAP独立的降水正异常对应的环流异常表现为热带西北太平洋上空的反气旋性环流异常,华南地区上空为显著的西南风异常,输送到华南地区的水汽增多,导致降水偏多.     

2002年6月13日重庆区域大暴雨分析

通过对重庆西部“6 1 3”区域大暴雨的分析 ,发现此次天气过程是一次典型的高原涡与西南涡耦合 ,结合地面弱冷空气条件下产生的 ,同时对ECMWF和T2 1 3数值预报产品进行了简要的分析 ,发现ECMWF和T2 1 3的形势预报能力都比较好 ,但T2 1 3的部分物理量要素和降水量预报能力还有待提高。     

Synoptic Characteristics of Heavy Rainfall Events in Pre-monsoon Season in South China

Persistent heavy rainfall events in South China can be divided into pre-and post-monsoon-onset events according to the onset of the South China Sea Summer Monsoon. In this study, daily rainfall data from 174 stations in South China and daily NCEP/NCAR reanalysis data are used to investigate pre-monsoon-onset events. The synoptic characteristics of pre-monsoon-onset heavy rainfall events are examined in detail. It is found that 21 heavy rainfall cases happened in the pre-monsoon period between 1961 and 2005....     

一次引发华南大暴雨的南海季风槽异常特征及其原因分析

2007年8月10日第7号台风"帕布"在广东沿海消失后,尾随而上的南海季风槽给华南沿海和台湾岛带来持续多日的暴雨和大暴雨.由于南海季风槽是华南最主要的降水系统,因此研究了8月第3候引发华南大暴雨的南海季风槽的异常特征及其可能的原因.首先分析了季风槽的气候平均时空特征.研究表明低层辐合、高层辐散位于季风槽的南侧,表现了季...     

南海夏季风对华南夏季降水年代际变化的影响

华南夏季降水和南海夏季风都具有准两年的变化特征。研究表明：20世纪70年代以后，华南夏季降水年代际变化主要表现在准两年尺度平均方差的变化上，当准两年方差大时，相应的华南夏季降水多，反之亦然。但是在1976年以前南海夏季风对华南夏季降水的影响并不大，这似乎与两者准两年变化关系的年代际变化有关。南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化在1953-1976年是弱的反位相变化关系，相反地，这一时段它们的非准两年变化成分有很强的正相关；在1977-2000年这一阶段，南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化具有很强的正相关，但是它们的非准两年变化成分的相关性则很差。分析结果还表明，20世纪70年代大气环流的年代际变异使得华南夏季降水准两年变化在最近20多年成为其年际时间演变的主导成分。     

2001年夏季风活动与我国南方暴雨某些特征的分析

应用GMS TBB资料对2001年亚洲夏季风活动作了诊断分析,得到中南半岛和我国南海共经历了3次季风爆发过程,且强度都强于历史同期水平;揭示了印度—孟加拉湾、中南半岛以及我国南海3个季风区季风爆发与间歇的特征。分析了季风对华南及长江中下游地区三次（6月上旬至中旬初、6月下旬至7月上旬、8月末）暴雨过程的影响,指出季风爆发及其与北方南下冷空气的结合,是造成东南部地区出现大范围长时间强降水的必要条件,从而为该地区强降水过程预报提供某些重要线索。     

用MM5模式Reisner霰方案对华南暴雨的数值模拟

利用MM5中尺度数值模式对1998年6月8～9日华南暴雨进行了模拟，用Re—isner在方案模拟了可分辨尺度降水，详细分析了暴雨的微物理过程。结果表明，Re—isner在方案对华南暴雨具有较好的模拟能力。在降水最大时段，霰和云水是形成雨水的主要来源，云水的碰冻是产生霰的主要微物理过程。