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.     

华南前汛期典型涝年低频降水特征及其与低频水汽输送的关系

利用1961—2013年国家气象信息中心提供的全国753站逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析风场和比湿资料,以及NOAA的HYSPLIT模式同期驱动资料,分析了华南前汛期9个典型涝年的低频降水特征及其与低频水汽输送的关系,探讨了低频水汽输送通道及源地。结果表明,华南前汛期9个典型涝年降水存在显著的10~20 d低频振荡周期,闽赣地区30~60 d低频周期也显著。华南前汛期850 hPa纬向、经向水汽通量都存在10~20 d的显著低频周期。影响华南前汛期典型涝年10~20 d低频降水的四个低频水汽输送通道及源地为:以马达加斯加岛北部印度洋、赤道中印度洋为参考源地的西南水汽通道;以日本群岛东南洋面和赤道中太平洋为源地的东南水汽通道;以里海北部和贝加尔湖东南侧为参考源地的西北冷空气通道;以白令海为参考源地的东北冷湿水汽通道。对广东佛冈站和江西广昌站的典型涝年进行水汽后向轨迹模拟验证了上述四个水汽通道,模拟源地均位于水汽通道关键区域。水汽信号参考源地和模拟源地,可作为华南前汛期提前2~6 d延伸期预报时重点考察地区。      

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。      

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。      

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。     

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.     

华南前汛期锋面云系降水效率及其人工影响的可能性

本文根据降水过程中水汽条件和垂直运动条件,推导出降水效率一种计算公式。用该公式计算华南前汛期锋面云系自然降水效率,并探讨人工播云的可能性。结果表明,华南前汛期锋面云系自然降水效率不高(平均54.58%左右)。人工播云后降水效率平均达64.71%左右,相对增加17.42%(<0.05)。所以通过人工播云,促进云中微物理过程,可以提高降水效率,达到增雨目的。      

MJO对华南前汛期降水的影响及其可能机制

利用站点降水资料、实时多变量MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析方法研究了MJO对华南前汛期降水的影响,并讨论其可能机制。结果表明,(1)在MJO不同位相,华南前汛期降水异常有明显的差异,并且这种差异随滞后时长而发生变化。第2~3位相和第6~7位相分别是影响华南前汛期降水的典型"湿位相"和"干位相"。(2)华南前汛期降水对MJO的响应需要一定时间,滞后时长约为1~2候。(3)MJO活跃(受抑)对流可通过激发Rossby波影响华南前汛期降水。当MJO活跃(受抑)对流中心位于赤道印度洋附近时,非绝热加热作用激发的Rossby波到达并影响华南地区,华南地区出现水汽供应的增强(减弱),从而促进(抑制)华南前汛期降水。     

华南后讯期降水的年际变化

本文研究了近30多年来(1951——1984)华南后讯期降水的年际变化。结果表明:(1)华南后讯期降水有3年周期变化和10年尺度的长期变化;(2)夏季西太平洋副热带高压轴线南北位置和西脊点西伸位置的年际变化与华南后讯期降水有密切联系。当副高位置偏北偏东时,华南后讯期降水偏多。反之,降水偏少。 利用1974—1983年的月平均OLR资料研究了热带辐合带对华南后讯期降水的影响。结果表明,华南后讯期降水多年和少年热带辐合带的位置和强度有显著差异。多雨年热带辐合带位置偏北强度偏弱,少雨年则相反,热带辐合带位置偏南强度偏强。      

两类El Ni?o事件对华南前汛期降水异常的影响

利用观测资料及模式结果探讨了EP/CP El Ni?o事件对华南前汛期（4—6月）降水异常的影响。结果发现,EP和CP型相关的华南前汛期降水异常分布之间存在明显月际差异,表现为4、5月EP（CP）型相关的降水异常以偏多（少）为主;6月则相反,EP（CP）型的降水呈负（正）异常分布。分析表明,EP型相关的4、5月偏强的副热带高压与850 hPa上西北太平洋反气旋异常相配合,有利于水汽从海洋向陆地输送,且两广地区水汽辐合,降水异常偏多;而6月相关的500 hPa异常场上对应偏强的东亚大槽,不利于水汽输送,且广东地区处于水汽辐散区,对应降水偏少。CP型相关的4、5月对应500 hPa上东亚大槽偏强,不利于水汽往陆地输送,且华南为水汽辐散,降水偏少;6月的500 hPa上呈现“+-+”的东亚-太平洋遥相关波列（EAP）型,华南地区为明显的水汽辐合,降水偏多。GFDL模式较好地再现了EP /CP型的4、5月降水异常分布及大气环流形势,但是对6月的模拟存在一定偏差。      

INFLUENCE FACTORS AND PREDICTION METHOD ON FLOOD/DROUGHT DURING THE ANNUALLY FIRST RAINY SEASON IN SOUTH CHINA

By using the significance test of two-dimensional wind field anomalies and Monte Carlo simulation experiment scheme, the significance features of wind field anomalies are investigated in relation to flood/drought during the annually first rainy season in south China. Results show that western Pacific subtropical high and wind anomalies over the northeast of Lake Baikal and central Indian Ocean are important factors. Wind anomalies over the northern India in January and the northwest Pacific in March may be strong prediction signals. Study also shows that rainfall in south China bears a close relation to the geopotential height filed over the northern Pacific in March.     

华南前汛期一次特大暴雨过程的数值模拟及其诊断分析

利用WRF3 DVAR同化常规观测和全国自动站资料的WRF模拟结果,对2010年6月18—20日华南前汛期一次特大暴雨过程发生发展的动力条件和热力条件进行详细的诊断分析和研究。结果表明,同化观测资料的WRF模式能较好地模拟出特大暴雨过程的强降水中心、雨带分布及降水强度的变化趋势。稳定的大尺度环流是特大暴雨发生的背景条件。高低空急流及其耦合产生的次级环流的建立是特大暴雨过程的主要动力机制。地面不稳定能量的累积和西南急流输送的充沛水汽和不稳定能量在强垂直运动作用下形成的湿上升,以及中高层冷空气在次级环流的下沉支作用下向低层侵入是特大暴雨过程的热力条件。湿位涡和锋生函数的诊断表明,对流层中高层的干冷空气在次级环流作用下向低层侵入与上升的暖湿空气相互作用,促使斜压不稳定和对流不稳定的释放和发展,是特大暴雨发生发展的触发机制。     

大气层结和海气交换作用影响的海面风剖面研究

风速剖面是各类工程结构抗风设计的关键参数。为了准确估算近海各类工程建筑结构承受的风荷载作用,通过在对数风剖面中引入大气稳定度函数和拖曳系数来刻画大气层结和海气交换作用对近海风速剖面的影响并建立相应的模型,最后利用强台风"黑格比"(0814号)的实测数据对模型进行了验证。研究结果表明:大气层结和海气交换作用对台风"黑格比"风速剖面有一定的影响,考虑大气层结和海气交换作用的风速剖面较对数剖面更能准确描述台风过程的风速剖面特征。     

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;...     

APPLICATION EXPERIMENT OF ASSIMILATING RADAR-RETRIEVED WATER VAPOR IN SHORT-RANGE FORECAST OF RAINFALL IN THE ANNUALLY FIRST RAINY SEASON OVER SOUTH CHINA

A scheme of assimilating radar-retrieved water vapor is adopted to improve the quality of NWP initial field for improvement of the accuracy of short-range precipitation prediction. To reveal the impact of the assimilation of radar-retrieved water vapor on short-term precipitation forecast, three parallel experiments, cold start, hot start and hot start plus the assimilation of radar-retrieved water vapor, are designed to simulate the 31 days of May, 2013 with a fine numerical model for South China. Furthermore, a case of heavy rain that occurred from 8—9 May 2013 over the region from the southwest of Guangdong province to Pearl River Delta is analyzed in detail. Results show that the cold start experiment is not conducive to precipitation 12 hours ahead; the hot start experiment is able to reproduce well the first 6 hours of precipitation, but badly for subsequent prediction; the experiment of assimilating radar-retrieved water vapor is not only able to simulate well the precipitation 6 hours ahead, but also able to correctly predict the evolution of rain bands from 6 to 12 hours in advance.     

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。     

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。     

南海夏季风爆发前后华南前汛期降水日变化对比分析

利用华南地区248个国家级地面气象站逐小时降水数据和14个探空站数据,分析了2003—2016年4—6月华南前汛期降水日变化特征。据南海夏季风爆发时间,将降水分为爆发前后两个时段。华南地区主要存在两条大雨带,一个位于云贵高原至南岭山脉以南,另一个位于广东沿海地区。偏北雨带集中发生在后半夜至清晨时段,偏南雨带集中发生在中午至下午时段。南海夏季风爆发前后,降水量不存在明显相关性,相关系数较大时次位于中午至下午时段。前后期年降水标准差在0.5附近,变化幅度明显时段主要集中于凌晨至清晨。午后出现3 h多年降水量变化幅度最大值,最小时段为中午12时。降水量、降水频率和降水强度的经向分布特征明显且相似:降水量和降水频率在112 °E附近出现日变化转折,以西多出现不稳定夜雨,以东白天降水波动较大。在南海夏季风爆发前,降水特征主要表现为西部高频、南部高强,在清晨更多作用于对暴雨系统的增长;季风爆发后则表现为西北-东南南的高频率高强度降水形态,在傍晚更多作用于增加降水发生频率。      

基于CRA技术的华南前汛期强降水EC模式预报误差分析

利用CRA空间检验技术对ECMWF模式36 h时效预报的2016-2018年华南前汛期(4-6月)69个降水目标进行了检验及误差统计分析,并将预报落区偏差相似个例的环流形势及天气尺度影响系统进行了分析.(1)87％的强降水目标存在明显落区预报偏差,最大偏差为2.75 °.偏差以经向偏差为主,其中偏北的目标多于偏南的目标...