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。      

不同PDO背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送差异

基于华南地区60个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日后向气流轨迹模式(HYSPLIT＿4.9),分析了1960—2012年PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)不同相位期间,华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽的降水贡献率的差异。结果表明：1)锋面降水阶段,在PDO正相位期间,西太平洋-中国南海-孟加拉湾水汽较多;夏季风降水阶段,在PDO正位相期间,北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量较多。2)锋面降水阶段,水汽主要来自西北太平洋与中国南海,在PDO正相位期间,副热带高压位置偏北,使得西太平洋水汽输送路径偏北,有更多水汽向华南输送,有利于华南季风降水形成,降水与PDO呈显著的正相关关系。3)季风降水阶段,在PDO正位相期间,尽管北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量大,但并未都输送至华南,故形成的有效季风降水偏少,降水与PDO呈显著的负相关关系。     

华南前汛期典型旱涝年降水的低频特征及其与冷空气的关系

利用国家气象信息中心提供的1961—2010年华南85站逐日降水及NCEP/NCAR逐日再分析资料,选取2004、2010年为华南前汛期降水典型旱、涝年,分别统计旱涝年降水及冷空气低频特征,讨论低频冷空气与低频降水的关系,并揭示低频冷空气信号源地。结果表明:(1)涝年降水存在10～20 d和30～60 d显著低频周期,旱年还存在20～30 d低频周期。无论旱涝年,低频位涡与同频域降水呈显著的正相关关系,其中10～20 d低频位涡与同频域降水的关系最为密切;(2)涝年华南前汛期10～20 d低频冷空气直接源地位于华北至渤海一带,南传特征明显,高层冷空气源地位于平流层低层西西伯利亚地区,高层高位涡空气沿315 K等熵面向低层输送,干侵入为西北路径。旱年对流层低层冷空气传播特征不明显,高层冷空气源地位于平流层低层东北地区,由于高低层位涡传输通道断裂,导致冷空气活动减弱,降水减少,干侵入为东北路径。     

西藏高原汛期水汽输送特征与降水异常

利用1979—2006年NCEP/NCAR再分析资料计算垂直积分的整层水汽输送通量及水汽通量散度,分析西藏高原汛期5—9月水汽输送特征。结果表明：两藏高原汛期主要有两条水汽输送带,印度季风输送带和中纬度西风输送带;印度季风对汛期水汽输送起着决定性的作用,决定高原汛期开始时间和雨带的推进,水汽通量向北输送达到30 kg·m~（-1）·s~（-1）时,该经度上的测站将从南到北逐渐进入汛期;在水汽的空间分布上,高原南部边缘的3个水汽输送散度场中心恰好对应着高原的水汽输送通道,其形成与西藏高原的地形直接相关;西藏高原汛期降水主要可以分为3种雨型：全区型、东西型和南北型,并分别对应着不同的水汽输送异常：全区型时索马里越赤道急流水汽输送异常较强,高原区为水汽辐合区;东西型时西藏东南部为东北向输送异常,东南部水汽供应较常年偏弱;南北型时东南部水汽输送充足而错那以西地区水汽输送不足。     

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。      

西北区东部春季降水及其水汽输送的低频振荡特征

使用1962—2002年逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,考察了西北地区东部春季降水及其水汽输送的低频振荡特征。通过定义并计算相对比例系数prpt,并结合统计检验,证实了春季西北地区东部、华北和长江下游地区30~60天周期的相对重要性和显著性。2002年个例分析表明,以银川站为代表的西北地区东部春季降水和水汽通量散度具有显著的20~60天振荡周期,并且在4,5月份季节转换时期显著增强;在降水处于正位相时,低频水汽主要来自东面海上的向西输送和南海北部沿高原东侧的向北输送,低频波表现为明显的向东传播。多年资料分析表明,多雨年季节内振荡较强、反之较弱;主要周期尺度有所不同,低频降水与水汽输送具有很好的对应关系,但也存在一定差异。年代际变化特征突出,表现在从20世纪70~80年代初季节内振荡特征不明显,低频降水与水汽输送之间的一致性相对较差,显示出气候异常对低频振荡的影响。     

2013年华南前汛期持续性强降水的大尺度环流与低频信号特征

自2013年3月下旬开始,华南地区遭遇持续性强降水袭击。采用小波分析、交叉小波变换和小波相干、集合经验模态分解(EEMD)、带通滤波等统计方法,分析2013年华南前汛期持续性强降水过程的大尺度大气环流和低频特征,寻找影响持续性强降水可能的前期信号。揭示出:(1)2013年华南前汛期持续性强降水主要分为两个时段:3月26日—4月11日(第1阶段)和4月23日—5月30日(第2阶段)。前者华南雨带呈现西北一东南分布,由北向南降水量逐渐增大,后者降水强度较前者强,雨带主要集中在华南北部和东南沿海地区。(2)第1阶段华南降水主要受北方冷空气的持续影响,第2阶段主要受西太平洋副热带高压和南海季风的影响。两个阶段的环流特征明显不同:第1阶段在对流层中层主要对应西高东低的经向环流,东亚大槽深厚、东北冷涡长时间盘踞,北方冷空气与来自西太平洋副热带高压西北侧的暖湿气流交汇在华南,此时以冷式锋面降水为主;第2阶段500 hPa高度场为两脊一槽的分布型。热带对流活跃,其上空表现一异常的气旋环流,具有季风降水的性质。(3)第1(2)阶段降水呈现出20—50(8—15)d的振荡特征,可能是北方冷空气活动频繁(西太平洋副热带高压加强和南海季风爆发)的影响,交叉小波功率谱分析得到,东北冷涡(南海北部水汽输送的纬向分量)可能提前1(1/2)个周期,对华南降水具有一定的指示。     

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。     

华南春季降水和水汽输送的年代际变化特征

The characteristics of spring precipitation and water vapor transport in South China were analyzed by using observational data and the National Centers for Environmental Prediction （NCEP） reanalysis data. The results show that, during the spring, each component of the water cycle （precipitation, wind field, specific humidity, water vapor transport, etc.） in South China exhibits a notable interdecadal variability. An abrupt increase in spring precipitation occurred in the early 1970s. During the dry period from 1958 to 1971, a water vapor flux divergence （positive divQ） existed in South China, which may have led to the deficiency in rainfall. However, during the wet period from 1973 to 1989, there was a remarkable water vapor flux convergence （negative divQ） in South China, which may have resulted in the higher rainfall. The interdecadal variability of water vapor transport is closely related to the interdecadal variability of wind fields, although the interdecadal variability of specific humidity also plays a role to some extent, and the interdecadal variability of the zonal water vapor transport contributes much more to the interdecadal variability of spring precipitation than the meridional water vapor transport.     

一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系

利用逐日降水量资料、FY-2E卫星资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2012年1月13~16日的一次南方冷季降水过程进行分析,剖析了热带水汽羽形成的水汽输送源和动力机制,及其与降水的关系。分析表明,热带水汽羽不但表征了中高层孟加拉湾水汽的输送,它实际上反映了对流层整层水汽的输送、辐合,低层南海水汽输送带为水汽羽的维持和降水的产生做出了贡献;高空槽前急流与低空切变线的耦合促使了上升运动的形成,导致降水的产生。后期高空槽的移动填塞致使急流轴发生移动及转向,从而引导了热带水汽羽的移动,最终导致热带水汽羽的断裂消亡;热带水汽羽上不存在强对流云团,未形成强对流过程,但由于水汽输送条件较好,配合弱的上升运动产生了这次强降水过程。     

华北汛期日降水特性的变化分析

基于中国740站逐日降水资料, 使用线性倾向估计、 Mann-Kendall突变检验等方法, 分析了华北汛期降水量、 5类汛期降水频率及其贡献率的趋势特征和年代际变化, 揭示出一些比较有意义的新事实, 结果如下: 华北汛期降水量、 5类降水频率及其贡献率都有一定的下降趋势, 华北汛期降水量下降趋势最明显。5类降水频率的下降趋势, 表现出明显的渐变特点, 其中, 小雨频率下降趋势最大, 暴雨频率和大暴雨频率的下降趋势并不显著。5类降水贡献率下降趋势中, 华北暴雨贡献率下降趋势最大。50年来, 华北汛期大雨贡献率最大, 接近于总降水的1/3。华北汛期降水量的多寡主要受其汛期大雨的频率和暴雨的贡献率影响。华北汛期降水量和暴雨贡献率都在1978年前后发生了年代际突变, 华北暴雨贡献率的年代际突变是造成华北汛期降水量发生年代际突变的内在因素。     

西北地区夏季降水与大气水汽含量状况区域性特征

运用NCEP/NCAR 1958～1997年格距为2.5°×2.5°的多个气象要素资料和1960～2000年西北地区95个测站的夏季降水资料,对西北地区夏季水汽含量特征及其水汽状况特征进行了分析.分析研究结果表明:(1)夏季西北地区西部整层大气水汽含量分布与降水的分布特征基本相似,而对于西北地区中东部,二者分布特征略有不同,无论干、湿年西北中东部大气水汽含量均存在相对高值区,表明西北地区整层大气水汽含量具有区域性可开发潜力.(2)西北全区夏季在20世纪60年代中期以前和80年代中期以后,大气中水汽含量较多,70年代前后较少.对于西北各个分区而言,北疆区夏季空中水汽含量最大,高原东北区最少.(3)西北地区夏季降水和西北地区西部哈萨克斯坦地区以及赤道东印度洋和赤道西太平洋交汇处的大气水汽含量相关最为显著.     

基于拉格朗日方法的中国东部雨季水汽输送垂直特征

利用基于拉格朗日轨迹追踪模式（HYSPLIT）,结合区域源汇归属法,追踪1961～2010年中国东部地区雨带推进过程中各雨季后向轨迹,定量确定各雨季不同垂直层上的水汽输送路径与水汽贡献。结果表明在南海夏季风爆发前的华南前汛期,低层最主要水汽通道为太平洋通道,轨迹占比达到52.3%,中高层最主要的水汽通道为印度洋通道,占比超过37%;水汽主要源自低层的西太平洋和中国东部地区,水汽贡献均在20%以上。南海季风爆发后的华南前汛期,低层到高层最强水汽通道均为印度洋通道,特别是中层,轨迹数量达到了65.6%;印度洋源地的贡献明显增加,中高层水汽主要源自印度洋,低层最主要的水汽源地为中国东部和南海。江淮梅雨时低层最主要通道为太平洋通道,中高层最主要通道为印度洋通道,相比华南前汛期,在中高层印度洋通道减弱,而西风通道增强。华北雨季中,低层最主要水汽通道为太平洋通道,而中高层最主要的水汽通道为欧亚大陆中纬西风通道。江淮梅雨和华北雨季中,最主要的源地为中低层的中国东部地区和西太平洋地区,特别是华北雨季中,来自中国东部局地低层的水汽达到了43.1%,表明低层局地蒸发对华北雨季降水起到至关重要的作用。     

2020年6～7月西南地区东部降水异常偏多的水汽输送特征

利用1961～2020年西南地区东部118个气象站逐日降水量资料和1979～2020年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5逐月再分析资料以及美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的逐6 h全球再分析资料,采用相关、回归、聚类、混合单粒子拉格朗日综合轨迹（HYSPLITv5.0）模型模拟等方法对2020年6～7月西南地区东部降水异常偏多特征、大尺度水汽输送特征及水汽收支状况和主要水汽源地及贡献等进行了分析,定义了关键区水汽强度指标,分析了关键区水汽强度与海温的联系。结果表明,2020年6～7月西南地区东部平均降水量异常偏多5成,为1961年以来最多,除贵州中部和四川东北部的局部地区降水较常年略偏少外,其余地区降水均较常年明显偏多。2020年6～7月200 hPa上高空急流位置偏南,西南地区东部正好位于急流轴以南地区,高层强辐散流出,低层强辐合流入,配合从低层到高层的深厚的强烈的垂直运动,为降水提供了良好的动力条件,而西太平洋副热带高压（副高）明显西伸,有利于其西南侧的暖湿气流向西南地区东部输送,使得该区域降水偏多。采用拉格朗日方法计算的定量的水汽轨迹...     

南半球大气环流对华南前汛期降雨影响初探

利用南半球平面气压场格点资料，通过着值场和相关分析，研究了南半球大气环流对华南前汛期降雨的影响。结论指出，无论是同期还是前期，华南前汛期多雨年和少雨年所对应的南半球大气环流系统基本呈反相，两者之间存在密切关系。