基于NCEP资料的一次东移引发暴雨的江淮气旋结构特征分析

2015年5月1—2日由江淮气旋引发了一次江淮和江南暴雨天气过程,利用常规地面、高空观测、6 h一次的NCEP1°×1°再分析场、星下点分辨率为5 km的FY-2E水汽云图等资料,重点分析了江淮气旋的生成环境、结构特征、演变过程及东移原因,在此基础上分析了此次暴雨过程的成因。结果表明:(1)这次江淮气旋生成于500 h Pa西风槽前,西南涡沿暖切变线东移、地面冷锋进入低压倒槽的顶端;此后该气旋向东移动,但强度逐渐减弱。(2)这次江淮气旋表现为中低层浅薄系统,温度锋区弱,与经典的深厚温带气旋结构不同。江淮气旋生成时,正相对涡度区随高度向西倾斜;当高低层正相对涡度区逐渐垂直重合时,江淮气旋减弱。(3)暴雨的产生与低空急流输送的丰富水汽、500 hPa高空槽前中低层低涡、切变线、气旋等引起的强上升运动有关;暴雨区南北两支次级环流圈的存在有利于强上升运动的维持;地形抬升作用使得降水加强。(4)地面气旋中心总是沿中低层暖平流区域及其下游高低层微差涡度平流较大区域移动,移向对流层中层上升运动区。     

春季次天气尺度气旋年际变化对江淮地区降水的影响

基于1979-2013年ERA-Interim逐日6h的850 hPa位势高度场资料,利用气旋最外围闭合等值线自动识别方法提取了春季影响江淮地区的二维气旋集,研究了次天气尺度气旋活动年际异常与江淮地区降水异常的联系.结果表明:次天气尺度气旋活动对江淮大部分地区春季降水作用明显,贡献率达25％以上,次天气气旋活动出现对应...     

论江淮气旋的两类发展过程

根据天气分析经验和理论研究结果,我们认为江淮气旋有两种发展类型:A类气旋是指西南低涡沿江淮切变线东移,地面静止锋上产生的气旋波,它发生在付热带急流上的南支低槽越过青藏高原东移的形势下,其主要发展因子是暖平流输送和暴雨产生的潜热加热作用,由于高空涡度平流和冷平流都很弱,气旋一般不发展;B类气旋是指北支槽与西南涡结合,河西冷锋进入地面倒槽与暖锋相接而产生的气旋,它发生在极锋上的北支槽与南支槽合併东移的形势下,高空涡度平流、对流层下部的温度平流和潜热释放对气旋发展都有较大贡献,因此,气旋经常强烈发展。本文结合实例分析论述这两类气旋的发展过程。     

夏季江淮气旋的Ertel位涡诊断分析

本文应用Ertel位势涡度的理论,分析了两例夏季江准气旋活动的等熵面位涡图和位涡垂直廓线,讨论了这类系统发生发展的一种可能机制以及它们与典型温带气旋的区别,从而得出了夏季江淮气旋活动的一个概念模式:从高原一带东移的对流层中层弱的扰动在有利条件下引起江淮地区较强降水,中层潜热释放导致气旋性环流向下延伸,最终可在地面静止锋上形成波动。当副热带锋区北侧平流层下部空气沿等熵面南下时,气旋波可能发展成为典型的温带气旋。     

一次强雷雨过程的分析

高空横槽南部及江淮气旋槽前,有利于气流辐合抬升,且西太平洋副热带高压的西北侧边缘极不稳定,同时中低空西南急流提供了源源不断充足的水汽,高空急流入口区次级环流的出现使低层迅速成为辐合上升中心,为强降水的突发提供了有利条件。探空曲线上风向顺转使得低层存在暖平流,造成大气的强烈对流运动。     

影响东北的两个罕见气旋发展机制对比

2007年3月3—5日和2016年5月2—3日有两个气旋（简称C304和C502）在江淮流域生成后,以相似路径影响东北地区,但发展强度不同。利用常规观测资料和NCEP FNL分析资料,通过对涡度平流、温度平流、湿位势涡度及锋生函数等物理量进行诊断并结合高、低空环流形势对两个气旋发展动力机制进行对比分析,结果表明:C304低空温度平流在气旋发展初期起主要作用,高空正涡度平流为地面气旋发展提供高空辐散场,地面气旋中心上空垂直上升运动增强,对流层低层斜压性明显,气旋性涡度增加主要在对流层下层,低空斜压强迫是主要发展机制;C502低空温度平流弱,斜压性不明显,高空正涡度平流促使高空闭合环流发展,对流层上层有高湿位涡舌发展下垂并与对流层下层正湿位涡柱耦合贯通,垂直上升运动分布在地面气旋中心两侧,高空位涡下传是主要发展机制。两个气旋发生发展在对流层上层两支急流共存、急流非纬向性反气旋性弯曲环流形势下,对流层低层为气旋式环流背景。     

青海省都兰县2012年6月5日大到暴雨天气过程分析

通过对青海省都兰县一次大到暴雨过程的天气形势、物理量场等资料的分析。结果表明:北槽南涡是此次降水过程的主要环流形式,高原低槽的发展加深,在柴达木盆地至海西东部形成572低涡,辐合明显,一方面构成青海典型的强降水环流形势,另一方面有利于西南和东南两支水汽的输送,为都兰大雨的发生提供了充沛的水汽来源,加之北部横槽分裂的小槽影响,造成都兰大到暴雨天气。对流层中低层辐合、高层辐散和高湿度区以及强烈的垂直上升运动的维持是产生这次大到暴雨天气过程的主要原因。     

春季江淮气旋及影响的统计分析

以Lu[1]改进的温带气旋识别方法为基础,结合江苏省73个人工气象观测站的降水资料,统计分析了近35年来春季江淮气旋及其与江苏春季暴雨的关系。结果表明,近35年来,春季江淮气旋发生的次数呈现趋势性递减的变化,其源地主要集中在安徽西南部的大别山东侧和西北部的淮河上游平原。江淮气旋对沿江苏南的春季暴雨有重要影响,而对淮北地区暴雨的影响最弱,给江苏春季带来区域性暴雨的江淮气旋主要是介于中尺度和天气尺度之间的次天气尺度系统。引起淮北和江淮之间两个区域暴雨的江淮气旋源于皖、豫、鲁三省交界处的比例较高。春季江淮气旋造成的暴雨区主要位于气旋中心附近和气旋的南部。其中,淮北地区雨区主要位于气旋中心附近,沿江苏南的雨区在气旋中心和南部均有分布。气旋中心涡度和风速大小、低空西南急流的位置和水汽通量辐合的位置是暴雨落区差异的主要原因。     

一次低空急流加强下的暴雨过程成因分析

基于地面、高空常规气象观测资料及风廓线雷达资料和WRF模式资料,分析江西一次低空急流加强下暴雨过程的环境场及成因。结果表明:(1)暴雨发生在副热带高压(简称"副高")北抬、西南急流加强的天气背景下,此次暴雨是副高、西风带短波槽、中尺度辐合系统、低层切变、季风等多系统作用的结果。(2)低层增湿、增暖和对流层中层冷平流的侵入以及异常的各项热力不稳定指数,使江西北部成为高能、高湿、高不稳定区,并在江西东北部形成中尺度假相当位温θ_(se)能量锋区和露点锋区,而锋生正是此次暴雨过程原因之一。(3)低空急流加强一方面带来了充沛水汽,另一方面,中尺度辐合系统沿着急流发展形成中尺度能量、温度锋区,而对流性降水释放的凝结潜热反馈又促使中尺度对流系统进一步加强,利于强降水发生。1.5～3 km 16 m·s~(-1)以上急流可提前1～3 h指示西南风下风方向地区有强降水。(4)500 hPa正涡度平流的发展使得对流层中层气旋性涡度增加,导致正涡度柱发展,并与涡度柱北侧下沉运动构成次级环流。同时高位涡中心向下发展,有利于低层气旋性涡度加强、锋生加剧,促进上升运动,有利于暴雨维持。     

东移西南低涡空间结构的气候学特征

对1991～2004年夏季（6～8月）西南四川盆地的低涡活动进行统计分类,比较分析了移出型和停滞型两类西南低涡生成初期的合成环流场,总结出影响低涡东移的三维环流结构的气候学特征：东亚中纬度地区对流层中高层的冷空气入侵造成中高层气温偏低,位势高度降低,伴随冷偏差中心南侧20°N～30°N由对流层顶至850 hPa都出现偏强西风,最大的西风偏差位于长江下游地区上空200 hPa。一方面,高层风速差异的纬向梯度加强了长江中游地区的高空辐散,在西南低涡东部形成有利于降水和气旋性环流发展的动力抬升机制。另一方面,对流层低层的西风偏差在青藏高原南麓至我国东部长江以南形成一条异常的水汽输送带,加强了低涡南侧的偏西风水汽输送作用,为低涡东部的降水潜热反馈作用提供了充足的水汽。西南低涡在这样有利的环流形势和水汽条件下更容易移出盆地。     

2002年夏季中高纬大气准双周振荡对华南降水的影响

利用JRA55大气再分析资料和TRMM卫星降水资料,分析了2002年夏季（5~8月）华南地区降水的低频振荡特征,重点揭示了对其影响显著的中高纬大气季节内振荡的环流结构及演变。小波和功率谱分析表明,2002年夏季华南降水表现为主周期为10~30 d的准双周低频振荡。典型低频降水事件及合成分析指出,准双周降水的强（弱）变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入（东移退出）南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区高空大气环流的季节内振荡。在对流层高层,中高纬度地区存在一支自大西洋经欧亚大陆的气旋—反气旋相间排列的低频波列。该波列在欧亚大陆地区向东南传播,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区上升运动的发展,因而华南降水偏强;反之,华南降水偏弱。研究还表明,低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致华南准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关分析发现,当青藏高原地区500 hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4 d（即位相差为1/4周期）时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500 hPa位势高度异常对预测华南地区季节内降水变化有潜在的应用价值。     

2014年夏季长江流域降水季节内振荡的环流分析

基于台站降水观测数据和MERRA-2再分析资料,分析了2014年夏季我国长江流域降水的季节内振荡特征,并从位涡角度重点研究了与之相关的环流演变。结果表明:2014年夏季长江流域降水季节内变率以10~20d的准双周振荡为主。在降水准双周振荡的极端湿位相,受对流层高层随中纬度波列东传的正异常位涡和南亚高压东侧西南向传播的正异常位涡的共同影响,南亚高压呈“马鞍型”分布,在长江流域形成高空辐散环流;在对流层中低层,当中纬度波列的异常气旋向东南传播至长江流域以北时,西太平洋异常反气旋延伸至中国东南沿海,二者共同导致长江流域低空水汽辐合加强;在高、低层环流的共同作用下,长江流域持续性降水显著偏多,形成准双周振荡的极端湿位相;同时,长江以北高空位涡正异常导致其下方冷空气下沉,触发长江流域异常上升运动和南海地区异常下沉运动,该经向垂直环流圈的形成有利于长江流域正异常降水的维持。反之则形成极端干相位。      

NUMERICAL SIMULATION OF THE IMPACT OF LATENT HEAT FLUX ANOMALY IN THE TROPICAL WESTERN PACIFIC ON PRECIPITATION OVER SOUTH CHINA IN JUNES

Based on composite analysis and numerical simulations using a regional climate model （RegCM3）, this paper analyzed the impact of the LHF anomaly in the tropical western Pacific on the precipitation over the south of China in June. The results are as follows. （1） Correlation analysis shows that the SC precipitation in June is negatively correlated with the LHF of the tropical western Pacific in May and June, especially in May. The SC precipitation in June appears to negatively correlate with low-level relative vorticity in the abnormal area of LHF in the tropical western Pacific. （2） The LHF anomaly in the tropical western Pacific is a vital factor affecting the flood and drought of SC in June. A conceptual model goes like this： When the LHF in the tropical western Pacific is abnormally increased （decreased）, an anomalous cyclone （anticyclone） circulation is formed at the low-level troposphere to its northwest. As a result, an anomalous northeast （southwest） air flow affects the south of China, being disadvantageous （advantageous） to the transportation of water vapor to the region. Meanwhile, there is an anomalous anticyclone （cyclone） at the low-level troposphere and an anomalous cyclone （anticyclone） circulation at the high-level troposphere in the region, which is advantageous for downdraft （updraft） there. Therefore a virtual circulation forms updraft （downdraft） in the anomalous area of LHF and downdraft （updraft） in the south of China, which finally leads to the drought （flood） in the region.     

Interannual Variability of Snow Depth over the Tibetan Plateau and Its Associated Atmospheric Circulation Anomalies

The interannual variability of wintertime snow depth over the Tibetan Plateau(TP) and related atmospheric circulation anomalies were investigated based on observed snow depth measurements and NCEP/NCAR reanalysis data.Empirical orthogonal function(EOF) analysis was applied to identify the spatio-temporal variability of wintertime TP snow depth.Snow depth anomalies were dominated by a monopole pattern over the TP and a dipole structure with opposite anomalies over the southeastern and northwestern TP.The atmospheric circulation conditions responsible for the interannual variability of TP snow depth were examined via regression analyses against the principal component of the most dominant EOF mode.In the upper troposphere,negative zonal wind anomalies over the TP with extensively positive anomalies to the south indicated that the southwestward shift of the westerly jet may favor the development of surface cyclones over the TP.An anomalous cyclone centered over the southeastern TP was associated with the anomalous westerly jet,which is conducive to heavier snowfall and results in positive snow depth anomalies.An anomalous cyclone was observed at 500 hPa over the TP,with an anomalous anticyclone immediately to the north,suggesting that the TP is frequently affected by surface cyclones.Regression analyses revealed that significant negative thickness anomalies exist around the TP from March to May,with a meridional dipole anomaly in March.The persistent negative anomalies due to more winter TP snow are not conducive to earlier reversal of the meridional temperature gradient,leading to a possible delay in the onset of the Asian summer monsoon.     

PATTERNS OF CYCLONE ACTIVITY INFLUENCING CHANGJIANG RIVER-HUAIHE RIVER VALLEYS IN SPRING REVEALED USING THE CYCLONE AREA ALGORITHM

Due to the topography and local nonuniform distribution of heating, extratropical cyclones in the lower troposphere usually have complex shapes and structures, and there remain some uncertainties in identifying them. Using a modified cyclone area automatic objective recognition algorithm for cyclones, we investigated the patterns of spring cyclone activities affecting Changjiang River-Huaihe River valleys (CHV) of China during the previous 37 years. The results indicated that the algorithm performs well in reproducing the cyclogenesis, movement, and cyclolysis of cyclones in CHV. Three new perspectives were noted. (1) Most influential cyclones have relatively short travel distances and lifetimes, they are typically excluded when conducting synoptic-scale cyclone tracking. (2) The cyclogenesis location of influential cyclones in spring displays multi-source characteristics. In particular, the influential cyclones originated in northern China account for 43% with more marked mobility compared to the locally generated cyclones, although most of their centers do not enter CHV. (3) Multi-center cyclones appear mainly in Da Hinggan Mountains which is on the east side of the Mongolian Plateau and over the East China Sea. These cyclones are relatively large in horizontal scale and have relatively long lifetimes.     

夏季青藏高原对流层温度与西北太平洋副热带地区降水的关系

利用1979—2016年CMAP(CPC Merged Analysis of Precipitation)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project)的降水数据以及ERA-Interim再分析资料,通过统计方法研究了夏季青藏高原地区对流层中上层温度年际变率与同期西北太平洋副热带地区降水的关系及其相关的物理过程。结果表明,在年际变化尺度上,夏季高原对流层温度与同期西北太平洋副热带地区降水存在显著的正相关,即当高原对流层温度偏高时,西北太平洋副热带区域的降水偏多,反之亦然。分析研究指出,当夏季高原对流层温度偏高时,高原上空南亚高压显著增强并且向东扩展至日本地区,高原北部对流层出现异常的上升运动,这一异常上升气流随着高度增加逐渐北偏,并在中高纬度地区沿着异常西风气流向东扩展至日本地区,随后向南下沉至日本南部;受该异常下沉运动影响,日本南部对流层低层出现异常反气旋,其东侧的异常北风与西北太平洋低层的异常气旋、反气旋环流存在紧密联系。西北太平洋地区这种异常环流特征为西北太平洋副热带区域的降水提供了有利的动力和水汽条件,从而使该区域降水增多。     

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)。     

梅雨雨带北跳过程研究

利用1979～2007年逐日再分析资料和高分辨率逐日降水资料,通过定义确定了每年梅雨雨带北跳的日期,对梅雨雨带的北跳过程及其可能的物理机制进行了研究。分析结果表明:梅雨雨带北跳日期存在明显的年际变化,本文合成得到的雨带北跳过程与前人的工作相一致。水汽输送的变化和对流层中层的垂直运动是影响梅雨雨带位置分布的关键因素。Omega方程诊断结果表明,在梅雨雨带北跳前期,对流层高层的环流异常导致江淮流域出现异常下沉运动,不利于梅雨雨带的北跳;而涡度方程的诊断结果表明,江淮流域的异常下沉运动导致的非绝热冷却在中国东部的对流层低层引起异常反气旋涡度倾向,有利于副热带高压西伸,从而有利于梅雨雨带的北跳。因此,当对流层高层环流发生变化（主要受纬向涡度平流影响）,使得江淮流域的异常下沉运动转变为异常上升运动时,高低层相互配合,造成了梅雨雨带的突然北跳。     

500 hPa Vorticity Analyses over Argentina: Their Climatologyand Capacity to Distinguish Synoptic-Scale Precipitation

Summary The Southern South America climatological 500 hPa relative vorticity mean state was examined using regional objective analyses of 500 hPa geopotential heights provided by the Servicio Meteorológico Nacional of Argentina. The dataset, covering the period June 1983 to July 1987, was stratified into two samples: the cold and warm seasons. Mean cyclonic vorticity south of 40° S results in a climatological trough over Patagonia with a northwest-southeast tilt. North of this latitude, mean anticyclonic circulation dominates with the exception of a centre of cyclonic vorticity over the Río de la Plata (35° S, 56° W). Seasonal changes appear to be small. Relative vorticity frequency distributions were also analysed. The association between precipitation and synoptic-scale features of the mid-troposphere circulation was investigated through vorticity fields. A particular distribution of vorticity anomalies associated with daily precipitation in Buenos Aires is revealed by biserial correlation coefficient fields. In winter, the strongest relationships are found between 35° S and 40° S over the Andes Mountains (minimum significant correlation coefficients indicating a cyclonic vorticity anomaly), and in the south of Brazil and east of Buenos Aires over the Atlantic Ocean down to a latitude of 40° S (maximum correlation coefficients related to anomalously anticyclonic circulation). This shows the preferential position of troughs and ridges that produce precipitation in Buenos Aires on the time scale of a day. In summer, centres of anomalously cyclonic and anticyclonic vorticity associated with precipitation shift slightly southward. For moderate or intense precipitation in Buenos Aires, advection of warm and wet air southwards appears to be more important in winter, while in summer the strong anomalous vorticity gradient north of the negative centre over the Andes Cordillera favours rainfall in Buenos Aires. Received April 17, 1997