1949—2019年影响山东的热带气旋时空分布及极端降水和大气环流异常

使用中国气象局热带气旋资料中心的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料提供的月平均数据,对北上影响山东的热带气旋（tropical cyclone,TC）及其造成的极端降水进行统计分析,并揭示了有利于 TC北移影响山东的大气环流特征。结果表明：影响山东的 TC主要出现 于 6—9 月,其中盛夏时节（7、8 月）TC对山东影响最大;TC影响山东时,强度主要为台风及以下等 级,或已发生变性;TC会引发山东极端降水事件,TC极端降水多出现在夏秋季（7—9 月）,其中8月的占比最大,9月次之,TC降水在极端降水事件中的占比约为 10%,但年际变化大,有些年份占比达60%以上,特别是1990 年以来 TC对极端降水的贡献显著增强;影响山东的 TC主要生成于西 北太平洋,多为转向型路径;当500 hPa位势高度异常场呈太平洋一日本遥相关型的正位相时,TC更易北上影响山东,此时西北太平洋副热带高压位置偏北,其外围气流会引导TC北上转向,对华东地区造成影响;850 hPa上,南海至西北太平洋存在异常气旋式环流,对流活跃,夏季风环流和季风槽加强,有利于TC的生成和发展,同时,华东、华南上空有异常上升运动,涡度增大,垂直风切变减小,水汽充沛,TC登陆后强度能得到较好的维持。     

“罗莎”台风造成浙江特大暴雨的过程分析

0716号台风"罗莎"于2007年10月7日下午15:30在浙江省苍南县霞关镇附近的浙闽交界处登陆。受"罗莎"台风的影响,浙江省出现暴雨到大暴雨,过程平均降雨量全省达163.0mm。利用NCEP/NCAR1°×1°再分析格点资料、浙江省自动站降水数据和MICAPS的Ki与Ky指数资料(浙江省部分),对由0716号台风"罗莎"造成的浙江大暴雨到特大暴雨过程的大环流天气形势演变、动力条件、水汽输送及物理量特征等进行诊断研究。结果表明,在10月6～9日"罗莎"台风影响浙江期间,欧亚500hPa中高纬度为平直环流,乌拉尔山以西为高压脊,从河西走廊至中原地区有一移动性冷槽,西太平洋副热带高压逐渐加强,呈东西向带状,位置偏北强度偏强,江淮以南地区为副热带高压控制,脊线位于30°N附近;在对流层中、低层(气压为700hPa、850hPa)有明显的冷温槽,途经河西走廊、河套地区、江淮和长江中下游地区,7日14时至8日14时地面冷锋与"罗莎"台风倒槽在浙江相互作用,形成了台风外围受冷空气侵入的特定环境场,为浙江大暴雨到特大暴雨的形成创造了条件。"罗莎"台风螺旋云带中含有大量水汽从东海向浙江大陆输送,10月6日20时至8日14时,从东海到浙江大部出现强的水汽通量大值区,最大水汽通量出现在10月7日02时低层(气压为850hPa),中心为40g/(s.hPa.cm)以上的水汽通量大值区出现在东海,低层高含水量从东海向浙江陆地持续输送,时间长达42h,为本次大暴雨到特大暴雨提供了有利的水汽条件,诊断得出,大气柱可降水量达65kg/m2时可出现大到暴雨,大气柱可降水量达70kg/m2时可出现特大暴雨。从流场、散度场和垂直速度场发现,台风环流区域内低层的强上升运动为本次大暴雨到特大暴雨提供了上升运动的促发机制,高层辐散区与中低层台风北侧倒槽强烈辐合区叠加,使得中低层的辐合更为强烈,这都有利于台风北侧暴雨的维持和加强;台风环流域内的垂直上升运动区有一个"增厚"过程。分析温度平流发现,6～8日在浙江上空(气压为550hPa以下),有明显的冷暖平流交汇,冷空气进入台风外围与台风携带的暖湿空气相遇,台风环流呈西冷东暖状态,加上低层的辐合机制,促使斜压对流不稳定能量的加大,并释放出最大有效的位能,使得大于35℃的Ki指数和4～6个单位的Ky指数高值区覆盖浙江全省,造成大气强烈的上升运动,导致台风倒槽降雨量的加强。     

秋台风“梅花”造成浙江极端降水成因分析

利用全球降水观测计划卫星降水率产品、地面加密自动站和ERA5再分析资料,对202212号台风“梅花”造成浙江极端降水的成因进行分析。结果表明：台风“梅花”造成的极端降水主要分布在沿海和四明山区,极值在四明山区,9月12—13日强降水由台风北侧外围雨带造成,14日则主要为台风本体降水;高层西南风急流的稳定以及台风“梅花”在移动过程中与西风槽结合有利于维持台风强度并引起台风动力结构不对称;台风“梅花”与副热带高压间的东风是台风发展的主要水汽来源,西太平洋上热带气旋的存在也有利于台风“梅花”北侧水汽输送加强,导致台风强降雨带偏北;台风“梅花”北侧高层始终有位涡下传至对流层中低层,促使低层扰动中心的发展,冷空气侵入造成浙江东部中尺度斜压锋生;受四明山地形影响,台风“梅花”环流西北侧的偏北风进入内陆后形成中尺度辐合线,山前抬升,山后下沉,有利于山前降水增幅。     

山东夏季极端降水时空分布及环流特征分析

本文利用2000—2018年山东省大气监测自动站的降水观测资料以及美国国家环境预报中心与美国国家大气研究中心(NCAR/NCEP)再分析的高空月平均资料、降水月平均资料以及逐日降水资料,分析了不同季节山东省极端降水的时空分布的基本特征,以及异常大气环流对极端降水的影响。结果表明,极端降水对山东降水的影响主要集中在夏季,山东省的东南沿海地区表现更为明显。在500hPa上,极端降水次数偏多季的环流形势表现为AO负位相,在50°N的中纬度西风上波动较为显著,降水概率随之增大。根据极端降水持续时间,将极端降水分为第一类和第二类极端降水,若200hPa上南亚高压偏东,500hPa上副高西伸,中纬度西风带的槽脊振幅明显偏大;同时,在850hPa上,高纬度波长较长,有利于冷空气直接南下和暖湿的水汽输送带交汇于山东省上空,则有利于产生第一类极端降水,反之,则易产生第二类极端降水。     

北太平洋副热带海洋环流强度异常对长江中下游夏季降水的影响

利用SODA资料和ECCO资料计算得到的北太平洋副热带海洋环流强度,和国家气候中心整编的中国160站逐月降水资料,结合NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表面温度资料,分析了1970－2007年海洋环流强度异常同期的大尺度大气环流异常特征及对中国东部夏季降水的影响。结果表明:海洋环流强度变化与长江中下游地区降水存在密切的反相关。环流强度异常可以通过影响西太平洋副热带高压的南北位置异常进而影响长江中下游降水。海洋环流偏弱时,副高位置偏南,长江中下游地区受气旋性环流异常影响,来自副高西北侧的强西南水汽输送至此,在该地区形成强水汽辐合中心,同时伴随上升运动加强和对流的加强,进一步导致该地区降水偏多;当海洋环流偏强时,西太平洋副高位置偏北,长江中下游地区受反气旋性环流异常影响,伴随辐散下沉及水汽辐散,导致该地区降水偏少;海洋环流强度异常导致的中纬度海区海表面温度异常,可能是导致副高南北位置异常的主要原因。     

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料,分析发现,上年秋季尤其是11月的赤道(热带)印度洋偶极子(tropical Indian Ocean dipole,TIOD)模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析,结果表明:上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致,显示出从高纬度到低纬度"+、-、+"的相关分布,反映出当上年11月TIOD正位相(负位相)时,次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显(不明显)、中纬度30°～37°N低值系统活跃(不活跃),西太平洋副热带高压偏强(弱)、位置偏南(北)的重庆夏季典型的降水偏多环流特征;前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时,两个事件的作用相互叠加,使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南,造成重庆夏季降水的异常偏多。     

2011年春夏长江中下游旱涝急转特征及原因分析

利用NCEP再分析资料,分析了影响2011年春夏季长江南部中下游地区发生旱涝急转的异常大气环流特征及影响因素。发现:长江南部中下游地区旱涝急转发生与西北太平洋副热带高压的变化有密切关系。副热带高压由弱到强的变化为降水提供了水汽条件,高空急流的变化则为降水提供了上升运动条件。进一步分析表明,西太平洋副热带高压西伸加强的原因与副热带高压加强前一候时间内孟加拉湾地区的异常对流加强有密切的关系。急流的变化则与陆地气温的季节变化和中纬度西太平洋强经向海表面温度(SST)梯度异常存在密切的联系。本文的研究表明:2011春夏季长江中下游地区旱涝急转现象的发生,是局地大气环流变化,南北半球大气相互影响以及海洋对大气环流影响的共同作用造成。     

两例相似路径台风降水差异的成因及预报分析

2016年超强台风"尼伯特"和"莫兰蒂"的路径极为相似,登陆福建北上途经太湖流域后入海的路径也几乎重合,但太湖流域出现的降水却迥然不同,前者仅造成了太湖流域个别测站的暴雨-大暴雨,后者则出现大范围暴雨-大暴雨。利用常规气象观测资料、多普勒雷达资料、中国气象局的台风最佳数据集及美国国家环境预报中心(NCEP)提供的再分析资料等,对两个台风登陆后的环流背景、台风结构特征等进行了对比分析。结果发现:"莫兰蒂"登陆后的低压环流结构保持良好,北上过程中与外围浅层冷空气的相互作用明显,海上水汽输送通道畅通,台风倒槽导致太湖流域大范围暴雨-大暴雨;"尼伯特"登陆后迅速减弱,环流结构出现"空心化",水汽输送弱,高层弱冷空气与台风残余低涡的叠加触发局地短时强降水,未能导致太湖流域大范围暴雨。从预报回顾看,模式对登陆台风北上过程中强度预报过强是导致"尼伯特"在太湖流域风雨预报过度的主要原因。3 d以上的中期台风降水预报中,经验概念模型与模式集合预报结果的相互印证,有利于得出比模式确定性降水预报更合理的预报结论。     

山东半岛两次秋季台风远距离大暴雨的特征分析

利用常规观测资料和NCEP/NCAR FNL资料对"狮子山"(1006)和"天兔"(1319)两个台风造成山东半岛秋季远距离大暴雨的特征进行了诊断分析。结果表明:1)造成两次大暴雨的天气形势和物理量特征有相似,也有差异。2)两个台风的生成源地、移动路径以及强度差别均很大,大暴雨发生在台风登陆后从广东移到广西的过程中,高空北支冷槽、台风倒槽和850 hPa切变线是造成山东半岛大暴雨的主要天气系统。3)台风东侧和副热带高压之间850 h Pa偏强东南气流将东海、黄海的水汽源源不断输送到山东半岛并在此辐合;低层辐合、高层辐散和垂直上升运动均利于大暴雨的发生;大暴雨发生前大气处于不稳定大气层结;台风和中纬度系统相互作用形成两层或三层锋区的斜压性特殊结构及高空急流的增强是山东半岛秋季台风远距离大暴雨的重要特征。4)两次大暴雨过程中低空急流特征、锋区斜压性结构特征、不稳定大气层结特征存在较大差异。     

0908号台风“莫拉克”路径异常及造成台南暴雨灾害的诊断分析

利用T213客观分析场和预报产品、GMS卫星水汽云图资料及常规预报资料,分析了0908号台风"莫拉克"的特征,进一步研究了其路径异常,移动缓慢、长时间维持以及对台湾中南部造成历史罕见"八八水灾"的原因。结果表明:(1)莫拉克移动速度缓慢主要因为副高引导气流弱以及洋面上存在三台风相互牵制效应;(2)长时间充足的水汽输送、高层强辐散低层强辐合的高低空环流配置形势是莫拉克长时间维持,并造成台南暴雨的主要原因;(3)云图上的热带水汽羽对暴雨的落区和强度有很好的指示作用,莫拉克中心东南部始终维持较强的热带水汽羽,给台南及闽北浙南带来大暴雨。     

夏季西太平洋副高的年际变化及异常特征分析

利用NCEP/NCAR Reanalysis Ⅱ资料计算1979—2014年3项副高指数,并根据异常副高指数筛选副高异常年份发现副高在正位相年期间较气候态面积更大,西伸脊点偏西,脊线偏南;负位相年情况相反。此外,通过对副高异常年份海温异常场水汽通量场及环流形势分析得出结论:正位相年年间前冬热带太平洋海温异常偏高,水汽通量在长江中下游集聚,东亚副热带季风环流偏弱、梅雨锋区环流加强并且500 hPa鄂霍茨克海阻塞高压发展、200 hPa南亚高压东伸偏东均有利于副高位置偏南,西伸加强;负位相年与正位相年环流形势相反。结果表明:西太副高异常不仅受前期海温影响,同期水汽通量、大气环流形势等对副高影响的同样不可忽视,这为副高预测提供了一定思路。     

冬季中纬度海气相互作用与长江中下游汛期旱涝预测

中纬度海洋的热力状况对大气环流的维持和变化起着重要的作用,尤其在冬季。汛期的研究表明,冬季黑潮海域海表面水温(SST)与长江中下游和华北平原汛期降水有密切的关系(中国科学院大气物理研究所长期预报组,1978),夏季阿留申海域的SST异常与北太平洋上空大气环流场和后期秋季美国的气温和降水亦存在有意义的关系(Namias,1976)。赵永平(1986a;赵永平, McBean,1996)和Zhao and McBean(1989)曾用北太平洋海洋对大气加热场资料详细地分析了其时空分布特征,揭露了黑潮及邻近海域海洋异常加热对同期和后期半年至一年北半球大气环流的影响事实,并提出用海洋异常加热对同期和后期大气环流作用的反相性假说来进行解释。以上研究表明,冬季中纬度海洋异常加热与大气环流的异常和我国汛期旱涝之间存在一定的联系。 冬季黑潮和湾流海域是中纬度海洋的两个巨大热源,它们对同期和后期大气环流有重要影响。本文研究了冬季中纬度黑潮和湾流海域海洋异常加热对夏季副热带高压和中高纬度西风环流的影响,讨论了长江中下游汛期旱涝前期冬季和同期大气环流型。结果表明,冬季东亚和北美冷空气都强时,黑潮和湾流海域对大气异常多加热,夏季西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋减弱,中纬环流平直,形成长江中下游偏旱的环流形势；反之,西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋加强,中纬槽脊系统明显,形成长江中下游偏涝的环流场。本文还对可能的物理过程进行了讨论。     

影响黄渤海区域两次北上台风的对比分析

利用热带气旋路径数据集资料、NCEP逐6 h再分析资料和FY卫星TBB资料,统计显示:1985—2014年北上到渤海和黄海北部的台风一共34个,其中8月最多,有三分之一已经变性成温带气旋。两次北上影响黄渤海的台风过程(1410号"麦德姆"和0713号"韦帕")的对比分析显示:两者北上时与中纬度的高空槽云系结合,锋生显著,降水范围增大。台风"韦帕"登陆后与高空槽云系结合的纬度更低,强度减弱速度更快,降水和对流云带主要分布在其中心的北侧,而台风"麦德姆"则主要分布在其中心的西南侧。台风登陆后垂直速度和水汽通量散度出现不对称结构,并与降水区域一致。视热源和视水汽汇诊断显示:台风"韦帕"遭遇的冷空气强度更强,由西侧的中高层开始快速向下入侵;台风"麦德姆"则由低层开始由西侧和东侧同时入侵。     

0505号台风持续大暴雨成因分析

2005年0505号(海棠)台风的外围螺旋云带长时间停留在浙江上空,造成我省连续五天的降水和东南沿海地区持续二天大暴雨的过程。本文根据降水强度资料、天气形势场、大气物理量(散度、涡度、水汽通量、水汽通量散度、比湿)、卫星云图特征等进行综合分析,发现台风强度强、范围大、维持时间长以及有较好的低层辐合、高层辐散是大暴雨产生的主要原因,两条很好的水汽输送通道为台风螺旋云带对流云发生发展和大暴雨的维持提供充足的水汽条件。本文还对登陆浙江的台风和登陆福建北部的台风在浙江降水情况进行了对比分析。     

太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件变化关系的研究

基于中国东部1955—2004年233个台站逐日降水和NCEP/NCAR再分析高度场、风场、比湿、地面气压以及NOAA海表温度资料,运用SVD、合成分析等方法研究了太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件之间的相互关系,结果表明:前期冬季太平洋SSTA同我国东部夏季极端降水事件的关系比较显著;前冬赤道中东太平洋是影响我国华北地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏大气环流先后通过PNA(反PNA)和WP(反WP)遥相关型使得西太平洋副热带高压发生异常,进而使得华北夏季极端降水事件发生异常;前冬热带西太平洋是影响我国东北南部及江南地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏105°~135°E的平均经向垂直环流圈发生异常,使得夏季东北南部与江南地区垂直运动发生异常,进而使得东北南部和江南夏季极端降水事件发生异常。     

台风Rananim登陆后引发强降水成因和暴雨分布的诊断分析

首先对2004年第14号台风Rananim登陆后造成的强降水过程按主要影响系统进行了划分,指出第一阶段的降水是由台风本身环流产生的,第二阶段的降水则是台风残留低压与中纬度西风带环流系统共同作用的结果。然后针对暴雨在台风登陆点南北两侧非对称分布的特点进行了重点分析,结果表明,台风暴雨的非对称分布与台风本身的非对称结构、南北两侧不同的水汽输送以及中尺度地形有密切关系。同时利用湿位涡分析方法诊断了台风暴雨时空分布特征,发现湿位涡负值中心与暴雨中心存在较好对应关系,而且其中心数值的绝对值大小与1 h降水强度存在正相关关系,从而说明湿位涡负值中心可以作为降水时空分布的重要指标,为台风暴雨预报提供一种思路。     

两个相似路径台风造成山东降水明显差异的成因分析

利用常规气象资料、自动气象站资料、气象卫星资料及NCEP FNL 1°×1°再分析资料对以相似路径影响山东的登陆北上类台风“利奇马”（1909）和“桃芝”（0108）进行对比分析,得到以下主要结论：1）暴雨分布特征和强度与热带气旋位置存在显著差异。2）中纬度台风暴雨比较复杂,台风降水地形增幅作用尽管明显,但主要与台风结构和强度差异有关。3）小时最大雨量与台风强弱没有必然联系,强降水维持时间长短是“利奇马”与“桃芝”累计降水有较大差别的重要因素。4）环流形势的显著差异是导致两个台风影响山东时间、降水明显不同的一个重要原因。5）“利奇马”和“桃芝”降水水汽输送条件差异是降水分布存在明显差异的重要因素,动力条件也存在明显差异。6）对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)在两次台风暴雨中反应效果不同。     

台风登陆前华南地区降水日变化特征分析

文章采用1998—2017年间日本气象厅(Japan Meteorological Agency, JMA)台风最佳路径、热带测雨卫星(tropical rainfall measuring mission, TRMM)逐3小时降水及日本55年再分析(Japanese 55-year reanalysis, JRA-55)逐6小时数据, 针对起源于西北太平洋、移动路径位于台湾岛以南且台风最外围第一波螺旋雨带经过华南地区的台风, 将符合上述条件的台风筛选出来后, 由卫星云图和TRMM降水资料判断出台风第一波螺旋雨带到达华南地区的日期, 并分析雨带到达之前台风对该地区日降水的影响, 以此探索台风登陆前外围环境场对华南地区降水日变化的影响规律及机理。结果表明, 在台风临近华南地区期间, 一方面台风外围气流会向该地区输送水汽促进该地区降水, 另一方面华南地区在台风外围辐散场下沉气流的影响下降水受到抑制。当前者作用大于后者时, 华南地区降水增强, 此情形下华南地区大气不稳定极值时间多发生于午后, 午后降水明显, 对应的台风多发生于7、8月份, 西太平洋副热带高压偏东, 有利于台风北移, 台风第一波雨带到达华南地区时台风中心距华南沿海较近; 反之, 华南地区降水减小, 大气层结较稳定, 夜间至清晨出现因辐射冷却导致的层云降水峰值, 对应的台风多出现于9、10月份, 西太平洋副热带高压西伸, 不利于台风向北发展, 台风第一波雨带到达华南地区时台风中心距华南沿海较远。文章结果有望提高对台风登陆前的外围环流场影响沿海地区云和降水过程的规律性认知。     

0814号台风“黑格比”快速移动及造成广西持续大范围暴雨成因分析

利用T213、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对0814号强台风"黑格比"快速移动以及造成广西持续大范围暴雨的成因进行分析,表明造成台风"黑格比"快速移动的主要原因是:(1)副热带高压突发性加强西伸,脊线稳定维持在30°N附近,台风与副高脊线之间的东风带宽广且深厚,风速≥12m/s,急流轴随台风从东向西递进;(2)赤道地区的西南气流正处于弱和相对稳定的时期,无明显能量补充到台风环流中;(3)台风结构尺度小,uv分量分析显示,u分量的东西风、v分量的南北风差值极小,环流风对称,即使登陆后还保持这一特点;(4)无"双台风"或多台风的间接影响。造成广西大范围暴雨的主要原因是:(1)台风"黑格比"进入广西内陆后,中心涡度值维持在11.5×10-5S-1以上,强度偏大;(2)台风"黑格比"在广西西南部移速减慢,维持较强的水汽辐合,进入越南前,中心附近的水汽通量散度仍有-60×10-5S-1,与通常台风相比,水汽辐合明显偏强。     

西北太平洋台风频数异常及其与海气通量的关系

利用1984-2002年联合台风预警中心(JTWC)最佳路径台风资料、全球海洋客观分析海气通量(OAFluxes)资料和NCAR/NCEP-2再分析资料,使用SVD等统计方法,对西北太平洋台风频数与低层大气环流及海气通量异常之间的关系进行了研究,结果发现150°E以东的低纬海区是台风频数年际异常变化最显著的区域,台风频数与低层大气环流异常、潜热通量和短波辐射通量变化有着密切的联系:当副热带高压强度减弱(增强)、脊线偏北(南)、主体东移(西伸)时,季风槽加深东进至160°E(西退至140°E),低纬的纬向西风加强(减弱),海洋输送给大气较多(少)潜热通量,盛行的纬向西风携带着季风槽南侧的暖湿水汽与副热带高压南缘偏东气流的水汽输送在150°E以东(以西)的低纬海区辐合,150°E以东辐合上升的暖湿气团吸收的短波辐射偏多(少),有利于(不利于)形成高温高湿的不稳定结构,台风能量不断(不易)积累,在低层强(弱)辐合、高层强(弱)辐散的环境场作用下,有利于(不利于)台风在150°E以东的低纬海区的生成。