热带气旋远距离暴雨的研究

用中国国家气象信息中心整编的1971-2006年中国693个地面基准站日降水资料、同期美国JTWC最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋(TC)远距离暴雨进行统计分析和诊断研究.结果表明:36 a中有14.7％的TC产生远距离暴雨.TC远距离暴雨事件遍及中国大陆27个省(市、自治区),其中,环渤海地区和川陕交界处为中国TC远距离暴雨高发区.远距离暴雨集中发生在6-9月.34.6％的TC远距离暴雨具有影响范围广、降水强度大的特点.诊断分析表明,TC远距离暴雨能否产生的关键在于热带气旋东侧环流能否将水汽输送到中纬度槽前,如果有高气压或偏北气流对水汽输送的阻断,就不会形成远距离暴雨.     

不同低层湿度条件下青岛两次气旋暴雨过程分析

利用常规气象观测资料和ECMWF再分析资料,对2013年5月26—27日(简称"05·26"过程)和2014年5月10—11日(简称"05·10"过程)青岛的两次气旋暴雨过程进行对比分析。结果表明:"05·26"过程强降水开始前850hPa相对湿度大,降水持续时间长,"05·10"过程强降水开始前850hPa相对湿度小,且具有明显的短时强降水的特征。较好的低层风速、湿度条件,持续较长的上升运动以及源源不断的水汽输送是"05·26"过程降水时间长,累计雨量大的主要原因。地面辐合线的触发作用以及强的垂直上升速度则是"05·10"过程产生短时强降水的有利条件。     

台风韦森特对季风水汽流的“转运”效应及其对北京“7·21”暴雨的影响

2012年7月21日北京地区遭受了61年以来最大的暴雨,造成了大量的人员伤亡与巨大的财产损失。资料综合分析表明台风韦森特在暴雨发生过程中的水汽输送起到“枢纽”的作用,夏季季风通过台风韦森特在副高的影响下将水汽“转运”至暴雨区。为了验证北京异常暴雨过程中台风韦森特的“转运”效应,利用中尺度数值模式WRF对暴雨过程进行数值模拟,结果表明模式能够较好的模拟出此次降水过程的强度、落区,且暴雨发生过程中的水汽输送亦能够较好的再现。通过设计剔除台风的敏感性试验发现,剔除台风韦森特之后降水强度仅为控制试验的50%。进一步分析表明低纬季风水汽气流通过处于东南沿海的台风韦森特向暴雨区域输送水汽,在此过程中西南气流直接向北京区域的水汽输送减少,而西南气流向台风的水汽输送增加,台风与东侧副热带高压之间的偏南气流向暴雨区的水汽输送明显增强,从而印证了上述西南季风气流—台风涡旋—暴雨环流三个系统之间水汽的“转运”效应。以上结果表明远距离暴雨的发生是一个复杂的过程,不仅反映了中低纬度系统的相互作用,而且揭示出夏季季风水汽流对台风涡旋的水汽输送持续供应也可能是台风远距离异常暴雨发生的关键因素之一。     

伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

2000—2009年夏季东亚热带气旋远距离暴雨统计分析及个例的数值模拟

利用2000—2009年6—8月的NCEP 1 °×1 °FNL数据、TRMM降水数据及JMA提供的《TC最佳路径集》等资料,综合考虑低层水汽通道及TC与中纬度系统相互作用的两个因素,对0 °以北150 °E以西东亚地区的远距离暴雨进行统计分析,得出这一时期共有48例远距离暴雨产生,并将其分为5种类型。将各类型合成分析后得到远距离暴雨在850 hPa、500 hPa的主要影响系统有:TC、中纬度槽、副热带高压及水汽通道,其中水汽通道多与印度季风相连接对远距离降水的影响最显著,其次是中纬度槽。形成最多的是北槽、涡-南TC型远距离暴雨占总数的68.8%,而且远距离暴雨多发生在TC路径的右侧（占总数的71%）。200 hPa上多数远距离暴雨发生在高空急流的右后方,并在TC的东西部各有一反气旋性涡旋。当TC东部无反气旋性涡旋时TC较弱。当远距离暴雨发生在TC的西北方向,且西北方向有槽存在时TC较强。利用WRF中尺度数值模式对1104号TC Haima进行敏感性试验表明,TC在此次暴雨过程中起主要作用,通过影响降水区的水汽通道导致降水增强。      

1965-2010年7-9月影响中国的热带气旋降水变化趋势分析

利用中国气象局逐日台站降水和上海台风研究所最佳台风路径等资料,对1965—2010年夏季(7—9月)影响中国热带气旋降水的变化趋势及影响机制进行了分析。热带气旋降水主要影响中国东部和南部,夏季平均的热带气旋降水由沿海向内陆,由东南向西北递减。自1965年以来,夏季影响中国的热带气旋降水呈现华东及东南沿海增多,华南沿海、海南岛以及西南地区减少的变化趋势。分析发现,一方面夏季西北太平洋副热带高压加强西伸,导致同期中国东部地区上空水汽辐合增强;另一方面热带气旋的引导气流发生变化,使夏季热带气旋盛行路径由南海向东亚沿岸偏移,这两个因子的共同作用致使影响中国的热带气旋降水发生变化。     

低空急流对广西热带气旋特大暴雨的影响及概念模式

利用ncep再分析资料，对1990～2003年期间，广西14次热带气旋特大暴雨过程进行850hPa低空急流的合成分析，结果指出：广西热带气旋特大暴雨的产生伴随着中南半岛西南急流的增强，西南急流是暴雨增幅的主要水汽和能量输送系统。另外，结合大尺度环流系统的分析给出广西热带气旋特大暴雨的概念模式。     

登陆北上东路热带气旋对南通市暴雨影响对比分析

利用《热带气旋年鉴》、常规地面观测资料和ECMWF 1°×1°再分析资料,统计1992—2020年南通市热带气旋暴雨气候特征,对登陆北上东路路径下,南通市出现和未出现暴雨的热带气旋进行合成对比分析。结果表明：8月和9月南通市受热带气旋影响产生暴雨的次数最多,登陆北上东路类的热带气旋产生暴雨的概率最大,为72.2%;此路径下出现暴雨时,200 hPa南亚高压存在多个中心,中纬度地区有一支≥28 m/s的西风大风速带,500 hPa副高西伸脊点在120°E附近,南通市处在热带气旋东南侧,气旋北部有西风槽东移,850 hPa上在华东沿海存在两支较强的西南风和东南风大风速带,在热带气旋中心和南通市之间建立了水汽和能量的输送通道;暴雨发生期间,南通市上空维持着高能高湿的充沛能量,水汽通量≥18 g/(cm·hPa·s),1 000～700 hPa均为水汽通量的辐合区,整层大气均为上升运动,垂直速度中心位于400 hPa附近,最大上升速度为-400 Pa/s。     

哈密市三次暴雨过程水汽特征对比分析

利用常规观测、区域自动站逐小时降水、NCEP/NCAR和GDAS再分析等资料,对比分析了2018－2019年哈密市三次暴雨过程的环流背景、水汽输送、辐合（辐散）和水汽收支等特征。结果表明：三次暴雨过程均发生在巴尔喀什湖地区有低涡、蒙古地区有高压脊的环流背景下,当对流层高层南亚高压中心东移且东部中心强度增强、中亚西风槽前存在强西南急流,对流层中层欧洲高压脊偏强、低涡偏南、西太副高偏西偏北时,有利于暴雨落区偏南、降水强度强,反之暴雨落区偏北、降水偏弱。三次暴雨过程水汽源地、水汽输送路径及水汽贡献有所差异,水汽源地的多源性和源地水汽贡献量的多少会对哈密市降雨的强弱有一定的影响。对流层中低层蒙古的反气旋有利于暖湿空汽沿着河西走廊的偏东急流输送至暴雨区,有利于暴雨的增幅。三次过程不同边界水汽收支量有所差异,东边界的低层和西边界的中高层为水汽的主要输入边界。强降水区各边界水汽净流入的强度、维持时间以及水汽的辐合强度对强降水的发展和维持起关键作用。     

山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971—2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析。建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型。分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支。结果表明：在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次。暴雨的范围广、强度大。出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后。在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆。中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北。500 hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合。低层850—700 hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制。热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东。在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送。在台风登陆后12—48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入。暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨。     

Atmospheric driving mechanisms of extreme precipitation events in July of 2017 and 2018 in western Japan

The occurrence of extreme precipitation events is now a serious concern in recent years in Japan. This study explores the atmospheric driving mechanisms of two extreme precipitation events occurred during 5–6 July 2017 and 5–8 July 2018 over western Japan. We identified that the atmospheric transport of large amounts of moisture and wind streams with wind speed of minimum 15 m s⁻¹ from south of Japan towards north on the days before these torrential precipitation events are mainly responsible for the July 2017 and July 2018 floods over western Japan. However, the contributions from the moisture advections (both vertical and horizontal) to the atmospheric water budget plays key roles to intensify the precipitations during the said torrential events. We also find that the prominent moisture flux convergence and well-developed moist conditions mainly maintain these heavy precipitation events over the downpour affected area. Our overall analysis suggests that the atmospheric factors driving to all these two heavy precipitation events are qualitatively robust and vital to explain the mechanism of extreme precipitations.     

西北太平洋不同路径下热带气旋快速加强统计特征及影响因子分析

利用2002—2011年JTWC最佳路径资料和NCEP的1°×1°全球最终分析资料以及热带气旋年鉴,分析了西北太平洋不同路径下热带气旋(TC)快速加强(RI)的时空分布特征,并对不同路径下快速加强(RITC)和缓慢加强(Non-RITC)两组TC进行合成分析和对比分析。结果表明:转向路径发生RI频率最大,且转向路径中西转向的TC最易发生RI过程;其次是东北和西北行路径。在时间分布上,各个路径下RI的月际和日变化具有不同的位相分布特征;在空间分布上,大多数RI过程发生在菲律宾和台湾岛以东洋面,西行路径在南海北部也出现较多RI过程,转向路径RI过程多发生在转向处。各个路径下RITC与Non-RITC环境场存在较明显差异,RITC对流层上层的南亚高压相对较弱,中低层副高相对较强,对流层低层存在较大的相对湿度,且湿度大值区域位于TC移动方向前侧。不同路径下的快速加强的环境影响因素也有所不同。     

全球变暖与城市效应共同作用下的极端天气气候事件变化的最新认知

近年来,城市气候变化问题引起高度关注。综合IPCC第一工作组第六次评估报告(IPCC AR6)关于气候变暖背景下城市对极端天气气候事件影响的评估,本文得到以下科学认识：城市化加剧了局部气候变暖,全球许多城市都面临更多更强的高温热浪事件;城市化使得诸多城市区域及其下风向极端降水增加,地表径流加强;沿海城市受到日益加剧的与海平面上升有关的复合型洪水的影响;城市污染物排放和不利通风的建筑结构加剧了区域污染,同时增加了地表的臭氧含量。预计未来城市极端高温、极端降水及有关洪水事件将更为频发,空气污染形势更为严峻,气候变化风险进一步加大。中国城镇化进程迅速,需要进一步加强气候变化背景下城市极端事件的观测、形成机理和数值模拟研究,以提升城市极端事件风险认识水平和应对能力。     

Contribution of tropical cyclones to abnormal sea surface temperature warming in the Yellow Sea in December 2004

Unusual sea surface temperature (SST) warming occurred over the Yellow Sea (YS) in December 2004. To identify the causes of the abnormal SST warming, we conducted an analysis on atmospheric circulation anomalies induced by tropical cyclones (TCs) and their impacts on upper ocean characteristics using multiple datasets. With the analysis of various datasets, we explored a new aspect of the relationship between TC activity and SST. The results show that there is a significant link between TC activity over the Northwest Pacific (NWP) and SST in the YS. The integrated effect of consecutive TCs activity induces a large-scale atmospheric cyclonic circulation anomaly over the NWP and consequently anomalous easterly winds over the YS and East China Sea. The mechanism of the unusually warm SST in the YS can be explained by considering TCs acting as an important source of Ekman heat transport that results in substantial intrusion of relatively warm surface water into the YS interior. Furthermore, TC-related circulation anomalies contribute to the retention of the resulting warm SST anomalies in the entire YS.     

增暖背景下新疆冷冬与极端低温事件的联系

为了客观准确地描述新疆冬季偏冷的特征,基于新疆99个国家气象观测站1981－2020年逐日最低气温、日平均气温和欧洲数值预报中心再分析资料（ERA5）逐日最低气温再分析资料,对于冬季气温异常偏低年、冷冬年、强冷冬年以及单站极端低温事件、区域性持续极端低温事件进行了识别。结果表明：1981—2020年,新疆区域冬季平均气温异常偏低年与冷冬年有差异。新疆冬季单站极端低温事件总体呈减少趋势;12月和2月的出现频次高于1月,但12月减少速率大于2月,1月总体呈增加趋势。新疆共出现53次冬季区域性持续极端低温事件,其中,全疆型出现频次最高,北疆型次之,南疆型第三,山区型最少;出现频次最多的是持续10～15 d的事件;新疆冬季区域性持续极端低温事件发生频次减少,但单站事件持续时间并没有明显减少,而且影响范围在扩大。当冬季极端低温事件出现频次高、持续时间长时,50%以上的测站出现冷冬（强冷冬）时,区域内冬季平均气温一致偏低的概率较大;当冬季极端低温事件出现频次低、持续时间在10d以内时,出现冷冬的测站很少或没有,冬季平均气温一致偏低的概率较小。     

全球气候变暖对长江三角洲极端高温事件概率的影响

研究了全球气候变暖对长江三角洲极端高温事件（ＥＨＴＥ）概率的影响。结果表明,全球增暖将使ＥＨＴＥ发生的概率增大。当夏季逐日平均最高气温在现有的基础上升高３．０℃后,ＥＨＴＥ发生的概率将由现在的０．１３增加到０．２～０．３,即夏季出现级端最高气温≥３５℃的天数将由现在的１２ｄ左右增加到２０～３０d。     

1951—2017年热带气旋对湖南降水的影响及环流异常特征分析

揭示热带气旋在湖南的降水规律可为热带气旋影响湖南的降水预报提供技术支撑。采用近67 a的热带气旋影响资料,通过统计方法,分析了影响湖南降水的热带气旋特点及环流异常特征。结果表明:7—9月是影响的高峰季节,以在广东、福建沿海登陆的热带气旋对湖南影响次数最多、程度最重,浙江、福建沿海登陆的热带气旋在湖南形成的降水范围最大,热带气旋对湖南影响所产生的降水主要集中在湖南省东南部,热带气旋对湖南产生的强降水范围有增大的趋势,降水强度有增强的趋势。福建和广东沿海登陆对湖南影响的热带气旋的环流特征为南亚高压偏强、偏东、偏北,导致西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏北,引导副热带高压南侧的东南气流与南海和菲律宾以东洋面的西南风气流汇合,形成季风槽,中国华南和华东沿海为东南气流,有利于热带气旋在该区域登陆影响中国。只是前者表现为南亚高压位置较后者偏北更明显,西太平洋副热带高压更偏北,季风槽更偏东,导致福建登陆对湖南影响的热带气旋在湖南大部为气旋性环流控制,湖南全省降水偏多;而广东登陆对湖南影响的热带气旋在湖南省东南部为气旋性环流控制,该区域降水偏多。     

基于卫星亮温资料同化对2009年热带风暴“浪卡”的数值研究

本文利用三维变分同化系统（WRFDA）,设计了4个同化试验方案,将ATOVS卫星亮温资料直接同化到中尺度数值模式（WRF）中,研究同化ATOVS不同卫星亮温资料对2009年04号热带风暴“浪卡”数值模拟的影响。结果表明,直接同化卫星亮温资料能够改善初始场结构（大气流场、温度场）,尤其是对西太平洋反气旋系统,进而提高对热带气旋路径的模拟精度。同化不同类型的ATOVS卫星亮温资料对于热带气旋的移动路径有着不同程度的改善,其中以HIRS3和HIRS4资料同化对热带气旋移动路径改善效果最好。     

“威马逊”（1409）降水水汽来源和源区定量贡献分析

利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART(the Flexible Particle Model)和水汽源区定量贡献分析方法,研究了超强台风"威马逊"登陆期间(2014年7月17日06:00至19日06:00,协调世界时)强降水的水汽来源和源区定量贡献。结果表明,大量目标气块源自目标降水区西南侧和东侧,西南侧气块可追溯到阿拉伯海和孟加拉湾等地区,且大部分气块来自相对较低层大气,高度在输送途中变化不大,来自东侧的气块可追溯到西太平洋海域,气块初始位置相对较高,在输送途中逐渐降低;源区定量贡献分析显示:南海区域(C)贡献最大,目标降水区域(T)局地贡献次之,孟加拉湾(B)和西太平洋南部区域(D)贡献相当且均低于区域T;区域C和T对"威马逊"登陆期间降水贡献较大源于其较高的源区水汽摄取率(尤其是区域C)和较低的沿途损耗率(尤其是区域T);区域B源地水汽摄取量高于区域D,但从前者摄取的水汽到达目标降水区域而未被释放的比例明显高于后者,同时,两者沿途损耗率相当,造成两者对目标降水区域的最终贡献也相当;尽管阿拉伯海区域(A)水汽摄取亦较明显,但由于沿途的显著消耗,导致其对目标降水区域的最终贡献显著降低。FLEXPART轨迹追踪模式和水汽源区定量贡献分析方法,与以往常用的环流和水汽通量进行定性分析相比,可更为清晰和定量地揭示热带气旋降水的水汽来源特征。