2011年春夏季节长江中下游旱涝急转可能成因

利用1980-2011年观测的降水和美国NCEP/NCAR大气再分析等资料,采用经验正交分解（EOF）和线性回归等统计方法,讨论了2011年发生在长江中下游地区春夏旱涝急转的成因。结果表明：该年1-5月持续的La Nina事件导致西北太平洋副热带高压位置位于125°E以东,西北太平洋副热带高压西北侧的西南风伴随的水汽通量无法达到长江流域,从而导致了2011年长江流域1-5月份的持续性干旱现象。伴随La Nina的减弱,6月份的青藏高原的感热明显增强,诱发西北太平洋副热带高压自东向西北方向移动到110°E,引导西南风水汽向长江流域输送,而青藏高原对流的加强和向东移动与来自西北太平洋副热带高压西北侧的西南气流在长江中下游地区的汇合导致了6月份长江中下游降水的急剧增加,从而形成了2011年长江中下游地区春夏季节的旱涝急转。     

2011年浙江梅汛期前后旱涝急转形势及梅雨锋结构特征分析

2011年浙江省出现了自1999年以来最典型、最强的梅雨降水集中期,连续4次强降水过程造成旱涝急转.本文利用NCEP再分析资料对2011年浙江梅汛期前后大尺度环流背景进行了分析并与历史同期进行了对比,同时又对4次强降水过程的梅雨锋结构进行了诊断分析.结果表明:(1)中高纬环流急转前后都具有很大的经向度,但由急转前的“三槽三脊”转变为“两槽一脊”,梅汛期为单阻形势,贝加尔湖阻塞高压前的西北气流为梅雨提供了冷空气条件.梅汛期印缅槽和西太平洋副热带高压较急转前明显加深、加强,偏强的印缅槽和西太平洋副热带高压有利于在副热带高压西北侧建立持久、稳定的水汽通道,西南气流与偏东气流在浙江构成准纬向切变,使得大量暖湿气流辐合上升,青藏高压北侧的偏北大风造成高层强烈辐散,这都为暴雨提供了良好的动力和水汽条件.(2)暴雨主要出现在梅雨锋前沿,梅雨锋区的上升运动与南北两支下沉气流相配合,北支携带冷空气向梅雨锋输送,南支与梅雨锋区上升气流构成经向垂直反环流,加强了锋区的上升运动.(3)4次暴雨过程梅雨锋都为相当位温密集带,在对流层低层垂直方向上近似直立分布.由于受冷空气影响,第一、三、四次过程梅雨锋区具有较明显的温度梯度,低层锋区向北倾斜;相反,没有冷空气的作用,第二次过程锋区无温度梯度,梅雨锋向南倾斜.     

2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流异同点及物理机制对比分析

对比强厄尔尼诺次年2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流异同点,并探讨其物理机制,结果表明:（1）2016年梅雨集中期和1998年两段梅雨期季风环流有诸多相似特征:西北太平洋副热带高压（副高）偏强偏西、南亚高压偏强偏东、孟加拉湾到南海西南季风偏弱;此外,华北东部到江淮均有冷槽维持;副高持续稳定地将西南季风引导至长江中下游形成强西南暖湿气流,并与来自冷槽的北方南下干冷空气辐合,在高层辐散形势配合下形成强降雨。（2）三段梅雨期,青藏高原附近均为高压脊控制,受暖平流及高原热源、梅雨凝结潜热等因素影响,青藏高原到江南、华南一带大气中高层呈大范围强温度正距平;印度尼西亚群岛附近洋面为海温正距平,对流和热源偏强;这是季风环流相似特征形成的两个重要因素。（3）2016年梅雨集中期,青藏高原暖脊最强,东部冷槽最浅,海温正距平范围最大最北,因而南亚高压和副高位置最北,梅雨雨带也最北;梅雨集中期的结束与冷空气减弱以及台湾以东洋面等海域海温正距平显著增强引起超强台风“尼伯特”登陆有关;7月第4候之后,菲律宾以东洋面、南海及东海海域海温正距平增强,对流活跃,导致7月21日之后副高显著偏北;因而没能出现第2段梅雨集中期。（4）1998年7月中旬至8月初,青藏高原上空高压脊较浅,北部呈位势高度负距平,冷空气势力较强,温度偏低,东部冷槽深,西北太平洋海温正距平区域维持不变,故南亚高压和副高异常偏南,从而出现第2段梅雨。     

2011年长江中下游旱涝急转成因初步分析

以2011年1~6月长江中下游"旱涝急转"事件为例,研究了长江中下游旱涝急转与大尺度环流和海温异常的关系,初步得到以下引发旱涝急转的原因:(1)中高纬度大气环流出现快速调整,迅速由强冬季风形势调整为两槽一脊环流形势所控制,进而造成长江中下游由受中高纬度系统控制转变为冷暖空气对峙之地;(2)西太平洋副热带高压位置和强度迅速调整,1~5月来自热带地区的水汽输送条件差,长江中下游地区水汽辐合较常年明显偏弱。6月,水汽输送和收支状况发生根本性转变,长江中下游表现为显著的水汽辐合中心,且明显强于常年;(3)6月青藏高原上空存在显著的气旋性异常环流,利于对流活动发展,受其底部异常西风的影响,对流活动频繁地东传至长江中下游地区,增强了梅雨锋的强度,先后引发了5次强降水过程;(4)前期持续的La Ni?a事件及其变化通过影响Walker环流、西太平洋副热带高压等大气环流系统,为旱涝急转事件的发生提供了有利的背景条件。     

2011年长江中下游旱涝急转及汛期暴雨的对流条件研究

利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件(水汽、不稳定、抬升作用)差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量(CMF)指数与暴雨之间的定量关系。结果表明:在极旱期,干冷的东北气流控制,西太平洋副热带高压偏东,低层水汽通量弱且以偏北风输送为主,中低层为下沉气流,无低空急流,等θse线稀疏,边界层抬升机制缺乏,是干旱加剧的主要因子;在梅汛期,西南气流增强,西太平洋副热带高压西伸,低层气流在长江地区辐合,低层水汽通量增加且转为西南和东南风输送为主,伴随高低空急流耦合和深厚的上升运动,等θse线密集形成梅雨锋,增强不稳定暖湿空气强迫抬升和垂直输送,造成暴雨频发,引起区域性洪涝。暴雨中心600 hPa以下为负湿位涡的不稳定层,对流不稳定与条件性对称不稳定共同作用是强降水发生的不稳定机制。CMF指数与旱涝变化、暴雨过程演变非常一致,在极旱(梅汛)期,CMF指数低(高),变化平缓(剧烈),CMF指数在暴雨开始时逐步剧增,结束时迅速减小。     

2011年初夏我国长江中下游降水的气候特征及成因

文章主要分析了2011年初夏长江中下游降水的气候特征及其成因。结果表明：2011年5月长江中下游降水异常偏少,6月转为异常偏多,出现了明显的旱涝转换。长江中下游地区的旱涝转换主要受南海季风、东亚季风强度以及西太平洋副热带高压（副高）的异常快速北跳的影响。研究还发现,6月亚洲中高纬长期维持两槽一脊的环流形势,东北冷涡活动频繁,多次引导冷空气南下。同时,副高异常偏北、偏西,并出现多次西伸过程。由于冷涡的加强南压与西伸的副高相互作用,促使长江以南地区西南气流明显增强,使得冷暖空气在长江中下游地区交汇,最终导致该地降水偏多。     

2011年长江中下游地区旱涝急转成因分析

利用NCEP和国家气候中心提供的再分析资料,对2011年发生在长江中下游地区的旱涝急转事件的成因进行了初步分析。结果表明:此次旱涝急转发生在特定的大尺度环流背景下,5月极涡偏强,而南亚高压和西太平洋副热带高压均偏弱、偏南;6月极涡强度变弱、范围偏小,而南亚高压增强、西移,西太平洋副热带高压加强、西伸。季风活动异常是引发此次旱涝急转的重要因素,前期南海夏季风强度弱,且中间一度中断,6月初突然增强并北推至长江中下游地区。前期我国主要的3条水汽输送带均明显偏弱,6月初又明显加强,导致大量暖湿气流汇集于长江中下游地区并与南下的冷空气交汇,为旱涝急转的发生提供了良好的水汽条件。2010年7月开始至2011年4月结束的拉尼娜事件是此次旱涝急转事件可能的重要外强迫条件之一。     

21世纪长江中下游梅雨的新特征及成因分析

利用1961—2011年观测资料分析了长江中下游梅雨各特征量的时空变化特征,尤其是21世纪的新特征,指出2000年以来梅雨入梅偏晚,出梅偏早,梅雨长度缩短,强度减弱。统计发现,在这一时段梅雨期内降水日数明显减少,在梅雨长度缩短的同时,降水日数占梅雨期长度的比例也下降,表明梅雨期内强降水越来越集中。梅雨的这种年代际变化可能和2000年以来北太平洋海温处于PDO负位相,且这一时期拉尼娜事件频繁发生有关。在PDO负位相背景下,我国汛期多雨带位置易偏北,同时由于拉尼娜事件频发,热带西太平洋海温增高,使副热带高压偏强偏西偏北,阻止了源自印度洋和孟加拉湾的西南气流向长江中下游地区的输送,迫使水汽输送路径更加偏北偏西至淮河及以北地区,长江中下游地区低层为正散度距平,梅雨降水减少。     

2019年浙江省梅雨异常特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、浙江省常规气象资料及梅雨特征指数等资料,对2019年浙江省梅雨异常特征及成因进行了分析。结果表明：(1)2019年浙江省入梅和出梅均偏晚7天,暴雨过程频繁,短时雨强强,降水量异常偏多,比常年同期偏多115%,“冷黄梅”特征明显,气温为近20年同期最低。(2)对流层高层西风急流北跳偏晚、中层副热带高压北跳偏晚、低层夏季风加强北涌偏晚,导致2019年浙江省入梅偏晚;7月上旬西风急流的减弱南退,副热带高压和夏季风的阶段性南落,导致浙江省出梅偏晚。(3)梅汛期期间,南亚高压和西太平洋副热带高压的异常偏强、高低空急流的有利耦合、强劲的西南季风带来的充足水汽、中高纬“两槽一脊”形势的维持,导致冷暖空气长时间在浙江省上空汇合,造成2019年浙江省梅汛期降水异常偏多。(4)高空冷涡活动频繁,有利于冷空气不断南下;浙江省梅汛期期间降水异常偏多,上空对流活动多,云系多,晴天少,是造成浙江省“冷黄梅”现象出现的关键原因。     

2011年南海夏季风爆发过程及其与长江中下游梅雨的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E-TBB及台站降水资料,对2011年南海夏季风爆发前后的环流特征进行分析。结果表明:2011年强对流活动由孟加拉湾扩展到南海地区,同时伴随着南亚高压移至中南半岛北部,西太平洋副热带高压向东撤出南海地区,南海夏季风于5月第4候(第28候)爆发;季风爆发后,印度-孟加拉湾季风槽形成,南海地区低空开始盛行西南气流,并伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。随着季风活动的推进,我国雨带北抬,长江中下游一带进入梅雨期,出现降水大值区。通过分析发现长江中下游梅雨与南海夏季风均受副热带高压影响,且两者的强度为显著的负相关关系,梅雨开始时间与南海夏季风爆发时间呈显著的正相关关系。2011年南海夏季风偏弱,爆发时间偏早,长江中下游梅雨强度偏强,入梅时间异常偏早。     

2011年长江中下游梅雨锋暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和常规观测资料,分析了2011年6月长江中下游梅雨锋暴雨的大尺度环流特征,并对其中两次梅雨锋暴雨过程的降水特征和锋生条件进行对比分析。结果表明:(1) 500 hPa 中高纬地区两槽一脊强度均比常年偏强,持续稳定的高纬经向环流形势的存在为梅雨锋强降水持续稳定提供了所需的冷空气,冷空气与印缅槽前稳定的西南气流在长江流域频繁交汇,有利梅雨锋锋生以及形成大范围持续性强降水;(2) 200 hPa 南亚高压北侧强西风急流以及其南侧东风急流均比常年明显偏强;(3) 来自孟加拉湾的西南急流与副热带高压南侧偏强的东南气流辐合形成强南风影响我国华东地区,为梅雨锋强降水提供了充足的水汽输送,梅雨锋区水汽辐合明显加强时段与梅雨期四次强降水过程一一对应;(4) 两次梅雨锋暴雨过程降水特征和锋生条件存在明显差异,前者冷暖空气同时对锋区作用造成能量锋区锋生,是一次对流性降水,后者无冷空气影响,是一次地面静止锋波动引起的稳定性降水。     

天气尺度波列对长江中下游6月梅雨的影响

采用1979—2007年6月NCEP/NCAR2.5°×2.5°逐日再分析资料和中国743站逐日降水资料,利用相关分析、合成分析等方法,分析了天气尺度波列的特征及其对长江中下游6月梅雨的影响。结果表明:当长江中下游6月梅雨较少时,东亚及西太平洋区域存在一个天气尺度波列;该波列的延伸距离较短(从黄河河套地区经过长江中下游至南海、菲律宾海一带),维持时间也很短,且仅仅在500 h Pa以下较强。诊断及个例分析表明,当该波列异常显著时,长江中下游梅雨降水明显减少,而其南部区域降水则增多,说明该波列对预报长江中下游降水具有重要的指示意义。     

近53年江淮流域梅汛期极端降水变化特征

基于1961—2013年江淮流域梅汛期（6—7月）逐日降水资料,利用百分位法确定极端降水阈值,对江淮流域梅汛期极端降水的时空分布及突变特征进行分析,结果表明：95%分位极端降水阈值多在50 mm以上,大值中心主要位于湖北东部到安徽南部一带;平均极端降水强度与阈值大小的空间分布相似。极端降水量和极端降水日数整体呈现由安徽南部向四周递减的空间分布特征,极端降水量约占梅汛期降水总量的1/4~1/3。从季节内分布上看,极端强降水站次在梅汛期呈单峰型分布,各候间差异明显,其中6月第5候到7月第2候最多。极端降水量、极端降水日数以及极端降水量占梅汛期总降水量百分比均具有明显的年际变化,且上升趋势显著;江淮流域梅汛期极端降水量和极端降水站次的这种上升趋势均在1980年发生突变。     

长江中下游地区骤发干旱与缓发干旱特征对比研究

基于再分析土壤湿度、大气等压面资料以及国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)数据,利用大气柱水分收支原理及归因方法,本文识别了1979—2020年长江中下游地区格点骤发干旱与缓发干旱,分析其空间分布及统计特征,并且诊断区域性典型骤发干旱与缓发干旱事件的发展过程及人为因素的影响。结果表明:该区域骤发干旱频发,主要发生在南部,强度偏强,且大多发展于夏季;而缓发干旱发生较少,主要发生在北部,强度偏弱,且大多发展于秋季。大气柱水汽净辐散对两类干旱的发展速度起到了重要作用,骤发干旱在发展过程中大气柱水汽净辐散偏强,造成蒸散发与降水差值较大,使得土壤湿度下降速度快于缓发干旱。2019年夏季长江中下游地区发生了一次大范围的骤发干旱事件,在发展阶段,副热带高压西伸增强了区域大气柱的风场辐散,使大气柱水汽净辐散强,干旱快速发展。2010/2011年发生了一次区域缓发干旱事件,在秋季发展阶段,近地层风场为一弱反气旋环流,风场辐散作用偏弱,大气柱水汽净辐散偏小,使干旱发展速度较慢。人类活动对2019年骤发干旱事件的影响强于2010/2011年缓发干旱事件。     

2016年梅雨期间长江中下游强降水与对流层上层斜压波包的关系

2016年6—7月,长江中下游地区发生了自1998年以来最严重的强降水事件,造成了重大的经济损失。利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2479站逐月及逐日降水资料,研究了2016年梅雨期间长江中下游地区降水与欧亚大陆对流层上层斜压波包活动的关系,并诊断了两者之间的信息流向。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动具有明显的下游频散效应。波动起源于黑海,沿西北—东南方向于3—4 d后传至长江中下游地区。斜压波包为长江中下游地区强降水的发生提供了必要的能量。波作用通量矢量的分布表明,梅雨期间逐日均有来自西风带上游的扰动能量向长江中下游流域传播。而梅雨期间降水与斜压波包的信息流关系表明,二者之间存在信息传递。因此,3—4 d并源于黑海附近的斜压波包活动是2016年长江中下游梅雨期间异常降水的成因。这些结果为深刻认识长江中下游地区强降水事件发生的成因和有效预测提供了线索。      

2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流异同点及物理机制对比分析

利用海温和多种大气环流再分析资料以及中国逐日降水站点观测数据,通过滤波、合成等方法对2016和2020年江淮流域梅雨期降水的准双周振荡特征进行了对比分析。结果表明,这两年江淮流域准双周振荡降水均异常偏多,但2016年的降水准双周振荡强度及低频异常降水较2020年更为显著。中国南海和西太平洋对流层低层向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬度对流层中高层随西风急流向东南方向传播的低频气旋是引起2016年江淮流域降水准双周振荡的主要原因。2020年江淮流域降水的准双周振荡受到日本南部向西南方向移动的低频气旋、菲律宾海向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬度地区随极涡西向旋转而西移的低频气旋的共同影响。中国南海和热带西太平洋以及热带印度洋的持续海温正异常通过海-气相互作用激发并维持了2016年中国南海与西太平洋上空异常对流活动以及大气环流系统的准双周振荡。2020年黑潮及其延伸区和西北太平洋海温正异常通过海-气相互作用激发了该区域异常低频气旋反气旋交替生成和移出,调控西北太平洋副热带高压的进退,进而影响江淮流域降水的准双周振荡。在2016和2020年,对流层低层异常反气旋有利于海温的升高,海温正异常进一步激发大气低层异常气旋性环流,而异常气旋性环流会导致洋面变冷出现海温负异常,海温负异常又会促进异常反气旋环流的发展,通过这种准双周尺度上的海-气相互作用,对流层低层的大气准双周振荡信号可持续地向江淮地区传播,从而影响江淮流域梅雨期降水的准双周振荡。