东亚夏季风区的低频振荡对长江中下游旱涝的影响

利用相关分析与合成分析的方法,讨论了东亚夏季风区的低频振荡及其与我国长江中下游地区旱涝的关系。研究发现,东亚强季风涌年,准30～60d振荡的影响显著,容易造成长江中下游多雨;东亚弱季风涌年,准30-60d振荡减弱,10-20d低频振荡为主要的振荡周期,容易造成长江中下游干旱。研究结果初步揭示了低频振荡对我国长江中下游地区旱涝的影响。研究表明,东亚夏季风中低频振荡传播规律对长江中下游地区降水的中长期预报有重要的指导意义。     

1991年夏季长江中下游降水和风场的低频振荡特征分析

对 1 991长江中下游地区夏季降水和风场进行 Morlet小波分析 ,结果表明 :这些要素有明显的低频特征 ,其变化具有阶段性的特点。 6月中旬之前主要表现为准双周振荡 ,6月中旬之后 3 0～ 60 d振荡逐渐明显 ;低频西风峰值超前降水峰值 2～ 4d。通过对散度场及流场的分析发现 ,7月份以后 ,低纬低频系统北传 ,同时中纬 40～50°N低频系统南传 ,两者交汇在 3 0～ 3 5°N,低频气流在长江中下游地区的辐合造成了两次大的降水过程     

长江中下游旱涝急转年多尺度低频振荡特征及其对旱涝急转的影响

利用国家气候中心提供的753站逐日降水及TRMM 3b42卫星降水资料,NOAA向外长波辐射(OLR)资料及NCEP/NCAR再分析数据集,对长江中下游地区春夏出现的旱涝急转现象进行详细分析,探讨了长江中下游旱涝急转年多尺度低频振荡特征及其对旱涝急转的影响。(1) 2011年作为长江中下游夏季旱涝急转的典型年,转折前后大气环流场存在显著差异,副高短期活动、孟加拉湾低槽及中高纬度槽脊对旱涝急转具有重要影响。(2) 2011年长江中下游夏季降水具有多时间尺度周期特征,10～20 d 及30～60 d 低频分量是夏季降水的重要组成部分,不同低频分量具有不同的作用关键区域,相应的低频系统也有差别。前者在南海-西太平洋地区最活跃,具体表现为低频反气旋的发生发展;后者则主要活跃在阿拉伯海-孟加拉湾地区,低频对流加强是该地区最主要的特征。(3) 副高的短期活动是造成2011年长江中下游旱涝急转的关键,它的西伸和加强在低频场上表现为南海-西太平洋附近10～20 d 低频反气旋的发展加强,后者与孟加拉湾地区30～60 d低频对流的影响相互叠加,在旱涝急转期作用达到最强;孟加拉湾地区30～60 d低频对流旺盛发展,OLR极值转变要早于南海-西太平洋地区副高极值的变化约5 d的时间,可能是影响副高西伸的一个重要因素。      

基于多种干旱指数的长江中下游五省干旱监测与对比

利用多源遥感数据和稻谷产量资料,采用降水条件指数(PCI)、植被状态指数(VCI)、土壤湿度条件指数(SMCI)、温度条件指数(TCI)以及优化植被干旱指数(OVDI)5种干旱指数,对2012、2013年长江中下游五省的干旱状况进行监测。在此基础上,以标准化降水指数(SPI)和作物减产率为参考指标,对上述5种干旱指数在该区域的适用性进行比较分析。结果表明:PCI、SMCI更适用于长江中下游五省的干旱监测,而TCI、VCI不适合单独用于该地区的干旱监测。在2012、2013年,长江中下游五省发生了不同程度的干旱,其中2013年的干旱更严重(波及范围更广、发生频次更高)。2012年的干旱主要集中在1—2月和6—8月两个时段,旱区集中在北部地区,大致呈东北—西南向的条带状分布;而2013年的干旱主要集中在1—2月和6—10月两个时段,旱区覆盖了整个研究区域,且各省旱情不同步。     

长江中下游春季连阴雨的低纬环流及其低频振荡背景

本文应用OLR资料以及ECMWF风场资料分析了长江中下游春季连阴雨过程的热带和副热带环流系统的特征及与连晴过程的差异。同时,还进一步研究了春季东半球热带和副热带地区低频振荡的基本特征及传播规律,得出了可能产生长江中下游连阴雨的低频振荡的背景事实。     

1998年夏季亚洲地区低频大气环流的特征及其与长江中下游降水的关系

利用日本GAME资料、TRMM卫星资料及中国730站降水资料研究了1998年夏季亚洲地区对流层至平流层低频振荡(LFO)的传播特征及该年长江中下游夏季降水变化的LFO型,结果表明:1998年5-8月,在青藏高原经纬度上,对流层LFO的东西向传播特征与季节变化有关.在东西方向上,高原和东亚大陆雨季开始前,LFO以向东传播为主;在雨季开始后,LFO以向西传播为主.南北方向上,LFO的传播在雨季前后基本一致,高原南北两侧均向高原传播.在南北方向上,青藏高原是LFO的汇;而在东西方向上,高原西部只在雨季开始后是LFO加强区,使西传进入高原的LFO继续西传.整个大气层以对流层顶(100 hPa)LFO最强,进入平流层LFO迅速减弱.1998年夏季长江中下游降水存在两次明显的LFO循环,我们根据两次降水LFO各位相合成分析了降水、500和100 hPa LFO环流以及沿30°N LFO垂直环流.结果表明:来自西伯利亚向南传播和来自孟加拉湾及南海向北传播的LFO气旋(降水谷值期)和反气旋(降水峰值期)形成了高原东部上空LFO气旋(降水谷值期)和反气旋(降水峰值期)以及来自中纬度西太平洋南下西移经日本、黄海到达中国大陆东部海洋上空的LFO反气旋(降水谷值期)和气旋(降水峰值期)的共同作用造成了长江中下游地区强烈的下沉(降水谷值期)和上升(降水峰值期),形成长江中下游降水LFO谷值期和峰值期.     

黄河中下游旱涝年的低频波振荡特征

采用低通滤波和功率谱分析的方法，分析了黄河中下游地区旱、涝年500 hPa高度场的30—60天周期的低频振荡。从1986年和1988年的分析结果看出:在旱年的夏季，乌拉尔山地区的低频振荡周期短、谱值高；贝加尔湖地区的低频振荡周期长、谱值高；副热带地区的低频振荡周期短、谱值低。相反，在涝年的夏季，乌拉尔山地区、贝加尔湖地区和副热带地区的低频振荡具有与旱年相反的特征。     

夏季长江中下游旱涝年季节内振荡气候特征

利用1951—2004年我国740站逐日降水资料对夏季长江中下游典型旱涝年季节内振荡周期、强度和位相等特征进行合成对比分析发现:长江中下游涝年降水季节内振荡周期较旱年长, 涝年以30~60 d周期为主, 而旱年以10~30 d周期为主。旱涝年长江中下游地区夏季降水的10~30 d振荡整体上均强于30~60 d振荡; 10~30 d及30~60 d振荡, 涝年的强度都大于旱年。季节内振荡在旱年的北传较涝年强, 能达到50°N附近; 而涝年不仅有明显的季节内振荡从低纬度地区向北传播, 同时还有弱的振荡从中高纬度地区向南传播, 两者汇合于长江流域形成强的振荡中心。影响我国低频降水的低频异常环流分布模态在旱涝年是一致的, 但涝年的低频环流强于旱年, 而这种低频环流场的差异正是造成涝年的低频降水强于旱年的原因之一。     

2011年5、6月长江中下游旱涝转折的大气低频特征及其预报

基于国家气候中心2011年5、6月长江中下游降水量、降水过程和气象干旱、洪涝区域等统计资料,以及同期NCEP/NCAR逐日纬向风（u）、经向风（v）和水汽（q）资料,对2011年5、6月长江中下游旱涝转折的大气低频环流特征进行分析。结果表明,气象干旱的5月和暴雨洪涝的6月在大气低频系统分布、低频气流交汇和低频水汽输送等方面有显著不同。5月（6月）我国东部以东洋面,850 hPa等压面先后维持西风带低频反气旋或低频气旋（西太平洋低频反气旋）,导致长江中下游为单一的低频偏南或偏北气流（低频偏南气流与低频偏北气流交汇）。而且5月（6月）从西南-东北和东南-西北的低频-qv（qv）交汇于120 °E,30 °N及其附近地区。长江中下游地区水汽通量散度为辐散区（辐合区）。另外,5月无（6月有）自60 °E,沿30 °N向东传播的低频偏南风与自60 °N,沿120 °E向南传播的低频偏北风在长江中下游交汇。低频环流的不同特征,有利于5月干旱（6月洪涝）的维持。并对此次旱涝转折在延伸期预报（10～30 d）时效内的预报取得较好的预报结果。      

长江中下游地区冬夏干湿韵律特征分析

通过分析中国160站1952—2013年的月平均降水观测资料,揭示了长江中下游地区冬季和夏季降水间存在显著的韵律现象,即当该地区冬季降水异常偏少(偏多)时,次年夏季降水也趋于异常偏少(偏多),这里称之为干(湿)韵律现象。对干、湿韵律年大气环流背景的分析结果显示,干韵律年和湿韵律年对应的环流形势基本相反:在干(湿)韵律年冬季,东亚地区500 hPa位势高度距平呈现西高东低(东高西低)的分布型,中国南方东部主要受偏北(南)风异常控制,这不利(有利)于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送,导致该地区冬季降水异常偏少(多);在次年夏季,西北太平洋副热带高压异常偏弱(强),不利(有利)于西南暖湿气流向中国东部地区输送,使得长江中下游地区夏季降水也异常偏少(多)。研究进一步指出,长江中下游地区的冬夏干、湿韵律现象与东亚冬夏季风活动的强度密切相关。干、湿韵律现象多在东亚冬夏季风强度变化一致的情况下出现:冬、夏季风一致偏强时多导致干韵律现象,而一致偏弱时易导致湿韵律现象。     

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。     

长江中上游平原地区冬季雾观测分析

长江中上游年平均雾日数达到20~106 d,是我国主要雾区之一。利用2010年12月在江汉平原观测获得的边界层廓线和雾滴谱资料,重点分析了该地区冬季雾过程的边界层结构及其生消过程。结果表明:荆州冬季雾多出现在寒潮过境1~2 d后,多为平流辐射雾;雾顶发展是水汽在上层逆温下积累,并伴随200~300 m高度冷平流降温引起;近地层冷平流降温导致饱和水汽压减小,同时上层系统性下沉增温引起逆温增强,水汽积累促使强浓雾过程产生;低空急流促使外界偏干气流与雾体混合后雾滴蒸发,是该地区雾顶迅速下降的主要原因;平均数浓度为150~406个·cm-3,极大值达到1 983个·cm-3,平均液水含量为0.014~0.118 g·m-3,极值达到0.786 g·m-3,与南京和重庆强浓雾观测值相似,超过其他地区观测值。城市地区高气溶胶浓度,配合充足的水汽条件,使得荆州雾过程微物理参量数值较大,易出现能见度小于50 m,持续时间4~9 h的强浓雾过程。     

1961—2019年长江中下游区域性干旱过程及其变化

客观识别区域性干旱过程,评估其强度是开展精准监测、评估干旱影响业务的基础.基于长江中下游地区502个国家级气象站1961—2019年逐日气温、降水资料以及1971—2019年干旱受灾面积,运用气象干旱综合指数(MCI)及区域性干旱过程识别方法,识别出长江中下游地区126次区域性干旱过程,干旱过程的次数随着持续天数增多呈...     

基于Catboost和Stacking融合模型的 长江中下游短时临近降水预报研究

用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水量网格数据集、全球预报系统(Global Forecasting System, GFS)模式再分析资料,将机器学习特征算法筛选的特征变量作为模型输入数据,运用Catboost模型和以Catboost和随机森林为初级模型、径向基神经网络为次级模型的融合模型预测未来6 h累计降水等级,并应用公平TS评分(Equal Threat Score,ETS)、真实技巧评分(True Skill Statistic,TSS)、混淆矩阵、预报偏差(Bias值)、击中率(Probability of Detection,POD)对预报结果进行检验分析。结果表明:优化变量的输入有利于提高模型的准确率;Catboost模型和融合模型都可以在一定程度上辨别晴雨状况;仅非动力学变量参与的融合模型对雨区预报准确率最高,但容易将暴雨雨区预报得更加广泛。总体而言,融合模型具有更强、更稳定的预报性能,中到暴雨量级预报准确率还待进一步提高。     

菲律宾海地区异常环流与长江中下游6月旱涝的关系

利用1951—2010年NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国160站月降水总量资料,研究了菲律宾海地区大气环流异常与长江中下游6月旱涝的关系。结果表明,菲律宾海附近是影响长江中下游地区6月降水的关键区。菲律宾异常反气旋（气旋）在对流层低层明显,强度随高度衰减。且这种大气环流异常与长江中下游地区6月降水的相关关系在低层850hPa最显著,到高层相关性减弱。当出现菲律宾异常反气旋环流时,垂直速度和水汽输送等异常分布特征有利于降水发生,使得长江中下游地区偏涝,反之则偏旱。     

长江中下游夏季极端降水指数的变化特征

利用长江中下游地区66个气象站逐日降水资料,通过经验正交函数分解分析中雨以上日数极端降水指数及形成的原因。结果表明:长江中下游中雨以上日数主要表现为全区一致型、南北反向型,且两种分布形势均存在准2 a周期的年际变化和年代际变化;中雨以上日数在1990s开始显著增长,2000s以来,长江以北地区偏多,长江以南地区偏少;2000—2011年,我国东部经向上仍旧存在"反气旋—气旋"水汽输送异常,蒙古高原反气旋型水汽输送加强,引起雨带停滞在长江以北,造成长江以南地区中雨以上日数偏少。     

长江下游地区降水50-80d低频分量的次季节预测研究

用1979-2000年逐日长江下游降水的50-80 d低频分量和全球850 hPa低频纬向风主成分,构建了长江下游降水低频分量的次季节预测的扩展复数自回归模型（ECAR）。这种基于数据驱动建模的气候预测方法,不仅能在复数空间上反映全球环流主要低频主分量和长江下游降水低频分量之间的时滞变化信息,而且能更好地描述气候系统的主要分量在低维空间中的变化规律。对2001-2014年长江下游降水低频分量进行次季节逐日变化回报试验的结果表明,50-80 d时间尺度的长江下游低频降水分量的预测时效可达52 d左右,预报能力明显优于自回归模型（AR）,而且6-8月的预报技巧最高。基于全球环流主要50-80 d振荡型的发展和变化以及与长江下游低频降水相关的时间演变,对于提前50-60 d预报长江下游地区持续多（少）雨过程很有帮助（尤其是夏季）,其中,东亚经向三极子型（EAT）是影响长江下游地区季节内降水变化的最主要的环流因子之一。     

2013年长江中下游夏季高温干旱演变过程及环流异常成因简析

利用改进的CIn指数,结合NCEP/NCAR再分析资料,逐候分析2013年夏季长江中下游地区高温干旱演变过程和高温异常成因。结果表明：改进后的CIn指数能够准确识别此次干旱过程,整体持续时间近一个月。旱情从7月第4候湖南南部开始,8月第3候干旱程度最强,特旱中心位于湖南省中东部,浙江省为高温中心,8月第4候旱情得到缓解。在干旱成因上,极涡位置异常偏西,影响长江中下游地区冷空气偏弱,南亚高压东伸与西太平洋副热带高压西伸明显;鄂霍次克海至菲律宾一带呈较强的EAP遥相关型,其中长江中下游地区位势高度的正异常加强了西太平洋副热带高压的中心强度并使其位置偏西;乌拉尔山地区的阻塞高压与西太平洋副热带高压相对峙,有利于西太平洋副热带高压长期稳定地控制在长江中下游地区;同时欧亚大陆与西太平洋海陆温差增大,东亚夏季风偏强,西太平洋副热带高压异常偏北,长江中下游地区下沉气流强盛,在西太平洋副热带高压和南亚高压共同作用下,造成持续的高温干旱过程。     

长江上游暴雨对1998年长江洪峰影响的分析

通过对１９９８ 年长江上游四川境内暴雨、雨量水文资料、卫星云图等分析,归纳出了１９９８ 年长江上游暴雨的基本特点,认识到长江上游暴雨、高原天气系统与四川云团的活动对１９９８ 年长江洪峰的形成有直接影响。