湖南涝年主汛期降水低频振荡特征分析

本文基于1986—2015年湖南逐日降水数据以及同期NCEP/NCAR再分析资料,分析旱涝年主汛期(5—7月)降水低频振荡特征,并利用位相合成方法研究涝年主汛期20～50 d低频环流演变特征。结果发现,湖南地区20～50 d和10～20 d的低频降水方差贡献比都具有南高北低的分布特征,10～20 d的低频振荡在旱涝年中皆较普遍存在,而20～50 d的低频振荡只在涝年普遍存在,20～50 d低频振荡对涝年有一定的指示意义。对涝年主汛期20～50 d低频降水进行位相合成发现,在活跃位相(中断位相),夏季南亚高压和西太平洋副热带高压(简称西太副高)纬向异常接近或者重叠(分离),湖南地区降水偏多(偏少),且两个高压的强度、范围、以及脊线位置和湖南地区主汛期降水关系较密切。南海反气旋(气旋)、河套地区槽(脊)系统以及湖南地区的垂直速度和比湿配合度高,且随位相变化存在明显的周期振荡,其中南海反气旋(气旋)和河套地区槽脊系统配置与湖南低频降水有着高度的时间一致性,湖南地区的低频垂直速度和低频比湿较低频降水有一个位相的超前滞后关系。此外,随着位相的演变,低频南北风高值区皆有明显的北传特征。     

2013年华南前汛期持续性强降水的大尺度环流与低频信号特征

自2013年3月下旬开始,华南地区遭遇持续性强降水袭击。采用小波分析、交叉小波变换和小波相干、集合经验模态分解(EEMD)、带通滤波等统计方法,分析2013年华南前汛期持续性强降水过程的大尺度大气环流和低频特征,寻找影响持续性强降水可能的前期信号。揭示出:(1)2013年华南前汛期持续性强降水主要分为两个时段:3月26日—4月11日(第1阶段)和4月23日—5月30日(第2阶段)。前者华南雨带呈现西北一东南分布,由北向南降水量逐渐增大,后者降水强度较前者强,雨带主要集中在华南北部和东南沿海地区。(2)第1阶段华南降水主要受北方冷空气的持续影响,第2阶段主要受西太平洋副热带高压和南海季风的影响。两个阶段的环流特征明显不同:第1阶段在对流层中层主要对应西高东低的经向环流,东亚大槽深厚、东北冷涡长时间盘踞,北方冷空气与来自西太平洋副热带高压西北侧的暖湿气流交汇在华南,此时以冷式锋面降水为主;第2阶段500 hPa高度场为两脊一槽的分布型。热带对流活跃,其上空表现一异常的气旋环流,具有季风降水的性质。(3)第1(2)阶段降水呈现出20—50(8—15)d的振荡特征,可能是北方冷空气活动频繁(西太平洋副热带高压加强和南海季风爆发)的影响,交叉小波功率谱分析得到,东北冷涡(南海北部水汽输送的纬向分量)可能提前1(1/2)个周期,对华南降水具有一定的指示。     

基于拉格朗日方法的江淮梅雨水汽输送特征分析

利用NCEP再分析资料,引入基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLITv4.9),结合用于海量轨迹分析的气块追踪分析方法,探讨了江淮梅雨气候平均的水汽输送特征以及梅雨异常年水汽输送的差异。结果表明,在气候态下,江淮梅雨的水汽主要来自印度洋、孟加拉湾—中国南海、太平洋和欧亚大陆4个区域,其对江淮梅雨的水汽输送贡献分别为35%、19%、22%和19%。其中,印度洋、孟加拉湾—中国南海和太平洋上的输送气流主要来自850 hPa以下的对流层低层,而欧亚大陆的输送气流主要来自600 hPa左右的对流层中层。进一步对比梅雨异常年水汽输送的差异,发现孟加拉湾—中国南海、太平洋和印度洋的水汽输送对江淮梅雨的异常有重要影响,梅雨偏多年来自孟加拉湾—中国南海的水汽输送较多,其对江淮梅雨的水汽输送贡献为24%,比梅雨偏少年约增加了13%,梅雨偏少年则是来自太平洋和印度洋的水汽输送较多,对江淮梅雨的水汽输送贡献分别达到了40%和30%,比梅雨偏多年约增加了5%和10%。     

1981-2010年江淮地区持续性强降水低频特征分析

基于1981-2010年国家气象信息中心提供的全国756站逐日降水数据建立江淮地区降水指数,选取6-7月江淮地区持续性强降水事件共26例,利用集合经验模态分解方法分析江淮地区的持续性强降水的低频性质。结果表明江淮流域夏季降水呈现随振荡周期增大方差贡献减小的趋势,根据江淮流域夏季持续性强降水的低频性质可以分成三类,其中10-30天低频振荡主导的事件占全部事件的50%,其低频成分的贡献达45.9%;10-30天和30-60天低频振荡共同主导的事件占全部事件的34.6%,10-30天低频成分的贡献达39.9%,30-60天低频成分的贡献达20.9%。在10-30天低频尺度上,事件发生前期自副高系统产生向极的波动能量的传播进而形成中纬度位势高度负异常,30-60天低频尺度上的位势高度异常稳定维持在利于持续性强降水发生的位相,为10-30天关键低频系统的形成提供一个有利的背景场,两个时间尺度上的低频活动在事件发生期间索相。在低频尺度上导致江淮地区持续性强降水的主要原因是位于南海至菲律宾北部的低频反气旋系统携带大量暖湿水汽沿西南东北向不断输送至江淮地区,低频反气旋与中纬度低频气旋系统在江淮地区强烈辐合导致持续性强降水的发生。     

近50年黄河流域气温变化特征及背景分析

利用1961~2010年黄河流域142个气象观测站的资料,详细分析了近50年黄河流域气温的时空分布和变化特征。黄河流域四季平均气温均呈现东部高、西部低、南部高、北部低的空间型态。对流域气温进行经验正交分解,第一模态呈现全流域一致的增温形势,上游增温幅度最大[0.40℃(10 a)-1];第二模态表现为东西部反相变化;第三模态为南北部反相变化。四季气温随时间变化均呈现上升趋势,升温幅度冬季最大[0.52℃(10 a)-1],其次是春季[0.30℃(10 a)-1]、秋季[0.26℃(10 a)-1]、夏季[0.14℃(10 a)-1]。进一步分析表明,近50年来,黄河流域的气温增暖除了全球变暖的影响,可能还来自1980年代中期和1990年代后期两次年代际增暖的贡献,这与东亚季风的两次年代际变化时间节点是一致的。     

2011年渭河和汉江上游秋汛期环流特征及暴雨致洪成因

2021年汉江秋汛期出现了超20 a一遇的大洪水,其上游累计降雨量和丹江口水库累积来水量均突破其历史极值。如何有针对性做好气象保障服务,对气象部门而言是重大挑战。基于对2021年汉江异常秋汛水雨情特征的总结及其气象保障服务过程的回顾,指出汉江秋汛气象保障服务工作中存在的若干问题,提出不断提高汉江秋汛气象保障服务质量和效率的若干风险管理机制,可为今后做好汉江秋汛气象保障服务提供参考依据。

     

太平洋海温场不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征

利用1961—2012年华南逐日降水资料,分析了太平洋海温场两种不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征,并探讨了海洋外强迫信号可能对华南前汛期降水的低频变化周期造成的影响,以期为华南前汛期持续性暴雨过程的延伸期预报提供依据。结果表明:PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)冷位相年,华南前汛期发生典型持续性暴雨过程的概率比PDO暖位相年大,且暴雨强度偏强,持续时间偏长;太平洋海温场两种不同时间尺度背景下,华南典型持续性暴雨过程呈现不同的特征,PDO冷位相配合冬春Nino区海温异常,华南前汛期易出现强度较强、持续时间较长的典型持续性暴雨过程;太平洋海温两种不同时间尺度的外强迫信号可能影响华南前汛期降水的低频变化周期,进而影响华南前汛期持续性暴雨的持续时间和强度。     

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)。     

青藏高原冬季积雪与华南前汛期降水年际变率的联系

利用1979—2018年青藏高原(简称高原,下同)卫星积雪数据集、华南地区261站逐日降水及ERA5再分析资料,探讨了高原冬季积雪与华南前汛期降水的联系。结果表明：1)高原西部积雪与华南前汛期降水的正相关关系最为稳定,其主要影响前汛期的锋面降水,对夏季风降水的影响较小;2)华南前汛期在高原西部积雪偏多年比偏少年偏早20 d,使得前汛期降雨日数偏多,持续时间偏长,总降水量偏多,而降水强度受积雪的影响较小;3)高原积雪偏多年,积雪的冷却作用形成了低层异常反气旋环流,而东亚沿岸为“+-+”的位势高度异常,中纬度“西高东低”的环流配置有利于中高纬冷空气南侵,使得华南上空温度偏低,同时偏强偏南的西太平洋副热带高压加强了低纬地区偏南气流和水汽输送。3—4月锋面在华南北部南北摆动,4月初偏北干冷空气南侵和偏南暖湿气流的持续北推使得锋面加强,触发了前汛期的较早建立;积雪偏少年冷空气和偏南暖湿气流均较弱,华南北部锋面在4月初中断,4月中下旬华南北部锋面在偏北弱冷空气和偏南暖湿气流的共同作用下重新建立,从而华南前汛期开始偏晚。     

近50a江淮地区梅雨期水汽输送特征研究

利用1958—2007年ERA再分析风场及气压场资料和APHRO高分辨率逐日降水资料,对近50 a来梅雨期水汽输送的时空特征及其与江淮地区降水的关系进行了研究,发现各条水汽通道对江淮地区梅雨期降水强度及范围的影响程度均不同。梅雨期影响我国降水的水汽输送有显著的年际变化,并且水汽输送强弱年对应江淮地区降水强度也有明显差异。相关分析及合成差值的结果显示,西太平洋水汽输送贡献更大,且西太平洋水汽输送(东南通道)增强时,江淮地区降水增多。印度洋水汽输送的加强会减弱太平洋的水汽输送从而使得江淮少雨。在全球变暖的背景下,西太平洋的水汽输送对降水的增强作用有所减弱而印度洋输送所导致降水强度减弱的范围则明显扩大。自1980年起,江淮降水出现缓慢增多的趋势与全球变暖所导致的东亚环流异常进而影响水汽输送异常相关。     

2008-2018年江南暖区暴雨特征

利用2008-2018年常规地面资料、探空站资料、逐小时自动站降水资料,NCEP/NCAR再分析资料及FY2E卫星TBB资料对江南暖区暴雨进行了统计分析和可能影响因子研究.2008-2018年共发生65次江南暖区暴雨,分为切变型、副高型、副高和切变相互作用型和西南急流型4类,可进一步细分为暖切变型、冷切变型、暖切变与副...     

淮河下游初夏小时内降水分级与雷达信息特征

利用淮河下游盐城市多普勒天气雷达和雷达扫描范围内建湖县降水量资料,对2008年6月的6次小时内三等级降水过程进行环流背景和局地雷达信息特征分析,其中对不同等级降水又给出夜雨及午后雨降水日变化分类。在环流背景基础上,通过综合分析对应各级各类降水的多普勒天气雷达降水回波的滤波强度分布特征,以及相应时空的雷达径向风场沿体扫倾斜面的分布结构,归纳出小时内降水量级的动力信息特征。在两类主导性天气尺度环流背景下,局地雷达要素空间分布特征为：同等量级降水,夜间的平均回波强度明显弱于白天;上游补充回波范围指示降水连续性质;上游长而强的回波带支持下一小时短时强降水;沿经建湖的局地雷达倾斜体扫半径剖面, 径向风的风向风速辐合中心的高度越低,辐合层次越宽厚,对应的降水级别越大;在同等降雨量级中,沿倾斜的体扫半径的局地风速强切变,通过上下动量传递和水汽混合,维持着更强的降水。     

2020年主汛期长江流域短时强降水时空分布特征

长江流域(Yangtze River Basin, YZRB)是中国降水集中地。在气候变暖背景下,短时强降水(Short-Duration Heavy Rainfall, SDHR)有增加趋势。2020年主汛期(6—8月)YZRB出现多轮强降水,发生了新中国成立以来仅次于1954年、1998年的流域性大洪水。本文利用中国气象局国家气象信息中心逐小时降水资料,分析了长江上游(YR-A)、长江中游(YR-B)和长江下游(YR-C)三个区域SDHR时空分布以及不同类型短时强降水事件(Short-Duration Heavy Rainfall Event, SDHRE)的统计特征。得到结论如下：1)受地形影响,YZRB山区降水频次增加、降水强度增强,且地形作用会增加山区SDHR的频次,进而增强山区SDHR的降水量;YZRB降水强度的空间分布依赖于SDHR降水量的空间分布。2)YZRB三个区域SDHR降水量和频次的日变化均表现为双峰型,双峰时间在YZRB区域自西向东有从夜间移向白天的趋势,这与对流活动日变化的区域差异有关;SDHR的降水量和频次具有相似的日变化,说明SDHR的降水量主要源自其降水...     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。