华南大范围暴雨副热带高压的演变特征及可能机制

利用多时间尺度ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料、ＴＢＢ资料，通过合成分析、动力诊断、理论探讨和数值模拟等方法，对华南暴雨发生时副热带高压的短期变异进行了探讨。结果表明，华南暴雨发生前副热带高压有一西伸一东撤的过程，而华南暴雨发生在副高东撤到接近最东时。利用Ｌ９Ｒ１５谱模式模拟了孟加拉湾异常热源对副热带高压西仲的影响，数值模拟结果表明孟加拉湾异常热源可能是副热带高压西伸的可能机制。而正的涡度的局地变化可能是副高东撤的因素。     

大气加热场影响西太平洋副热带高压短期位置变化的数值模拟

利用江淮2003年和华南1998年夏季持续性强降水典型个例,采用区域气候模式RegCM3模拟了强降水期间江淮、华南及孟加拉湾热源异常分布对西太平洋副热带高压短期位置东西进退及南北变动的影响。模拟证实：西太平洋副热带高压位置的短期变异与大气加热场及其配置有密切的联系。持续性强降水期间,副高西侧较远处孟加拉湾热源是诱导西太平洋副热带高压异常西伸的原因之一;华南强降水期间,华南和孟加拉湾热源的共同存在可使副高在季节性西伸过程中出现短期东撤;江淮强降水期间,江淮和孟加拉湾热源的共同存在会诱导副高异常西伸。但模式在模拟副高位置南北变动上效果并不明显,不能证实华南、江淮热源单独存在时对副高在南北位置变异上的阻碍作用。     

我国南方洪涝暴雨期西太平洋副高短期位置变异的特点及成因

利用NCEP/NCAR多年逐日再分析资料、美国环境预报中心CMAP (NOAA NCEP Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation) 候平均降雨量资料以及全国740站逐日降水资料, 对华南前汛期和江淮梅雨期大范围持续性暴雨过程中西太平洋副高短期位置变异的异同及其可能成因进行了分析。结果表明: 华南和江淮大范围持续性暴雨期间, 西太平洋副高位置均比同期气候平均值异常偏南偏西, 且强度偏强。华南暴雨期间, 副高西北侧华南地区以及西侧孟加拉湾地区存在异常强烈的视热源和视水汽汇; 江淮暴雨期间, 副高北侧江淮流域及西侧孟加拉湾地区也存在异常强烈的视热源和视水汽汇。运用全型垂直涡度倾向方程理论, 研究非绝热加热对西太平洋副高短期位置变异的影响, 结果表明: 副高位置的短期变异与非绝热加热场及其配置有密切联系。华南暴雨期间, 副高西北侧边缘的华南地区加热场可在短期内迫使副高东撤南退; 江淮暴雨期间, 副高北侧江淮流域加热场的存在不利于副高北进, 而西侧较远处孟加拉湾热源会诱导副高西伸, 两者的共同作用导致副高在江淮以南维持, 且会明显西伸。     

再论夏季西太平洋副热带高压的西伸北跳

利用NCEP/NCAR再分析资料, 选择了1998年、2003年和2005年夏季我国东部雨带位置变化过程进行诊断分析。研究表明:夏季我国东部暴雨带位置的变动, 受西太平洋副热带高压西伸北跳 (南撤东退) 的调节。当副热带高压西伸北跳 (南撤东退) 时, 暴雨带向北 (向南) 移动。在副热带高压西伸北跳持续时期, 长江流域中下游地区出现高温酷暑天气。副热带高压西伸北跳是由于欧亚大陆上空存在静止Rossby波列, 波的能量沿着高空副热带急流向东传播到我国沿海海岸 (115°~130°E) 时, 在该地区激发出一个长波脊。这个长波脊的建立, 使得副热带高压和对流层上部的青藏高压都朝长波脊方向伸展, 表现为“相向”而行。而当在沿海海岸上空激发出一个长波槽时, 副热带高压南撤东退而青藏高压退回到高原上空。当夏季沿海海岸上空的长波脊持续维持时, 长江中下游会出现持久的高温酷暑天气。根据夏季天气预报的经验, 欧洲中期数值预报中心发布的预报对副热带高压的西伸北跳有较好的可预报性。     

孟加拉湾热源对亚洲夏季风环流系统的影响

利用 1951—2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均资料和我国 160个测站 1951—2000年月降水量资料,计算了夏季大气热源气候分布,分析了夏季孟加拉湾地区热源年际异常及亚洲季风环流系统的响应,以及夏季孟加拉湾地区热源与中国夏季降水的年际关系。结果表明:夏季亚洲季风区最强的热源中心位于孟加拉湾东北部一带。当孟加拉湾热源异常强 (弱 )时,南亚高压偏西 (东 ),西太平洋副热带高压位置偏东(西);印度夏季风偏强 (弱),东亚热带季风偏弱 (强 )。孟加拉湾热源异常对南亚高压、南亚季风、副热带高压的影响显著,对东亚热带季风的影响不显著。夏季孟加拉湾热源与同期长江以南、华南东部部分地区降水呈明显负相关,而与西南到华南西部地区降水呈明显正相关。     

两次华南持续性暴雨过程中热带西太平洋对流异常作用的比较

利用NOAA的外逸长波辐射资料(OLR)和NCEP/NCAR再分析资料以及华南地区台站降水资料诊断分析了热带西太平洋对流活动在2005年和2006年华南地区持续性暴雨发生的大尺度环流背景上的物理作用.分析表明:2005年6月17～24日华南持续性暴雨过程与热带西太平洋对流的10～25天低频振荡从150 °E附近西传有关,持续性暴雨期间西太平洋副热带高压持续西伸的Gill型环流响应对应于传播到120 °E附近强对流的低频间歇期;2006年5月下旬～6月中旬华南的持续性暴雨可能与热带西太平洋的双热带辐合带(ITCZ)南支对流带异常强盛有关,持续强盛的南支ITCZ使得115～135 °E平均的局地Hadley环流最大上升中心位于0～5 °S,菲律宾海附近区域上升运动的减弱有利于西太平洋副热带高压持续西伸加强.通过比较这两例典型的华南持续性暴雨过程发现,副热带高压在华南地区持续西伸是两次持续性暴雨发生的共同的大尺度环流背景,而热带西太平洋对流活动则通过不同的物理过程影响副热带高压的持续西伸.     

两次华南持续性暴雨过程中热带西太平洋对流异常作用的比较

利用NOAA的外逸长波辐射资料(OLR)和NCEP/NCAR再分析资料以及华南地区台站降水资料诊断分析了热带西太平洋对流活动在2005年和2006年华南地区持续性暴雨发生的大尺度环流背景上的物理作用.分析表明:2005年6月17～24日华南持续性暴雨过程与热带西太平洋对流的10～25天低频振荡从150 °E附近西传有关,持续性暴雨期间西太平洋副热带高压持续西伸的Gill型环流响应对应于传播到120 °E附近强对流的低频间歇期;2006年5月下旬～6月中旬华南的持续性暴雨可能与热带西太平洋的双热带辐合带(ITCZ)南支对流带异常强盛有关,持续强盛的南支ITCZ使得115～135 °E平均的局地Hadley环流最大上升中心位于0～5 °S,菲律宾海附近区域上升运动的减弱有利于西太平洋副热带高压持续西伸加强.通过比较这两例典型的华南持续性暴雨过程发现,副热带高压在华南地区持续西伸是两次持续性暴雨发生的共同的大尺度环流背景,而热带西太平洋对流活动则通过不同的物理过程影响副热带高压的持续西伸.     

1998年夏季西太平洋副热带高压的变异分析

该文利用NCEP再分析资料和其他相关资料分析了1998年夏季西太平洋副热带高压的变异特征和机理。与多年平均相比，1998年夏季副高总体偏强、偏西。副高的南北进退出现显著异常，尤其是7月中旬，副高突然大幅度南撤，南撤后，副高偏南维持至8月初，长江中下游及以南地区出现“二度梅”。副高南撤现象从副高带的东部开始，逐渐西传。分析表明:副高的异常变化是东亚大气环流异常调整的结果，其中副热带西风急流的异常变化对副高南撤起着重要的作用，急流位置和强度的变化及伴随的入口区和出口区次级环流和不稳定均有利于副高在7月中旬南撤和南撤后偏南维持。T106L19全球谱模式的敏感性数值试验表明，高度场对急流减弱的响应与观测分析结果一致。热源和水汽汇分析、OLR分析以及热源与位势高度场SVD分析均表明:在副高南撤前，热带季风区非绝热加热显著减弱；这一结果有利于副高偏南维持；经圈环流的分析结果也与此相吻合。     

2003 年陕西暴雨与西太平洋副热带高压的关系

利用实时资料和中央气象台提供的副热带高压资料,对2003年汛期陕西暴雨和500hPa副热带高压的活动特征关系统计分析,并对ECMWF、T213数值预报产品对副高的预报能力作了客观分析。结果表明,汛期7、8、9月副高偏强,副高脊线在25～28°N、西脊点在104～112°E进退,是陕西关中陕南多阴雨、暴雨频繁的主要原因;陕西连续暴雨产生于副高脊线沿25～28°N持续西伸、持续东移经过105°E时段。ECMWF对副高的进退、热带气旋路径预报准确率较高。     

2005年6月华南暴雨期间西太平洋副高西伸过程分析

利用NCEP/NCARⅡ逐日再分析资料以及我国实测的降水资料,对2005年6月华南暴雨期间西太平洋副高的西伸过程进行了分析.结果表明:副高的东西进退可能与暴雨过程存在某种联系.分析指出副高中心的下沉气流主要是由副高南北两侧雨带中凝结潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉而产生的,副高中心垂直运动的出现有利于副高的加强.而副高南北两侧雨带不但可以加强副高,同时又会激发正涡度增长,限制副高在南北方向上的活动,此时西侧印度季风雨带则会在副高西侧激发反气旋性涡度发展,即可诱使副高西伸.因此,华南强降水和印度季风区降水的共同作用使得副高加强西伸.     

东风带扰动热力特征及其对西太副高东退影响的个例分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年6月22—25日西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸东退时热带东风带扰动附近大气热源的分布和演变特征,以及对西太副高西伸东退的影响和机制。结果表明,高层东风带扰动附近的非绝热效应分布和强度的突变影响西太副高西伸东退,当扰动中心西侧非绝热加热加强,扰动中心东侧西太副高区域冷却加强时,西太副高东退;潜热释放造成的非绝热效应在高层变化最为明显,非绝热变化的主要影响因子是垂直运动。总结了西太副高东退过程与东风带扰动系统热力联系的可能概念模型:东风带扰动处大气热力结构变化引发经向风场异常,使东风带扰动西侧高层有北风发展和强烈的上升运动,扰动东侧有整层的南风发展,有助于西太副高异常东退。因此,西太副高的西伸东退与热带东风带扰动系统的热力作用密切关联。     

基于交叉小波与小波相干的西太平洋副高与东亚夏季风系统的关联性分析

采用交叉小波变换与小波相干方法,利用NCEP/NCAR 再分析资料以及 NOAA 卫星观测的 OLR 资料,分析了2006年夏季西太平洋副高的异常活动及其与东亚夏季风系统相关的时延位相特征.分析结果表明,副高指数与东亚夏季风系统成员特征指数的交叉小波功率谱和小波相干谱能够有效揭示周期尺度为14～20 d的不同影响因子与副高指数的时频特征和时滞相关性.分析证实,马斯克林高压和南亚高压对副高的西伸、北跳有较好的预报意义;热带ITCZ和副热带高空急流的加强北移与副高脊线的北跳同步;副高北跳利于降水在华南发生,反过来,雨带的产生又有利于副高的进一步西伸.     

“8.19”西北东部大到暴雨诊断分析和数值模拟

利用MICAPS系统T213资料、NCEP再分析资料及实况观测资料，对2004年8月19日发生在西北地区东部的暴雨天气过程的大尺度环流背景和物理量场进行分析发现：这次暴雨天气过程中西太平洋副热带高压有一次明显的西伸，是一次较典型的副高西北侧西南气流型暴雨。降水水汽主要来自南海和孟加拉湾，中低层的水汽输送十分充沛，并在甘肃河东和宁夏形成辐合。运用三重嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对这次暴雨过程进行了两种方案的高分辨率数值模拟，结果表明，运用四维资料同化后的方案在形势和降水预报方面优于未进行资料同化的方案。     

华南6月持续性致洪暴雨与孟加拉湾对流异常活跃的关系

利用NCEP/NCAR再分析逐日及逐月资料、NOAA卫星观测的向外长波辐射（Outgoing Long-wave Radiation,OLR）资料、我国160站月降水资料及华南45站逐日降水资料,分析了2005年6月华南持续性致洪暴雨的发生与孟加拉湾对流异常活跃及西太平洋副热带高压演变的关系,并对华南6月有无持续性大范围暴雨年进行合成分析,结果表明华南持续性大范围暴雨发生的年份,孟加拉湾对流相对活跃,西太平洋副高强度偏强、位置偏西;反之亦然。华南6月持续性大范围暴雨发生前,孟加拉湾对流经历了一次活跃过程,同时西太平洋副高也明显经历了一次增强西伸过程。孟加拉湾对流活跃可能通过东西向垂直环流诱使西太平洋副高增强西伸,从而对华南暴雨的形成产生影响。     

2003年淮河流域异常降水期间副热带高压的特征

采用NCEP资料以及NOAA卫星观测的OLR场资料,分析了2003年6-7月淮河流域暴雨期间西太平洋副热带高压的异常特征,结果表明西太副高相对偏北并且相对稳定;西太副高活动呈现出南北移动和东西进退的特征,但是东西进退明显于南北移动;副高脊线从低层到高层向北倾斜,并且在副高脊线附近的低层以下沉运动为主,在其上层以上升运动为主;中高纬度阻塞高压双阻型的建立、强劲而稳定少动的中纬度西风急流以及热带异常活跃的对流,均有利于副热带高压的相对稳定;淮河流域异常的持续降水,加强了对流潜热的释放,有利于副高的加强西伸。     

江淮入梅前后大气环流的演变特征和西太平洋副高北跳西伸的可能机制

该文首先采用合成分析的方法研究了江淮入梅前后大尺度大气环流的演变特征和西太平洋副热带高压西伸北跳的可能机制。研究结果表明, 江淮入梅前期的最显著的特征是:副热带高压首先在太平洋中部增强北跳, 而后向西扩展导致太平洋副高西部脊 (120°E) 的增强北跳。进一步分析表明, 在太平洋中部副热带高压的增强北跳和西伸之前, 副热带高压南侧ITCZ中对流和孟加拉湾北部的对流活动明显并且都经历了一次增强活跃过程, 这意味着热带ITCZ和孟加拉湾北部对流的异常活跃可能对副热带高压的增强北跳西伸产生影响。全球大气环流模式模拟结果表明, 赤道中太平洋ITCZ中对流异常活跃不仅可导致副热带高压的增强北移, 而且还可导致副热带高压西伸, 与诊断分析结果相一致。     

2009年夏季中国高温分析

用常规气温资料及NCEP/NCAR再分析资料,对2009年夏季中国高温过程进行了研究。结果发现：（1）2009年中国中东部地区发生的高温日数相对历史同期偏多,集中在华北和长江以南地区。（2）大陆暖高压是导致6月华北黄淮一带高温过程的主要环流系统,7、8月副高的持续偏强和西伸是导致7、8月高温过程的主要环流系统。南亚高压与副热带高压有很好的响应关系,随着南亚高压的增强（减弱）东伸（西撤）,副高强度进而增强（减弱）西伸（东撤）,江南地区日最高温度分布范围也相应增大（缩小）。低层辐散、副热带西风急流轴偏北、急流中心偏西等有利于2009年夏季高温的发生和维持。（3）整层垂直积分大气加热场正异常可以作为高温的维持机制。     

浅析太平洋副热带高压的基本特征

利用1958~2010年NCEP/NCAR再分析位势资料以及2 m海表面温度资料,研究太平洋副热带高压(以下简称太平洋"副高")的月、季节变化特征,分析系统的空间结构变化特征。研究结果表明:水平方向上太平洋"副高"系统存在中心、脊线的南北位移和脊点的西伸或东撤,其中心有逐月经向和纬向的变化,6、10月是副高形态变异比较显著的时期;夏季副高最强,冬季副高最弱;垂直方向上副高主要存在于300 hPa以下,强度随高度逐渐减弱,在近地面,高压系统的位势高度梯度最大,达40 gpm。     

西太平洋副高位置变动与大气热源的关系

采用NCEP／NCAR再分析逐日资料和SCSMEX等资料，根据全型垂直涡度倾向方程，研究了1998年6月西太平洋副高位置变动与大气热源的关系。结果表明，副热带地区的非绝热加热对副高位置变化有很重要的作用。与气候平均状况相比，1998年6月副高北侧的非绝热加热垂直变化较常年偏强，而南侧较常年偏弱。这种异常的非均匀加热状况导致我国华南、江南、长江中下游地区呈现异常气旋性涡度制造，而中南半岛大部和南海地区为异常反气旋性涡度制造，使得1998年6月副高位置异常偏南。     

东风急流影响下海南非热带气旋暴雨个例分析

利用常规天气资料、NCEP 0.5°×0.5°再分析资料、卫星云图和海南省自动站资料,对2007年10月12—14日海南岛秋季暴雨天气过程的主要影响系统、物理过程及形成机制进行了分析。结果表明:多股冷空气从中低层东移南下并在华南沿海堆积、变性,副高稳定加强西伸,850 hPa上在华南沿海地区与变性的大陆高压合并加强,热带地区赤道辐合带活跃,其共同作用促使低空东风急流形成、发展和加强;低空东风急流、弱冷空气南侵、西太平洋副热带高压南侧的东风波等为暴雨的发生提供了有利的条件;东风急流是此次暴雨所需水汽最大的提供者;θse面陡立造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放,正差动假相当位温平流加强了层结对流不稳定发展,对流层中层正差动涡度平流破坏了海南岛的准地转平衡;动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空垂直运动的发展,促使降水增强。