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,对在华南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.     

热带气旋的登陆及其与中纬度环流系统相互作用的研究

热带气旋的主要灾害往往在登陆前后造成，登陆问题是当今热带气旋 研究的重点。热带气旋与中纬度环流系统相互作用，不仅影响热带气旋的结构和强度变化， 也对中纬度地区天气产生重大影响。西风槽强度的变化可使热带气旋的降水突然 增幅３０％。环境场的急剧调整常引起热带气旋运动突变，在弱环境场中，热带气旋的异常运 动与非对称结构关系紧密。中纬度系统对热带气旋的非对称结构有重要影响。另一方面，热 带气旋向极移动过程中携带了大量可供中纬度地区降水的水汽，在气旋性切变的环境场中， 热带气旋还向环境场输送能量，并激发和增强中纬度气旋性环流系统的发展，触发严重的灾 害性天气。热带气旋有时也会截断低纬向中纬度的水汽输送及中纬度波动的能量频散，９５％ 左右的南海热带气旋对梅雨有显著影响，其中约８６％的热带气旋会导致梅雨减弱中断甚至结 束。     

登陆热带气旋与夏季风相互作用对暴雨的影响

利用《热带气旋年鉴》资料、NCEP/NCAR再分析资料采用动态合成分析方法,研究了登陆热带气旋降水与夏季风急流之间的关系,同时对登陆热带气旋与夏季风急流发生相互作用的典型个例强热带风暴Bilis (0604) 利用数值模拟方法研究了二者之间的相互作用对暴雨的影响。结果表明:登陆后造成大范围强降水的热带气旋往往与低层急流长时间相连,其水汽通量和潜热能显著大于弱降水热带气旋。数值试验结果表明:夏季风低空急流向热带气旋输送水汽对热带气旋结构维持有利,当水汽输送被截断后,热带气旋气旋性结构被破坏,强降水减弱、范围明显缩小;季风急流风速增强时可增加水汽通量输送,使得强降水范围增加、强度增强;在夏季风影响背景下,热带气旋在陆上的移动改变水汽和不稳定能量的分布,而热带气旋本身独特的动力结构使得强降水强度增加。     

2013年7月辽宁省降水异常物理机制研究

利用MICAPS常规资料和NCEP再分析资料,对2013年7月辽宁省降水异常物理机制进行了研究。结果表明:2013年7月辽宁省降水偏多发生在异常环流背景下,乌拉尔山高压脊和贝加尔湖低压槽强度大于常年,冷空气偏强且路径偏南;东亚40°—50°N处在纬向强锋区中,有利于气旋生成发展;副热带高压脊线比常年偏北2个纬度,西北侧暖湿气流活跃。7月中高纬地区有3次明显冷空气向南侵入至40°N,与中低纬北上至40°N及以北的暖湿气流交绥形成暴雨,影响系统分别为华北气旋、蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线,不同影响系统暴雨过程的物理机制存在差异。3次暴雨过程中,华北气旋暴雨水汽供应最充沛,水汽源地不仅有西太平洋、南海、东海和黄海,还有孟加拉湾;暴雨区水汽主要由副热带高压外围西南或偏南气流向北输送,东海北部和黄海是水汽汇合及输送量最大的区域。高空急流受贝加尔湖低槽强度影响,不同影响系统高空急流演变和强度不同,低空急流分布与强度及高空辐散区、低空辐合区相对高、低空急流轴分布的位置也不同;高、低空急流耦合发展及高空辐散区、低空辐合区叠置产生的强垂直上升运动造成了水汽强烈辐合,其中华北气旋暴雨水汽辐合最强,水汽辐合层顶达850hPa,蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线暴雨水汽辐合顶在900hPa附近及以下。热力分析表明,3次暴雨过程环境大气中层均有干冷空气侵入,增加了降水对流的不稳定性。     

“20.6”华南西部前汛期极端持续性暴雨特征与成因分析

2020年5月底至6月上旬广西出现了12天的严重致灾持续性暴雨过程,由于其形成的极端复杂性,有必要进行深度剖析,揭示其特征和成因。利用欧洲中期天气预报中心（EC）ERA5 0.25°×0.25°逐小时再分析及实况资料,对该次过程进行了多尺度综合分析。中期天气预报：（1）该次过程具有强降雨持续时间长、范围广、强度强、累积雨量大、多地24 h雨量破历史记录及灾情特别重等特点。（2）该次过程发生在中高纬度环流、副热带高压、孟加拉湾低槽、低空急流及南亚高压有利配置的环流背景下。南亚高压过渡层与副热带高压不形成稳定对峙,中高纬经向型环流重建向纬向型环流转换,冷空气影响华南地区具有波动式特点,造成冷锋、静止锋及暖区交替影响,从而形成局地性、区域性及全省性暴雨交替,具有与以往持续性暴雨明显不同的特点。（3）大气聚积较大能量,锋面和暖区暴雨前聚积巨大能量,能量聚积及有效释放与最大小时降雨量成正相关。低层大气高温高湿且整层大气湿层深厚及较小的CIN和较低的TCL＿P有利于能量的积聚和对流触发,暖区和静止锋暴雨具有更易于触发的环境条件。能量、动力及水汽辐合的极端性造成了降雨极端性。（4）锋面暴雨由地面中尺...     

一次伴有高原低涡和热带气旋活动的持续性暴雨过程分析

为了进一步考察持续性暴雨发生机制,针对2010年7月下旬川、陕、甘地区的一次持续暴雨过程,应用MICAPS资料,FY-2E辐射亮温资料,TRMM卫星降水资料,NCEP每6 h 1°×1°分辨率的分析资料,主要分析了暴雨发生的环流背景,暴雨直接影响系统-高原低涡、热带气旋、中尺度对流系统、冷暖平流等对持续性暴雨的影响。结果表明:(1)本次持续性暴雨过程发生在对流层高层南亚高压由纬向型转为经向型,对流层中层副热带高压东退西进,热带气旋登陆西行,高原低涡东移受阻,中尺度对流系统不断生消的有利条件下。(2)高原低涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓,涡区切变流场加强,正涡度平流输送使低涡加强与维持。(3)低涡为暴雨发生提供了有利的抬升条件,使降水期间涡区呈现较强的正涡度和辐合上升运动,降水最大值出现时间对应辐合上升运动最强时,降水过程中对流层中低层为垂直正螺旋度,有利于低涡系统维持和降水持续,垂直正螺旋度大值区及出现时间对强降水发生及落区有一定的指示性。(4)对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累,同时也使暴雨区中尺度对流系统生肖不断,降水得以发生和持续。     

一次中低纬天气系统结合产生的暴雨过程分析

通过对影响山东的９５０５号热带气旋环流暴雨过程分析，指出了中低纬天气系统相结合对山东降水的作用。涡度分析表明，登陆后减弱的热带气旋环流移动路径，基本上与５００ｈＰａ场上正涡度轴线方向一致；暴雨区与正涡度中心右前方的正涡度区有较好的对应关系。     

相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨对比分析

一般认为相似路径台风的影响大致相似,但实际上相似路径台风的风雨分布尤其是暴雨分布往往有很大差异,因此,对相似路径热带气旋“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)暴雨成因的对比分析有助于加强台风暴雨发生机制的认识和预报。“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)逐日降水分布对比分析表明,两者登陆前降水分布类似,而登陆后降水分布差异比较大。利用NCEP/GFS 1 °×1 °分析资料对热带气旋登陆前后天气形势、水汽通量和水汽通量散度进行诊断分析,结果表明：“海棠”(0505)和“碧利斯”(0604)登陆前引起浙闽沿海地区大降水主要是热带气旋外围偏东气流和地形共同影响下形成。“海棠”登陆后,维持在浙江东部沿海东南风急流不断输送水汽到“海棠”倒槽内引起浙东南沿海强降水,深入内陆后,降水主要由“海棠”自身环流携带的水汽辐合引起的,降水比沿海地区明显减弱;而“碧利斯”登陆后,有明显的南海季风环流输送水汽并入热带气旋南侧环流,在其南侧形成偏南风急流,使南侧水汽输送得到明显加强,造成“碧利斯”南侧水汽通量辐合,北侧水汽通量辐散,南侧降水比北侧降水强很多;深入内陆后,“碧利斯”环流仍维持并引导北方槽后弱冷空气渗透到其西南侧,使南侧降水进一步增幅。本文还探讨了包括热带气旋外核在内区域平均垂直风切变和热带气旋强降水落区的关系,结果表明：“海棠”和“碧丽斯”大暴雨落区均对应于暴雨区区域平均垂直风切矢量左侧水汽通量散度负值区。“海棠”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径后方是造成“海棠”强降水分布在其移动路径右侧的重要原因,“碧利斯”垂直风切变矢量平行于移动路径并指向移动路径前方是造成“碧利斯”强降水分布在其移动路径左侧的重要原因。因此,利用垂直风切结合水汽输送条件可以作热带气旋大暴雨落区预报可能是一种比较有效的方法。     

强台风“尤特”(1311)连续暴雨的成因分析

2013年8月14—18日广东省出现了有气象记录以来最极端的一次连续暴雨过程,该过程降水面之广、点之多、量之大均为历史罕见。通过分析该过程的大气环流特征,并分析了低纬季风涌和850 h Pa水汽通量散度发现,副高强且位置稳定,脊线偏北、位置偏西,南海夏季风偏强,且气流在南海北部产生气旋性弯曲,持续向台风减弱后的低压环流输送水汽和能量,使强台风"尤特"登陆减弱成气旋环流维持时间长;广东附近气流辐合明显、气旋性环流曲率大,是该次连续暴雨的主要原因。另外,水汽通量散度的变化趋势与暴雨落区的变化有较好的对应关系。低纬季风对该次暴雨增幅起到关键性作用。     

一次纬向型持续性暴雨过程中的多尺度作用

应用NCEP资料(2.5°×2.5°和1°×1°)、WRF V3.3.1模式预报(3km×3km)、FY2卫星产品等资料,对2013年8月12-17日吉林省中东部持续性暴雨过程进行分析,发现:此次过程是在多种尺度天气系统共同作用下形成的。环流背景上,纬向型环流形势的稳定维持,使西风带上的天气尺度系统重复影响东北地区,并为暴雨区提供了源源不断的水汽供应。天气尺度上,低空急流提供了中小尺度上升运动发生发展的环境条件,且多次触发了暴雨中尺度系统。中尺度对流系统的主体上升运动出现在低空急流核左前方,对应高空辐散中心和降水云团TBB极值区,出口区上升运动对应低层强辐合中心和TBB梯度区,而强降水落区对应中尺度系统的上升运动,即中尺度对流系统内部不同机制造成的上升运动产生了地面不同的中尺度雨带。     

Different Summer Rainfall Anomaly Patterns in Northeast China Associated with Two Kinds of El Niño Events

The relationship between summer rainfall anomalies in northeast China and two types of El Ni?o events is investigated by using observation data and an AGCM. It is shown that, for different types of El Ni?o events, there is different rainfall anomaly pattern in the following summer. In the following year of a typical El Ni?o event, there are remarkable positive rainfall anomalies in the central-western region of northeast China, whereas the pattern of more rainfall in the south end and less rainfall in the north end of northeast China easily appears in an El Ni?o Modoki event. The reason for the distinct differences is that, associated with the different sea surface temperature anomalies (SSTA) along the equatorial Pacific, the large-scale circulation anomalies along east coast of East Asia shift northward in the following summer of El Ni?o Modoki events. Influenced by the anomalous anticyclone in Philippine Sea, southwesterly anomalies over eastern China strengthens summer monsoon and bring more water vapor to Northeast China. Meanwhile, convergence and updraft is strengthened by the anomalous cyclone right in Northeast China in typical El Ni?o events. These moisture and atmospheric circulation conditions are favorable for enhanced precipitation. However, because of the northward shift, the anomalous anticyclone which is in Philippine Sea in typical El Ni?o cases shifts to the south of Japan in Modoki years, and the anomalous cyclone which is in the Northeast China in typical El Ni?o cases shifts to the north of Northeast China, leading to the “dipole pattern” of rainfall anomalies. According to the results of numerical experiments, we further conform that the tropical SSTA in different types of El Ni?o event can give rise to observed rainfall anomaly patterns in Northeast China.     

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

中国东部夏季季节内降水异常及其伴随的热带和中高纬度大气环流演变特征

利用1981—2020年夏季(5—8月)CPC(Climate Prediction Center)逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料以及NOAA的向外长波辐射资料,通过经验正交函数(EOF)分解、超前滞后合成等方法,分析了中国东部夏季季节内降水异常的主要模态(即南方型和江淮型降水异常)及其伴随的热带和中高...     

台风登陆衰减后造成降水加强的概况

对1965-2008年101例登陆台风衰减后3d内仍存在较强降水的天气过程,运用客观分离方法及其改进方案,分离提取了台风降水(Tropical Cyclone Precipitation;TCP),结果表明:即使登陆台风衰减为热带低压或停编后,因台风系统的存在而产生高强度降水是一种普遍现象,仍旧是预报服务中需要高度关注的问题.采用气候趋势系数和功率谱等方法得到TCP及台风的气候特征:台风衰减点的位置分布具有很强的区域性,与南岭、武夷山脉的走势大致吻合;台风衰减后降水并非单纯性减少,随着时间的推移,空间分布具有向北、向西扩散的特点,特别是中纬度地区的江汉一江淮一带,仍然是防灾减灾的重点.对于衰减后降水反而加强的台风,防御重点可以有针对性地对登陆华南类和登陆华东类两类路径的台风展开.     

2015/2016和1997/1998超强El Nio衰减年我国夏季降水异常的比较

El Nio可通过海—气相互作用遥相关型影响东亚季风,进而影响中国气候,是中国短期气候最重要的预测指标之一。典型的El Nio事件通常在春、夏季开始,在秋、冬季成熟,在下一年的春、夏季消退,考虑到海—气作用的滞后效应,El Nio事件甚至可以在消退时期对东亚大气环流系统造成影响。因此,利用中国160站的逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及美国NOAA提供的全球海温数据,对比分析了2015/2016年和1997/1998年典型El Nio衰减年我国夏季降水和东亚环流特征的差异,并讨论了造成差异的可能原因。结果表明:1)2016年和2008年夏季降水都大范围偏多,2016年夏季降水异常更为集中,但降水强度不及1998年。2)2016年降水的季节推进特征不明显。1998年6—8月的降水逐渐从南向北推进,与传统的季风降水演变进程较为一致。3)2016年和2008年我国夏季降水的差异与副热带高压的变化有直接的关系。1998年6—7月副热带高压较2016年同期偏西偏南,而2016年8月副热带高压更为偏西并明显比气候平均偏北。4)1997/1998年El Nio事件中的赤道西太平洋异常冷海温比较强盛,而2015/2016年基本表现为偏暖,可能是造成1998年6—7月副热带高压较2016年同期偏西偏南的原因。     

AN OBSERVATIONAL STUDY ON DISTRIBUTION OF PRECIPITATION ASSOCIATED WITH LANDFALLING TROPICAL CYCLONES AFFECTING CHINA

In order to provide an operational reference for tropical cyclone precipitation forecast,this study investigates the spatial distributions of precipitation associated with landfalling tropical cyclones(TCs) affecting China using Geostationary Meteorological Satellite 5(GMS5)-TBB dataset.All named TCs formed over the western North Pacific that made direct landfall over China during the period 2001-2009 are included in this study.Based on the GMS5-TBB data,this paper reveals that in general there are four types of distribution of precipitation related to landfalling TCs affecting China.(a) the South-West Type in which there is a precipitation maximum to the southwestern quadrant of TC;(b) the Symmetrical South Type in which the rainfall is more pronounced to the south side of TC in the inner core while there is a symmetrical rainfall distribution in the outer band region;(c) the South Type,in which the rainfall maxima is more pronounced to the south of TC;and(d) the North Type,in which the rainfall maxima is more pronounced to the north of TC.Analyses of the relationship between precipitation distributions and intensity of landfalling TCs show that for intensifying TCs,both the maximum and the coverage area of the precipitation in TCs increase with the increase of TC intensity over northern Jiangsu province and southern Taiwan Strait,while decreasing over Beibu Gulf and the sea area of Changjiang River estuary.For all TCs,the center of the torrential rain in TC shifts toward the TC center as the intensity of TC increases.This finding is consistent with many previous studies.The possible influences of storm motion and vertical wind shear on the observed precipitation asymmetries are also examined.Results show that the environmental vertical wind shear is an important factor contributing to the large downshear rainfall asymmetry,especially when a TC makes landfall on the south and east China coasts.These results are also consistent with previous observational and numerical studies.     

2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理

2015年我国东部夏季降水呈现南北反位相的空间分布,河套地区降水异常偏少、长江中下游地区降水异常偏多,同期印度中部地区降水负异常,上述三个区域2015年夏季降水距平百分率绝对值极大值均超过55%。东亚和南亚地区2015年夏季降水异常的形成机理主要是由于该年夏季处于El Niňo事件的发展位相,菲律宾群岛及邻近区域反气旋环流异常,江淮地区至日本列岛气旋式环流异常,对流层低层位势高度异常场和整层水汽异常输送场亦存在相一致的空间分布,表现为负位相的EAP(East Asian-Pacific)/PJ(Pacific-Japan)型遥相关,有利于河套地区降水偏少和长江流域降水偏多。热带太平洋海温异常引起热带地区Walker环流负异常,热带西太平洋地区上空受异常下沉气流控制,热带印度洋区域对流层盛行东风异常,减弱了印度夏季风,并造成了印度中部地区夏季降水偏少。另一方面,印度上空对流层低层受异常反气旋控制,该异常反气旋北侧的西风异常沿着青藏高原南麓向东运动,增强了与EAP/PJ型遥相关相联系的异常水汽输送,有利于维持和增强河套地区降水负异常和长江中下游地区降水正异常。     

El Nino事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解（extended singular value decomposition,ESVD）方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nino事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为：6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nino事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明：El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nino事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nino事件发生次年夏季长江流域涝而华南沿海旱的夏季平均降水异常型。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。