2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析I：亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10~16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析II：西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初 1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为 “内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅱ:西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析III：青藏高原-孟加拉湾气压槽

针对2008年1月24日～2月2日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。在亚非副热带地区,Rossby波能量从北非东北侧传播到东亚地区,引起青藏高原附近气压槽的加深和西太平洋副热带高压的加强及北扩,并与亚洲北部的高压脊配合,造成了这次较长时间的雨雪低温过程。东北大西洋和西欧的反气旋式异常环流为亚非副热带急流Rossby波与欧亚高纬度Rossby波活动的主要波源区。在对流层上层,贝加尔湖一带的高压脊在过程之前已形成,而在这次过程中缓慢减弱,来自上游Rossby波能量主要起抵消摩擦耗散的作用。西太平洋副热带高压在偏北位置上维持主要由来自青藏高原和孟加拉湾地区Rossby波能量的注入所致。亚洲冷高压系统的强度、位置及形态决定了这次我国南方地区低温过程的重要特性。     

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析Ⅲ:青藏高原-孟加拉湾气压槽

针对2008年1月24日～2月2日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。在亚非副热带地区,Rossby波能量从北非东北侧传播到东亚地区,引起青藏高原附近气压槽的加深和西太平洋副热带高压的加强及北扩,并与亚洲北部的高压脊配合,造成了这次较长时间的雨雪低温过程。东北大西洋和西欧的反气旋式异常环流为亚非副热带急流Rossby波与欧亚高纬度Rossby波活动的主要波源区。在对流层上层,贝加尔湖一带的高压脊在过程之前已形成,而在这次过程中缓慢减弱,来自上游Rossby波能量主要起抵消摩擦耗散的作用。西太平洋副热带高压在偏北位置上维持主要由来自青藏高原和孟加拉湾地区Ross-by波能量的注入所致。亚洲冷高压系统的强度、位置及形态决定了这次我国南方地区低温过程的重要特性。     

我国南方两次低温雨雪事件天气成因对比分析

2018年和2021年末我国南方分别发生了一次大范围的低温雨雪天气,对生活、生产造成了严重影响,因此对比分析这两次低温雨雪天气成因具有重要意义。结果表明：两次过程期间,对流层中层中高纬阻塞流场显著,阻高位于贝加尔湖西侧,脊前偏北气流在下游横槽后部堆积,使得西伯利亚高压强度增强。东传的Rossby波在阻高区域发生能量频散,利于阻高减弱、崩溃,横槽转竖引导槽后冷空气南下,导致地面强烈降温,同时在西伯利亚高压东侧和南侧,低频风温度平流是造成强降温的主要原因。低纬南支槽活跃,向北的暖湿空气与中高纬南下的冷空气汇合,造成我国南方大范围的低温雨雪、冻雨天气。与2018年过程相比,2021年过程持续时间较短,降水范围小,关键区降温幅度更大,是因为2021年过程期间Rossby波能量频散更快,阻高维持时间较短,冷空气从中高纬地区直接南下侵袭我国,而2018年冷空气在贝加尔湖附近发生堆积、西折,向南渗透时势力减弱。     

2008年初持续性低温雨雪冰冻事件的东亚高空急流特征

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和MICAPS系统提供的高空客观分析资料,对2008年初发生在中国南方地区的4次持续性低温雨雪冰冻过程期间,东亚高空副热带急流和温带急流的时空变化特征进行分析,发现副热带急流总体强度偏强、位置偏北。副热带急流的北界越北即南北跨度越大,雨雪冰冻过程持续时间越长;副热带急流中心强度越强,雨雪冰冻天气强度越大、范围越广。副热带急流的经向风分量异常偏强区域与雨雪冰冻强度较大区域一致。同时,温带急流的纬向西风和经向北风明显偏强,其强度的强、弱变化与强降雪过程的开始、增强、结束时间密切相关。其经向分量异常区域以北风为主,即当温带急流的经向北风分量和副热带急流的经向南风分量都较强时,对应的雨雪冰冻天气过程较强。对低温雨雪过程的前期环流分析表明,副热带急流和温带急流的全风速及纬向分量在该事件发生前半个月就开始有明显的前兆,两支急流的经向分量在该事件发生前20天开始有前兆信号,且副热带急流的经向分量、温带急流纬向分量的迅速减弱对该事件的结束有明显的指示意义。      

夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波传播及其与我国降水异常的联系

利用1960—2015年夏季(6—8月)NCEP 2.5°×2.5°全球逐日再分析资料,采用涡度源方程和Eliassen-Palm通量,对夏季沿亚洲副热带西风急流Rossby波活动的波源、能量传播及其与我国降水异常的关系进行了分析和研究。结果表明:夏季200 hPa大气准静止行星波产生的源地主要集中在地中海地区,亚洲副热带西风急流(ASWJ)中的准静止Rossby波在此激发并沿急流向东传播,东传过程中在急流轴南侧波流相互作用相对活跃。波作用通量的辐合辐散中心沿副热带西风急流交替分布,波流相互作用是ASWJ上西风强弱交替变化的动力机制。沿ASWJ交替分布的五个波作用通量辐合辐散关键区散度具有较强的关联性,表现为同一Rossby波列的不同部分,其中波源处Rossby波动能量的传播对其下游ASWJ的强弱影响最大,而急流关键区内纬向风的大小也与波作用通量散度场的强弱和分布密切相关。波源处以及位于我国青藏高原东部至黄土高原上空的波作用通量散度指数WFD-Ⅰ和WFC-Ⅱ与我国南、北方降水相关性较为显著,在WFD-Ⅰ为正异常年时,对应南方关键区降水偏多年份占比为62.5%,在WFD-Ⅰ为负异常年时,对应北方关键区降水偏多年份占比为80%;在WFC-Ⅱ为正异常年时,对应南方关键区降水偏少年份占比为66.7%,在WFC-Ⅱ为负异常年时,对应北方关键区降水偏少年份占比为81.8%。研究夏季波源处WFD-Ⅰ异常年导致我国降水异常的环流成因发现,WFD-Ⅰ为正异常年时,由上游波源地区激发的Rossby波向下游地区的能量频散偏强,位置偏南,波流相互作用导致我国南方上空高空急流加强,高低空辐散辐合配置加强,垂直上升运动增强,易造成我国南方地区降水异常偏多。WFD-Ⅰ为负异常年时,Rossby波能量的经向传播较强而纬向传播较弱,北方降水关键区受波通量辐散控制,高空西风急流加强,高低空辐散辐合配置和垂直上升运动增强,有利于我国北方地区降水的发展。     

2008年初乐山持续阴冷雨雪天气特征分析

2008年1月12日~2月13日,乐山市出现了持续低温、阴雨(雪)冰冻天气。期间,日平均气温低于3℃的连续日数、连续降雪日数都突破了自1951年以来的历史记录。此文分析了2008年灾害性天气、气候事件的环流特点,与历史上几次类似的过程(1977、1984、1996年)进行了比较,并讨论了可能成因。结果表明:极涡偏南、巴尔喀什湖到贝加尔湖维持横槽、蒙古冷高压长时间维持、西太平洋副热带高压持续偏强、以及南支槽活跃等是2008年个例期间环流的基本特点。相比较,尽管2008年与1977、1984、1996年等有相似之处,但副高明显偏强、南支槽活动旺盛、极涡明显南移是2008年的明显特点。最后,分析讨论认为:2007年8月开始的拉尼娜事件,及2007年发生的太阳黑子相对数异常偏低,二者可能对寒冷事件的形成有着重要作用。     

2008年1月我国大范围低温雨雪冰冻灾害分析

2008年1月10日至2月初,我国发生了大范围低温雨雪冰冻灾害,其主要特征为灾害范围广、灾害强度大、连续低温时间长、雨雪持续时间长、冰冻日数多和灾害损失严重.为今后更好地开展此类事件的短期气候预测业务,作者从气候角度分析了这次灾害的可能成因.分析表明,2007年8月发生至今的拉尼娜事件发展非常迅速,其所造成的大气环流异常是导致我国大范围持续低温雨雪冰冻灾害的重要原因.在1月,乌拉尔山地区位势高度场异常偏高、中亚至蒙古国西部直到俄罗斯远东地区位势高度场偏低的环流异常持续时间很长,非常有利于冷空气不断分裂南下;西太平洋副热带高压异常偏北,有利于大量暖湿空气向我国输送,并决定了低温暴雪冻雨灾害发生的区域;青藏高原南缘的南支槽异常稳定活跃,有利于来自印度洋和孟加拉湾的暖湿气流沿云贵高原不断向我国输送.为我国长江中下游及其南部地区的强降雪天气提供了更加充足的水汽来源.分析还表明,1月中旬以来,湖南、贵州等地逆温层不断加强并长时间维持是上述地区大范围冻雨持续出现的主要原因.     

2013年我国南方持续性高温天气及副热带高压异常维持的成因分析

本文利用NCEP再分析资料和逐日台站观测资料研究了2013年夏季我国南方地区持续高温天气时期内西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）的异常特征,指出西太副高西伸、北抬并异常维持是导致南方地区罕见高温天气发生的直接原因,探究了影响其异常的中高纬环流及热带系统的活动,特别是对该年夏季热带环流,包括越赤道气流、赤道辐合带（Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ）的异常,以及登陆台风异常集中等情况作了进一步分析,为深入研究持续高温的成因提供了一定的基础。     

2008年初中国南方雪灾大尺度环流背景分析

分析2008年1月到2月初发生在中国南方雪灾冻雨的大尺度环流场,结果表明:这次南方强雨雪天气过程是北方冷空气和南方暖空气在中国南方地区持续维持、高低纬系统相互作用的一个典型个例.AO指数在1月中旬由负变正,表明了半球尺度环流的大幅度调整,高纬度80°E附近地区阻高形势的维持是1月中下旬到2月初阴雨雪天气过程持续的清晰指标;阻塞高压所伴随的能量频散使得准定常波持续从中高纬地区传播到较低纬度的长江及其以南地区,使得当地的气旋性环流得以维持;在乌拉尔山到贝加尔湖的强大阻塞高压的控制下,冷空气不能大举南下、只是不断的渗透到南方,与此同时受拉尼娜影响西太平洋暖池的海温不断增高,暖湿空气势力也是持续增强,代表暖势力暖池海温达到历史最强,冷空气在南方受阻形成静止态势.一旦阻塞高压在1月30日前后崩溃,供给江南地区气旋性环流的能源被切断,所以2月1日的降水过程以后江南地区的持续性降水也就随之结束.     

盛夏两类东亚高空西风急流北跳的动力过程

在气候态上,7月底东亚高空西风急流中心突然从40°N北跳到45°N以北.逐年统计分析显示此次急流北跳存在两类典型方式:急流北侧西风强度增强引起的北跳(第一类)和急流中心西风强度的减弱引起的北跳(第二类).本文基于1958年到2002年的NCEP/NCAR再分析资料,采用波活动通量诊断这两类典型北跳相应的动力过程,进一步...     

定量诊断2008年初南方罕见冰冻雨雪天气

根据NCEP/NCAR逐日再分析资料和每三小时一次的TRMM 3B42降水资料,利用改进后的局地经向环流线性诊断模式(不用地转风近似而用旋转风估算水平环流经向分量),定量分析了2008年初我国南方地区局地经向环流的垂直分量(-ωMC)的演变情况.结果表明:当我国南方地区发生强降水时,局地经向环流的强上升支气流((-ωM...     

2008年年初贵州省罕见冰冻灾害过程简析

针对2008—01—13-02-02发生在贵州省中东部地区持续21d历史罕见的低温雨雪冰冻灾害过程,结合MICAPS资料,分析了大气环流形势演变、低层冷舌形成、地面静止锋位置、冷空气强度和水汽条件等因素,总结出导致此次罕见冰冻天气形成的主要原因。     

夏季东亚副热带西风急流高频斜压波 波包分布特征

利用1960—2015年NCEP全球再分析日平均资料和我国2426站20时日降水量资料,采用Morlet小波分析方法和波包传播诊断分析方法,研究了夏季(6—8月)东亚副热带西风急流的窄带信号和高频斜压波波包分布特征及其与夏季我国东部典型雨季的对应关系。结果表明:(1)滤除30d尺度以上变化后的夏季多年平均EASJ表现为显著的3～7d高频窄带信号,该频域涵盖了华南汛期2～4和5～7d、江淮梅雨季5～7d以及7月下旬至8月北方暴雨的2～4和6～8d的高频窄带信号,反映了夏季窄带信号的阶段性变化及其与我国东部典型雨季的对应关系。(2)与东亚副热带西风急流相对应的3～7d高频斜压波波包大值带呈准纬向分布,代表强扰动区域,即急流带超地转强西风切变的动力不稳定区;波包低值区与南亚高压相对应,代表弱扰动区域,即弱风均压稳定区。进一步分析江淮梅雨季高频斜压波波包的分布特征表明,分别位于中纬度和高纬度的两条5～7d高频斜压波波包带和高值区与影响江淮梅雨降水的斜压能量频散波导和关键区高能值有很好的对应关系。(3)与副热带西风急流相对应的位于40°～55°N的3～7d高频斜压波波包带活动主要表现为经向位移和强度变化,其经向位移呈现先南落后北抬再波动的特征,强度表现为逐渐减弱而后加强的变化趋势。高频斜压波波包纬向分布变化以纬向风中心值位置突变为转折点分为两个阶段,表现出明显不同的波包分布特征。第一阶段有两个波包大值区,分别为黑海至里海地区和我国东北至日本岛地区;第二阶段有三个波包大值区,分别为黑海至里海地区、巴尔喀什湖西侧以及我国东北至日本岛地区,其中巴尔喀什湖西侧3～7d高频斜压波波包扰动对我国东部降水有重要贡献。     

2008年1月10—14日陕西区域暴雪成因分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料及FY-2C卫星tBB资料对2008年1月10—14日陕西区域暴雪过程诊断分析,结果表明：受贝加尔湖冷空气南下和南支槽前西南暖湿气流共同影响,陕西省出现了这次降雪过程;850 hPa的水汽主要从副高的西侧经西太平洋和南海从贵州、四川、重庆进入陕西;暴雪发生前大气低层积累了大量的不稳定能量,有利于暴雪的发生发展;暴雪发生期间不断有云团从青藏高原东移进入陕西境内。     

冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化与中国南方地区降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析数据和中国台站降水资料研究冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化特征及其与中国南方地区降水的关系,发现冬季东亚高原急流与温带急流同期反向协同变化特征最为显著。即高原急流增强,同时温带急流减弱(SW型)和高原急流减弱,同时温带急流增强(WS型)。当高原急流增强(减弱)而温带急流减弱(增强)时,中国南方地区降水显著增加(减少)。合成分析表明,不同急流协同变化型态下冷暖空气活动特征存在较大差异,高原急流与温带急流的反向协同变化可以真实反映与冬季中国南方地区降水相关联的冷暖空气活动特征,进而导致不同降水形态的产生。     

冬季东亚副热带急流和温带急流协同变化与我国冷空气活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面台站气温观测资料,分析了冬季东亚副热带急流（EASJ）和东亚温带急流（EAPJ）强度变化特征及其与我国境内冷空气活动的关系。以（45°N～60°N, 70°E～110°E）和（27.5°N～37.5°N,130°E～160°E）区域平均的300 hPa全风速分别表征冬季EAPJ和EASJ的强度,将两支急流的强度变化分为四种情况：EAPJ和EASJ同强（SS）、同弱（WW）、以及强弱（SW）、弱强（WS）。分析四种急流强度变化情形下中国境内冷空气活动强度、路径、持续时间以及源地的不同特征,发现当EAPJ和EASJ均强时,冷空气从内蒙古中东部入侵,主要影响华北、东北和东部沿海地区,强度较弱,持续时间短,冷空气源地位于新地岛以东的洋面及陆地上;当EAPJ和EASJ均弱时,冷空气从新疆北部入侵,影响我国大部分地区,强度强,持续时间长,冷空气源地位于巴尔喀什湖西部;当EAPJ强,EASJ弱时,冷空气从我国东北入侵,主要影响我国东北部,中国南部降温不明显,冷空气强度较强,持续时间短,冷空气源地位于中、西西伯利亚地带;当EAPJ弱,EASJ强时,冷空气从内蒙古中部入侵,进而影响华北和我国东部地区,但冷空气强度较弱,冷空气源地位于贝加尔湖的西侧。进一步分析急流强度四种变化情形下的环流特征发现,EAPJ、EASJ均弱时,西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱,东亚大槽偏深,中国东部的偏北风强,而EAPJ弱、EASJ强时,尽管西伯利亚高压和阿留申低压偏强,东亚大槽偏深,但中国东部的偏北风并不是很强,而另两种情况时,西伯利亚高压较弱,东亚大槽也较弱,中国东部的偏北风偏弱。