华南4—5月持续性干旱及其环流背景

用测站降水量资料和NCEP-DOEⅡ再分析资料等,统计分析了华南春季各月降水量逐年变化的相互关系以及华南4—5月持续性干旱对应的大气环流异常特征,初步探讨了与华南4—5月持续性干旱有关的海温异常及其可能的影响机理。华南春季降水量主要变异型为全区一致型,近30年来华南春季降水量在减少,华南4、5月降水量的逐年变化有显著的同相特征。华南春旱主要是由4—5月的降水持续偏少造成的。在华南4—5月持续干旱年,华南附近高低空都存在一个异常的反气旋,并在华南上空造成异常下沉运动;东亚大槽南支偏弱,不利于中高纬度冷空气南下,因而不利于华南降水。在华南4—5月持续干旱年,热带中太平洋的海温正距平可从前一年12月一直持续到当年5月,其影响华南春旱的机制是:由于赤道中太平洋地区海温正距平,导致该区域的异常辐合上升运动,同时通过罗斯贝波的响应在其西侧即西太平洋赤道南、北两侧低空强迫形成气旋性环流异常,在菲律宾东侧的热带西太平洋上空强迫出异常的上升运动,进而使南海北部和华南地区出现异常的下沉运动,导致干旱;在南海及热带西太平洋上空大气低层出现的偏北风异常也使得来源于南海—西太平洋的水汽输送减弱,不利于华南降水。在华南4—5月持续干旱年,4、5月欧亚大陆中高纬度地区也存在一个持续性的西北—东南向的异常环流波列,其对华南干旱的发生也具有显著的影响作用。     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

华南夏季极端降水时空变异及其与西北部太平洋海气异常关联性初探

基于长时间序列的观测和再分析数据,分析了1958-2008年间华南夏季极端降水的时空变异特征及其与西北部太平洋海域的海表温度、潜热通量以及水汽输送异常的联系.华南地区夏季极端降水异常变化的主要模态显示,华南绝大部分地区夏季极端降水异常呈同相变化,并以2～5年的年际变化最为显著.特别是近50年来该地区夏季极端降水趋势变化在20世纪80年代末存在明显转折,即在1989年之前华南绝大部分地区夏季极端降水频次呈减少趋势,之后表现为增多趋势.结果表明,西北部太平洋同期海气异常与我国华南地区夏季极端降水显著关联的关键区主要位于南海海域及其邻近的西太平洋暖池区.该海域的海表温度、潜热通量的异常变化可能是影响华南夏季极端降水的重要因素,而南海北部水汽经向输送的异常变化可能是引起华南夏季极端降水变异的关键因素之一.这可为我国华南地区夏季极端降水变异规律、机理及模拟预测研究提供一定的参考依据.     

华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960～2015年中国753站汛期(4～9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。     

IOD Modoki事件对华南后汛期降水异常的影响及可能机理

利用1979—2019年CN05.1中国区域高分辨率降水格点数据、英国Hadley中心观测海温数据、ERA5逐月大气再分析资料及大气环流模式,研究了华南后汛期期间(7—9月)IOD Modoki事件与华南后汛期降水异常的关系及可能机理。观测资料结果表明,华南后汛期降水异常与热带印度洋中部(东和西部)海温异常呈显著正(负)相关关系,表现为印度洋IOD Modoki或印度洋三极子事件的空间分布型。滤除ENSO信号影响后,华南后汛期降水异常仍和IOD Modoki存在较为密切的联系。IOD Modoki正异常对华南后汛期降水异常的影响有以下途径,一方面,异常水汽从热带印度洋东部向西输送至热带中印度洋后,在北半球受科氏力作用向东输送至华南地区,为华南地区提供了充足的水汽条件,并且对华南地区降水正异常的主要水汽辐合贡献为平均水汽的水平扰动散度项和扰动引起的平均水汽垂直平流项。另一方面,热带东南印度洋海温负异常,通过Mastuno-Gill响应引起对流层低层自热带东南印度洋至热带中印度洋有东南风异常,增强了70°E附近的越赤道气流,在北半球向东输送至西北太平洋,这引起了华南地区对流层低层气旋式环流异常。另外,热带东印度洋对流层低(高)层异常辐散(辐合),华南地区低(高)层异常辐合(辐散)增强了东亚地区的局地Hadley环流,有利于华南地区降水的产生。再者,IOD Modoki引起南亚季风区受异常下沉运动控制,并通过季风-荒漠机制引起副热带北大西洋东部、北非荒漠区及地中海西部周围正涡度异常,激发了沿急流向下游传播的准静止Rossby波,增强了日本海高压异常和华南及邻近地区对流层低层气旋式环流异常。上述原因均有利于华南地区降水的产生,反之亦然。上述结果在数值模式中亦得到了验证。     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

冬季西太平洋暖池与华南降水关系的年代际变化

利用1951-2010年全国台站冬季降水观测资料、Hadley环流中心逐月海表温度资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,探讨了西太平洋暖池与我国华南地区冬季降水的关系。结果表明,西太平洋暖池与我国华南冬季降水的年际关系在1972年发生了明显的年代际转折,20世纪70年代前两者弱的负相关未通过信度检验,而70年代后两者相关系数达到-0.5~-0.6。回归分析显示,70年代前,暖池对产生华南冬季降水的水汽条件以及动力条件等的影响不显著,因此其与华南冬季降水的关系不明显。70年代后,暖池偏暖时,在菲律宾海区域激发出一个显著的气旋性环流,该环流西北侧的偏北风不利于南海地区水汽向我国华南地区输送,华南地区水汽辐散增强,而且南支槽地区对流减弱,南支扰动不活跃且扰动不能向下游地区传播,华南地区扰动活动减弱,此外暖池偏暖使北半球经向环流显著增强,且下沉支位于我国华南地区,加强了华南地区的下沉运动,因而华南地区冬季降水显著偏少;暖池偏冷时,情况相反。     

华南秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系

采用1961—2014年逐月全球标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)数据集、ORA-S4海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,对华南地区秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系进行了研究。结果表明:华南秋季SPEI主要表现为全区一致变化型,且具有明显的年代际变化特征,在1988年发生了年代际转折,转折后(前)为偏旱(涝)期。进一步分析表明,华南秋季SPEI与同期热带西印度洋海洋热含量变化呈显著的正相关关系,即当秋季热带西印度洋热含量偏低时,华南地区SPEI偏小,易发生干旱。热带西印度洋热含量异常影响华南秋季干旱的可能机制为:秋季热带印度洋热含量变化表现为""型的东西向偶极子分布,即当热带西印度洋热含量偏低时,热带东印度洋热含量将会偏高;而热带东印度洋热含量偏高将会使热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高、外逸长波辐射偏小、降水增多,凝结潜热释放增强,产生偏强的东亚Hadley环流,使华南地区存在异常下沉运动,不利于产生降水;热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高,还会使西北太平洋副热带高压位置偏西、面积偏大,西北太平洋存在气旋性环流异常,使华南地区受偏北气流异常控制,从而削弱了向华南地区的水汽输送。热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化是热带西印度洋热含量异常影响华南秋旱年代际变化的重要环节,因此用NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行了热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化的敏感性试验,证实该区海表温度年代际升高对华南秋季年代际干旱具有重要作用。     

华南6月降水异常及其与东亚—太平洋遥相关的关系

利用1959～2010年共52年的大气环流和降水资料,我们分析了华南前汛期季风降水 (6月降水) 的变化特征,发现6月华南降水与同期EAP (East Asia-Pacific,东亚—太平洋) 遥相关型有显著的相关关系,两者之间的相关系数为0.35.EAP指数为正时,长江中下游以南的地区降水偏多,而长江以北和黄河之间的地区降水偏少.将华南6月降水分为与EAP相关的降水序列和与EAP独立的降水序列,比较了二者所对应环流异常的异同点.结果表明,与EAP相关的降水异常对应着EAP相关型的环流异常分布特征,降水为正异常时,850hPa风场从低纬度到高纬度呈现“反气旋、气旋、反气旋”的异常分布,湿的偏南风和干的偏北风在华南上空交汇,降水增多;而整个淮河流域上空为偏北风异常,导致南风带来的水汽输送减少,降水偏少,因此降水异常呈现偶极子分布.相比之下,与EAP独立的降水正异常对应的环流异常表现为热带西北太平洋上空的反气旋性环流异常,华南地区上空为显著的西南风异常,输送到华南地区的水汽增多,导致降水偏多.     

华南前汛期降水异常与水汽输送的关系

采用1958-2000年华南57站前汛期日降水资料和NCEP／NCAR逐日水汽输送再分析资料，分析了华南前汛期降水异常与水汽输送的关系，并对旱、涝年进行了比较分析。结果表明：华南地区经向水汽输送的异常变化将导致该地区的异常旱涝，而纬向水汽输送的异常变化只导致该地区出现小范围的降水异常。旱年和涝年的异常水汽输送不是简单的反位相关系。来自印度洋和西太平洋的水汽对华南地区前汛期的降水异常没有明显的作用，南海(主要是其北部)才是华南降水异常的关键区。     

气象资料三维化技术中的插值问题

通过对不同源气象资料及数字地理信息资料的插值，实现了不同气象资料与地理信息资料分辨率的协调；从而将多种信息叠加到一起，实现了多源资料的二维、三维仿真显示。这对于模拟真实的大气空间结构、理解地形及植被对大气运动的影响、辨识各种天气系统及多种信息的融合等有积极意义。     

春季华南在冷空气垫上空南支西风中低压槽东移时的天气过程分析

春季,冷空气进入华南以后,青藏高原以东往往在低空出现一层较薄的冷空气垫。在高空平直的西风环流下,沿南支西风急流带,有低压槽在冷空气垫之上东移,地面高气压区域中常有低压槽和锋生出现。本文查考了1958—1962年3—5月华南地区这类天气过程,并讨论了这类天气形势下的降水和雷暴的短期预报。     

2003年东亚季风季节内振荡对我国东部地区降水的影响

将2003年东亚夏季风指数IM进行30~60天带通滤波后,分析结果表明,大气季节内振荡(ISO)的经向传播主要表现为从南海南部地区向北传播,其传播过程中的高值中心分别对应我国南海地区、华南前汛期以及江淮流域梅雨的强降水过程。ISO的传播还表现出纬向与经向相互接力的特征,纬向上源于热带地区孟加拉湾向东传播的ISO和源于副热带西太平洋地区向西传播的ISO 在120 °E附近汇合后,分别补充到由南海南部向北传播的ISO中,使其可以继续加强北传,最北界可延伸到35 °N以北,对我国东部地区大尺度降水过程产生一定的影响。     

南京近郊地区初冬大气边界层风温场的探测和分析

利用现场低空探空探测所获取的实测资料,揭示了南京近郊初冬大气边界层风、温场在不同天气条件下的特征,得出了晴天温廓线日变化的模型,用谐波分析探讨了温度和风随高度分布和随时间演变的特征。     

雷达资料在江淮流域暴雨数值模拟中的应用

将雷达资料计入ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式，对江淮流域暴雨实例进行了模拟实验、在工作中，雷达资料经过处理加入到模式中，改变初始湿度场分析，然后作２４小时数值模拟，并与控制试验作比较。结果表明：加入雷达资料后的数值模拟预报，由于增强了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽和辐合上升运动，雨区位置和雨量中心值比控制试验更接近实况。     

飞机催化区风的实时测量

通过飞机飞行起点及终点的经纬度同时利用机载GPS实时的位置参数，给出了求取飞机所在云区空气流速和流向的计算关系及计算程序。为实时跟踪催化影响区平流扩散，影响区位置控制提供了重要依据。这比用邻区定时定点探空规定层风向风速时空外推值要合理准确。给出了飞机航线的设计和云区流速和流向对PMS粒子浓度计算的影响及可能误差。     

江苏省近百年汛期旱涝变化的诊断分析

本文应用历史气候资料和现代降水记录,对近百年来汛期江苏省各区域各年代进行旱涝诊断分析,采用滑动平均方法探讨其变化趋势,并用最大搞谱方法提取显著周期。得出以下三个比较有意义的结论：（1）近百年来,汛期全省较易发生旱的灾害,20－30年代为旱灾濒发期;（2）淮北地区近年有向早年发展的趋势,江淮之间及苏南地区进入90年代以来向旱年发展的趋势则愈来愈明显;（3）全省具有2－3年、5－6年的旱涝周期。     

THE USE OF RADAR DATA IN THE NUMERICAL SIMULATION OF HEAVY RAINFALLS IN THE CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN

It is important for predictions of heavy rainfall to include radar data to provide better reflection of moisture. Numerical experiments were carried out with real cases of heavy rains in the Changjiang (Yangtze)-Huaihe River Basin using a PSU/NCAR mesoscale model that incorporated radar data. Processed radar data were added to the model to change the analysis of initial humidity field before 24-h numerical simulations were made and the results compared with a control experiment. It is suggested that the radar-data-incorporated numerical predictions could produce locations of precipitation areas and maximum rainfall that are closer to reality than the control, due to the fact that moisture and converging updraft are strengthened in the middle and lower levels of the troposphere in the area of heavy rains and areas nearby. The work is expected to improve numerical modeling and forecasts of heavy rains in middle and lower latitudes of China.