梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟

利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致:02—08时增强,14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡,导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强,降水增强;而白天由于边界层混合摩擦力增大,致使西南低空急流减弱或消失,降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征,而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成:白天边界层混合强,风为次地转;而夜间边界层混合消失,气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转      

初夏至盛夏东亚副热带西风急流变化与江淮出梅的关系

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37.5°N以北,比梅雨结束早1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早(晚)年份梅雨结束早(晚),长江中下游地区降水偏少(多),而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。     

江淮梅雨空间非均匀性的定量探讨

针对江淮梅雨空间分布非均匀的定量化问题,基于1960—2007年江淮地区高密度站点资料,运用空间集中度和集中区的方法定量分析江淮梅雨的空间非均匀性特征。结果表明,江淮梅雨的降水集中区呈现出年代际南北移动特征,自1970s末降水转型后,1980—1999年,强降水易于发生在长江中下游地区,而2000年后易于出现在淮河流域。48 a来梅雨的空间非均匀程度呈现弱的增加趋势。当梅雨雨带偏南,即位于长江中下游地区时,降水空间集中度较大。通过与大气环流场的回归分析表明,江淮梅雨非均匀程度的增加可能与西太平洋副高和副热带西风急流的南移有关。     

循环分块矩阵方程之解及其应用

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37．5°N以北,比梅雨结束旱1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早（晚）年份梅雨结束早（晚）,长江中下游地区降水偏少（多）,而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。     

2009年7月20-22日牡丹江强降雨分析

利用地面、高空观测资料,分析了2009年7月20-22日牡丹江地区的强降雨天气形成原因。此次强降雨主要由东北冷涡配合低空急流共同作用产生,东北冷涡使大气低层辐合、高层辐散,其产生的抽气机效应使上升运动加强;低空急流为降雨提供了充沛的水汽输送。此次强降水,日本数值预报产品预报出了降水中心,与实况比较吻合。研究结果对提高东北冷涡影响下的牡丹江地区强降水预报具有一定指导作用。     

1991年江淮特大暴雨的降水性质与对流活动

从计算大尺度热源和分析ＴＢＢ资料两个方面，阐述了１９９１年江淮梅雨期间降水性质与对流活动的季节性演变特征。结果表明：梅雨期间江淮上空３个强上升运动时段分别形成了３场暴雨，由暴雨释放的热量使江淮大气出现了３个时段的强加热；３场暴雨的降水性质呈显著的季节性演变，由第１场暴雨以锋面性降水为主发展到第３场暴雨异常强的对流性降水。文中详细分析了热源和水汽汇的时空分布特征，并从大气运动场和热力结构讨论了盛夏强对流降水期间积云对流以涡动形式对热量和水汽的强铅直输送作用。江淮地区ＴＢＢ值能很好地反映降水状况，雨期一致地对应于ＴＢＢ低于２５０Ｋ的时段。梅雨中后期东亚地区对流活动季节性地增强，带状对流区（特别是ＴＢＢ高负距平区）与雨带位置相符。对流带位置及对流活动强弱与西南暖湿气流活动密切相关，它很好地表征了东亚地区的低空急流（给积云输送热带对流大气）。梅雨期间对流带主要出现在江淮流域，但可在东亚范围内飘移，它落在江淮与否则决定了江淮暴雨的维持与中断     

吉林一次极端降水发生发展动热力过程的数值模拟分析

利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH（CPC MORPHing technique）融合降水资料以及WRF（Weather Research and Forecasting）高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13～14日吉林地区的极端降水天气过程的环流背景和触发机制进行了分析。结果表明:（1）东北冷涡环流控制下,副高北抬与中纬度锋区形成了有利的大尺度环流背景。降水发生在冷涡底部与副高之间的平直纬向环流中,东北冷涡南部的低槽、低空切变线、高低空急流是影响此次降水的重要天气系统;（2）在高层辐散低层辐合的有利动力条件下,极端的水汽输送与吉林地区西低东高地形的阻挡和强迫抬升是极端降水产生的重要原因;（3）中高层有干冷空气入侵,伴随高空动量下传至低空,加强了低空急流发展,低空急流发展至地面附近产生超低空急流后,加强了上升运动。南北经向动量输送交汇加强了低层风辐合切变,切变线上对流发展与永吉附近小地形的抬升作用,诱导永吉县产生极端降水。     

东北冷涡背景下浙江省两次强降水过程的对比分析

受东北冷涡西南部冷空气南下影响,2009年6月初浙江省连续发生了两次不同特点的强降水过程。利用常规气象观测资料、自动站资料、NCEP再分析资料及卫星TBB资料,对这两次东北冷涡背景下的强降水天气过程的大尺度环流背景和动力、热力及水汽输送条件进行对比分析。结果表明：同在东北冷涡天气背景下,由于中低层温度场配置不同、上下游系统强弱不同,导致浙江省发生的天气现象不同。6月2日降水是一次连续的区域性暴雨过程,雨带呈带状分布,以层状云降水为主,其低层为大范围的辐合,高层辐散,且低层辐合强于高层辐散;低空存在西南急流,为暴雨提供了重要的水汽和动力条件,大气层结比较稳定。6月5日强降水是一次强对流天气过程,降水分布不均匀,强度大,历时短,高、低空没有大范围的辐合辐散区,也没有低空西南急流,前期水汽条件较差,降水过程以热力作用为主;大气层结不稳定触发了强对流天气的发生,出现局地暴雨。两类暴雨的预报着眼点分别为：第1类区域性暴雨的预报重点为高层辐散、低层辐合结构和低空西南急流;第2类局地性暴雨的预报重点为大气的不稳定度与东北冷涡后部冷空气的干侵入。     

一次热带气旋过程对出梅影响的数值模拟研究

采用中尺度数值模式WRF对2001年江淮梅雨期热带气旋(Tropical Cyclone,TC)进行数值模拟,研究TC"飞燕"对梅雨结束过程的影响。结果表明,模式能够较好地模拟出"飞燕"的路径与强度演变,并能够较为精确地再现梅雨后期的降水强度和落区。对比分析消除"飞燕"影响的敏感性数值试验结果发现,"飞燕"影响梅雨的机制在于:随着其向东北向移动,西太平洋副热带高压北抬,东亚高、低空急流强度均有所减弱,低空切变辐合变弱,梅雨锋强度减弱,使得来自西南方向的水汽输送减少,造成假相当位温梯度和湿位涡倾斜项减小,垂直上升运动明显削弱,降水中断,导致梅雨结束。而消除"飞燕"影响后,梅雨后期降水仍然较多,梅雨期将有所延长。     

2015年夏季气候异常特征及其成因简析

2015年夏季,全国平均降水量297.6 mm,较常年同期偏少8.5%,空间分布呈“北少南多”的显著特征,长江中下游及江淮地区降水显著偏多,梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。进一步研究表明,2015年5月以来热带印度洋海温一致偏暖模态正位相发展,激发出西升东降的局地异常纬向环流,有利于西太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西。加强西伸的西太平洋副热带高压造成我国东南部地区西南低空急流频发,强度偏强。低空急流将来自南海的水汽向江淮等地输送,并激发不稳定能量释放,有利于对流活动的发展和降水的产生,导致梅雨雨季持续时间长,雨量偏多。     

2014年春季我国主要气候特征及成因简析

提2014年春季（3-5月）,我国大部气温偏高,与2013年春季并列为1961年以来历史同期第二高值。全国平均降水量较常年同期略偏多,其中东北地区降水显著偏多。分析表明,东北降水偏多时段主要发生在5月2-28日,这期间较强的东北冷涡活动是导致东北地区降水偏多的重要原因,其水汽主要来源于东北冷涡从日本海带来的水汽以及偏强偏西的西太平洋副热带高压（简称西太副高）西侧的转向水汽输送。文章还初步探讨了2014年春末南海夏季风爆发偏晚的可能原因。2014年南海夏季风于6月2候爆发,是历史上南海夏季风爆发最晚年之一。导致其爆发偏晚的直接因素是西太副高在4月下旬至5月底持续偏强偏西。进一步的分析结果表明,西太副高在此期间的偏强偏西可能主要由热带印度洋海表迅速增暖所致。     

副热带东南太平洋海温对东北夏季降水的影响及可能机制

诊断分析表明,前期副热带东南太平洋海温尤其是前春海温与东北夏季降水存在持续稳定的负相关关系。无论是在年际时间尺度还是年代际尺度上,冬、春、夏季海温演变趋势与降水均呈反位相。尺度分离结果显示,关键区海温与降水的显著负相关主要依赖于其年代际分量,但年际分量也起到较重要贡献。相关分析和合成分析结果都发现,当副热带东南太平洋海温偏低时,其上空可激发出反气旋式距平风场,而在关键区海域西北部激发出气旋式距平环流。同时在所罗门群岛和菲律宾南部分别出现反气旋式和气旋式距平环流。西太平洋副热带高压(副高)位置较常年偏西,副高区为反气旋式距平环流。在东北地区西侧则为气旋式距平环流。在这样的环流背景下,副高西侧的南风加强了源自南海和西太平洋的暖湿气流和北方冷空气在东北地区的交汇,从而使东北夏季多雨。反之,当东南太平洋海温偏高时,其激发的气旋及反气旋距平中心和偏低年刚好相反,副高位置偏东,其西侧的南方水汽输送偏弱,同时东北冷涡也偏弱,冷暖空气汇合形成的低空辐合弱,东北降水因此偏少。这表明,副热带东南太平洋海温异常时确实能激发出一个从关键海区到东北地区的跨越南北半球的气旋-反气旋交替波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,从而影响东北夏季降水。     

Influence of the Northeast Cold Vortex on Flooding in Northeast China in Summer 2013

Severe flooding occurred in Northeast China (NEC) in summer 2013. Compared with the rainfall climatology of the region, the rainy season began earlier in 2013 and two main rainy periods occurred from late June to early July and from mid July to early August, respectively. During the summer season of 2013, the western Pacific subtropical high (WPSH) was located farther westward, which strengthened the southerly winds on its west side in the lower troposphere. Under this circulation pattern, more water vapor was transported to North China and NEC. Another moisture transport pathway to NEC was traced to the cross-equatorial flow over the Bay of Bengal. In mid–high latitudes in summer 2013, the Northeast Cold Vortex (NECV) was much stronger and remained stable over NEC. Thus, the cold air flow from its northwest side frequently met with the warm and wet air from the south to form stronger moisture convergence at lower levels in the troposphere, resulting in increased precipitation over the region. Correlation analysis indicated that the NECV played a more direct role than the WPSH. Synoptic analyses of the two heaviest flood cases on 2 and 16 July confirmed this conclusion. The four wettest summers in NEC before 2000 were also analyzed and the results were consistent with the conclusion that both the WPSH and the NECV led to the intense rainfall in NEC, but the NECV had a more direct role.     

东北冷涡分类及其对内蒙古东部降水的影响

利用1981-2022年6-8月内蒙古119个国家气象观测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了东北冷涡年际、年代际变化特征及东北冷涡分类对内蒙古东部降水的影响。结果表明:东北冷涡发生频次在1992年之前,较气候态显著偏多,之后呈现显著偏少,直到2003年以后有增多的趋势,近十年发生频次偏多。将东北冷涡分为10类,中涡东北移是致使东部降水偏多最异常的冷涡类型,中涡东移是次异常的冷涡类型。东亚地区呈现“北高南低”环流型,内蒙古东部位于负位势高度距平区,中心位于东部偏南地区,乌山和鄂海阻高偏强,副高偏强,内蒙古东部地区被气旋式水汽通量控制,配合低纬的越赤道气流共同作用引导的西太平洋水汽输送到东部地区,这种环流配置是致使东部降水异常偏多的主要成因。     

2011年初夏我国长江中下游降水的气候特征及成因

文章主要分析了2011年初夏长江中下游降水的气候特征及其成因。结果表明：2011年5月长江中下游降水异常偏少,6月转为异常偏多,出现了明显的旱涝转换。长江中下游地区的旱涝转换主要受南海季风、东亚季风强度以及西太平洋副热带高压（副高）的异常快速北跳的影响。研究还发现,6月亚洲中高纬长期维持两槽一脊的环流形势,东北冷涡活动频繁,多次引导冷空气南下。同时,副高异常偏北、偏西,并出现多次西伸过程。由于冷涡的加强南压与西伸的副高相互作用,促使长江以南地区西南气流明显增强,使得冷暖空气在长江中下游地区交汇,最终导致该地降水偏多。     

5—6月东北冷涡持续活动及强度特征

利用1960—2012年5—6月NCEP/NCAR逐日再分析资料,基于冷涡经典定义,采取客观识别方法检索东北冷涡活动过程,根据东北冷涡活动时空变化特征给出东北冷涡持续活动过程标准, 通过冷涡强度指数进行定量化分析,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强对应5月乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和6月鄂霍次克海阻塞高压活动频繁。通过强弱指数年合成,得到6月强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征; 高层存在冷中心,低层有冷空气活动,中高层西风带呈明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈东北高、西南低的偶极子阻塞形势;弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。     

东北冷涡活动的季节内振荡特征及其影响

东北冷涡是造成我国东北地区低温冷害、持续性阴雨和突发性强对流的重要天气系统.利用1979～2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国气象科学研究院提供的中国区域高分辨率格点降水资料,定义了一个客观描述东北冷涡活动的指数 (NECVI),并基于该指数分析了东北冷涡活动的低频特征及其与相关环流和降水的关系.结果表明,东北冷涡活动具有显著的10～30天振荡周期.与东北冷涡活动相关的大气环流的10～30天振荡和我国东部夏季降水异常具有明显的锁相关系,对雨带的位置起着重要的调制作用,在东北冷涡及其相关低频环流由西北向东南的移动过程中,我国东部也经历一次由北至南的降水过程.本文还进一步讨论了东北冷涡的低频活动与中高纬大气环流遥相关型的关系.与东北冷涡相联系的低频环流是夏季低频欧亚 (EU) 型遥相关波列的一部分,低频欧亚型 (EU型) 与东亚/太平型 (EAP型) 遥相关波列在东亚地区交汇,并通过波列之间的相互作用影响东北冷涡低频系统的移向和移速,进而影响中国东部降水的位置与维持时间.因而前期EU型和EAP型低频波列的发展情况可能预示着后期中国东部各个区域降水的演变.本文研究结果将为提高我国东部强降水的1～2周延伸期天气预报提供参考.     

Numerical experiments on the impact of spring north pacific SSTA on NPO and unusually cool summers in Northeast China

A set of numerical experiments designed to analyze the oceanic forcing in spring show that the combined forcing of cold （warm） El Ni（n）o （La Ni（n）a） phases in the Ni（n）o4 region and sea surface temperature anomalies （SSTA） in the westerly drifts region would result in abnormally enhanced NorthEast Cold Vortex （NECV） activities in early summer.In spring,the central equatorial Pacific El Ni（n）o phase and westerly drift SSTA forcing would lead to the retreat of non-adiabatic waves,inducing elliptic low-frequency anomalies of tropical air flows.This would enhance the anomalous cyclone-anticyclonecyclone-anticyclone low-frequency wave train that propagates from the tropics to the extratropics and further to the mid-high latitudes,constituting a major physical mechanism that contributes to the early summer circulation anomalies in the subtropics and in the North Pacific mid-high latitudes.The central equatorial Pacific La Ni（n）a forcing in the spring would,on the one hand,induce teleconnection anomalies of high pressure from the Sea of Okhotsk to the Sea of Japan in early summer,and on the other hand indirectly trigger a positive low-frequency East Asia-Pacific teleconnection （EAP） wave train in the lower troposphere.     

Ni?o 1+2海区冷、暖水期西太平洋副高的特征及其对东亚季风的影响

通过对海温资料和500hPa位势高度、垂直速度、850 hPa的水平风分量资料的分析,探讨ENSO的各不同阶段西太平洋副高和东亚季风的变化特征.结果表明:赤道东太平洋海温与西太平洋副高有密切的关系.Nino 1+2区海温有明显的10年际变化,与西太平洋副高的1O年际变化非常吻合;前期Nino 1+2区为冷、暖水期时西太平洋副高的强度和位置有明显差异,前期为暖水期时夏季西太平洋副高较强,范围向西和向南伸展,冷水期反之,西太平洋副高较弱,位置偏东偏北.西太平洋副高的变化进一步影响东亚季风和我国的降水.这种影响在Nino 1+2区海温变化后4～6个月最明显.因此,前期Nino 1+2区海温的变化可以为东亚季风和我国降水的长期预报提供依据.     

The 2009 Summer Low Temperature in Northeast China and Its Association with Prophase Changes of the Air-Sea System

Under the background of global warming, summer (JJA) low temperature events in Northeast China had not occurred for about 15 yr since 1994, but one such event took place in 2009. By using the NCEP/NCAR reanalysis data, the 100-yr station temperature data at Harbin and Changchun, and the Hadley Center sea surface temperature (SST) data, this paper intends to reveal the cause, circulation background, and influencing factors of this event. Analysis of both horizontal and vertical circulations of a low-value system over Northeast China in summer 2009 during the low temperature event shows that anomalous activities of the Northeast China cold vortex (NECV) played the most direct role. A decadal cooling trend of-0.8 C (10 yr)-1 over 1999-2008 at Changchun and Harbin was found, which is obviously out-of-phase with the linear warming trend (0.2 C (10 yr)-1 ) over 1961-2000 for Northeast China in response to the global warming. The previous winter North Pacific polar vortex (NPPV) area index, significantly positively related to the observed summer temperatures of Harbin and Changchun, was also in a significantly declining tendency. These provide favorable decadal backgrounds for the 2009 low temperature event. Different from the average anomaly field of 500-hPa height for summer 1994-2008 in Northeast China, in the summer of 2009, the Arctic Oscillation (AO) showed a strong negative phase distribution, and significant negative height anomalies dominated Northeast Asia, Aleutian Islands, and North Atlantic. Furthermore, the negative phase of North Pacific Oscillation (NPO) in the winter of 2008 was obviously strong, and it maintained in the spring of 2009. Meanwhile, the SSTA in the equatorial eastern-central Pacific Ocean in the winter of 2008 showed a La Nina phase, but the strength of the La Nina weakened obviously in the spring of 2009. The abnormally strong activities of NECV in June and July of 2009 were related to the disturbances of stationary waves that replaced the original ultra-long waves over the North Pacific region in April and May 2009. The singular value decomposition (SVD) and harmonic analysis results suggest that the anomalous phase of NPO is an important precursor for summer temperature variations over Northeast China, and also a stable planetary-scale component that can be extracted from the atmospheric circulation in addition to the chaotic components on the synoptic scale.