1991年江淮暴雨时期的能量和水汽循环研究

通过对 1991年 5～ 7月江淮暴雨期全球范围的水汽输送和不同降水过程中江淮暴雨区及其临近区域的水汽收支和视热源和视水汽汇的计算分析得到了以下结论 :( 1)从水汽输送的机制来看 ,一方面 ,有大量的水汽以定常涡动的方式从孟加拉湾及南海输送到中国江淮地区 ;另一方面 ,江淮地区的瞬变涡动水汽向北输出 ,这可能与江淮地区频繁活动的α和β中尺度系统有关 ,它们将江淮地区汇集的充沛的水汽除了大部分以降水形式降下外 ,剩余部分继续向水汽较少的高纬地区输出 ,以维持全球水汽的平衡。( 2 )在降水过程中 ,局地蒸发项在水汽的供应中或再循环中十分重要 ,其数值一般为降水量的 13 ～ 12 ,这与1998年的降水情况相似。( 3 )在降水过程中 ,暴雨区的水汽主要是从南边界和西边界流入的 ,东边界和北边界则流出 ,并且水汽的流入、流出主要在中低层进行。 (a)在流入边界上 ,水汽通量的垂直分布存在差异 ,暴雨区西边界和南边界的水汽流入的垂直差异可能与其所在的地理位置有密切关系。 (b)对于暴雨区 ,不同强度的降水过程水汽的主要来源有所不同。( 4)在 5次降水过程中 ,视热源和视水汽汇的较大值对应降水的大值区 ,表明了水汽凝结加热对大气加热所起的主要作用。梅雨期降水 ,以对流性降水为主 ,对流活动随季节变化     

台风Dan(9914)的水汽输送特征

利用ECMWF 2.5°×2.5°的再分析资料,用大尺度水汽通量流函数和速度势以及水汽收支对台风Dan(9914)在形成、加强和减弱过程中的水汽输送和收支进行了诊断分析。结果表明:台风Dan西行期的水汽主要从西边界和东边界流入台风,水汽主要是来自于副热带高压南侧偏东气流对水汽的输送;转向北移后则以西边界流入的水汽占主导作用,水汽主要是来自南海。台风Dan的水汽输送主要集中在对流层中低层,一般在925 hPa有最大的水汽总收支。在Dan发生发展的不同时期,由大尺度水汽通量流函数和速度势表示的水汽通量输送和辐合也有明显的变化,表明水汽输送和辐合在Dan的发生发展及消亡过程中有一定作用。     

桂北山区一次持续性暴雨的水汽输送特征

利用常规观测资料、区域自动站资料、NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2021年6月28日～7月4日柳州持续性暴雨的环流形势和水汽输送特征进行了分析。结果表明：500 hPa南支槽和副热带高压的对峙导致850 hPa低涡切变稳定少动,为暴雨区建立了稳定、持续的水汽通道;南海夏季风的爆发为暴雨区提供源源不断的水汽,水汽输送大值带主要位于700 hPa以下,以边界层925 hPa水汽辐合最强;从水汽收支看,南边界为主要水汽输入边界,东边界则为水汽主要输出边界,越往高层水汽出流越明显;南边界水汽输入对于区域水汽净流入的贡献主要在700 hPa以下,且越往低层南边界水汽贡献越明显;柳州北部元宝山脉对水汽的流出有一定阻挡作用,925 hPa以下北边界的水汽流出比南边界的流入小一个量级。     

2019年台风“利奇马”和“罗莎”引发东北地区暴雨的水汽特征分析

利用NCEP的FNL(Final Reanalysis Data)和GDAS(Global Data Assimilation System)再分析资料、中国气象观测网降水实况数据及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模型结果,对2019年8月13—17日发生在中国东北地区一次减弱台风引发暴雨过程的水汽条件和输送过程进行分析。结果表明：此次中国东北地区暴雨的水汽与源自西太平洋的水汽关系最为密切,台风“利奇马”为本次暴雨的主要水汽供应系统,其次是台风“罗莎”外围水汽补充。拉格朗日方法的水汽输送源主要有3个,分别为源于中低纬西太平洋,与欧拉方法的太平洋和黄海水汽相对应;源于中国南海南部,与印度洋水汽相对应;源于黑龙江北部,中国北方的水汽对暴雨也有一定作用。中国南海南部水汽与西太平洋水汽合并,为此次东北地区暴雨的主要水汽供应。水汽收支主要集中在中低层,水汽的辐合区主要位于700～900 hPa。低层的水汽垂直向高层输送,水汽的辐合和垂直输送越强,降水量越大。水汽流入集中在低层的南边界,西边界和北边界一般为水汽流出边界。     

2013年南疆2场罕见暴雨落区和强度的对比分析

2013年5月26～28日和6月15～18日南疆连续出现了2场罕见的暴雨过程,利用常规地面和高空探测资料、NCEP/NCAR每日4时次 1°×1°再分析资料和欧洲ECWMF 0.25°×0.25°细网格数值预报产品,对比分析了这2场暴雨的落区和强度差异的成因。2场暴雨均在有利的环流背景下产生,较强暴雨的高空环流经向度更大、中亚低槽与北支槽打通并南伸更南,低层700hPa以下水汽输送较中高层更为重要,日常预报更应注重低层的水汽输入。对比暴雨强度,低层水汽输送越强(更多水汽路径、更多边界的水汽输入、更强水汽通量和水汽输入量)、低层水汽输送时间越长、低层切变线持续时间长且伸展至中高层,暴雨强度均可能更强。中尺度切变线和涌线在暴雨落区预报中具有一定的指示意义。     

梅雨期区域边界水汽输送模型及其数值试验

通过诊断分析,提出梅雨期中国区域边界水汽输送特征模型,即高原中部区域西边界与低纬南海、西太平洋南边界为水汽输送流入主体,西太平洋东边界为水汽“流出”主体。数值模拟研究表明:1998年洪涝特大暴雨过程6月与7月份水汽输送通道特征存在差异,6月中下旬长江流域暴雨过程以西边界与南边界水汽流共同输送为主体,其中南海西太平洋区域水汽输送显著,7月份水汽输送过程以高原中部区域西边界“水汽流”为主体。因此,高原中部区域西边界与中国区域南边界的水汽输送对长江流域特大暴雨的形成均具有重要的作用。区域边界水汽流的时空特征分析及其理论模型将为长江流域暴雨预报提供科学依据。     

2013年南疆西部暴雨天气的水汽特征

应用南疆西部（35°～42°N,73°～80°E）15个气象站及200个区域自动气象站2013年逐日降水量资料和NCEP/NCAR每日4次1°×1°再分析资料,分析2013年南疆西部4次典型暴雨天气过程的水汽源地、水汽输送及水汽收支特征。结果表明,2013年4场暴雨天气水汽主源地主要分布在阿拉伯海和孟加拉湾,其次是波斯湾,低层东风急流（LLEJ）在南疆西部暴雨过程中作用显著。过程Ⅰ水汽输送路径主要为偏东和西南气流,在南疆西部沿山及偏东平原强烈辐合引发暴雨,偏东路径水汽输送明显大于西南路径,水汽输送的大值区域持续时间为24 h。过程Ⅱ水汽输送有西方、西南和偏东路径,3支水汽输送在南疆西部东—西、南—北产生剧烈的辐合造成大范围、强度强的暴雨天气,东边界水汽输入量接近南边界,水汽输送的大值区域持续时间为60 h。 过程Ⅲ水汽输送为西方、偏南和偏东路径,LLEJ引导的水汽在西风、东风气流的交汇下沿山堆积产生强的辐合,造成暴雨天气。水汽输送的大值区域持续时间为24 h。过程水汽输送主要有西方、偏南和偏东路径,西方路径的输送量远远大于偏东和偏南水汽,水汽输送出现2次高低空大值区域叠置现象,暴雨过程中大值区域持续时间48 h。     

淮河流域2003年梅雨时期降水与水汽输送的关系

本文利用2003年6～7月逐日NCEP／NCAR再分析资料分别计算了淮河流域梅雨期的水汽输送和该区域的水汽收支,分析了大尺度水汽输送和梅雨期降水之间的关系。结果表明：2003年梅雨期间(6月20日～7月23日)淮河流域水汽输送的来源主要有2个,一是孟加拉湾的西南气流经中南半岛北部进入华南再向淮河流域输送,二是来自西太平洋副热带高压南侧的偏东气流在南海转向形成的偏南气流进入华南再向北输送,以上两条输送带以定常方式向淮河流域输送水汽。通过计算梅雨期的整层涡动水汽输送,发现经向水汽输送非常稳定,纬向水汽输送具有较大幅度变化。研究还表明：2003年梅雨期间淮河流域的水汽收支主要来自经向水汽输送,特别是南部边界的水汽流入,而纬向水汽输送多表现为水汽的流出。梅雨期间淮河流域经向水汽收支的突然增强和维持稳定往往对应一次强降水过程的开始。梅雨期间淮河流域净水汽收入主要来源于经向从地面到600hPa高度的深厚水汽输送,另外在纬向近地面层还有一支弱的净水汽流入,而中低层为明显的纬向净水汽流出。在经向水汽净输入相当情况下,纬向水汽净输出的减弱有利于增强强降水过程的强度。淮河流域2003年夏季经向水汽收支的爆发性增长和突然减弱和该区域的入、出梅日期对应,它的演变反映了东亚夏季风由南向北推进的进程。     

西北干旱区夏季水汽收支特征及对气温异常的响应

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的1979—2016年ERA-Interim再分析资料分析了西北干旱区（35°N～48°N，80°E～106°E）夏季水汽收支特征，并通过环流合成分析进一步揭示了气温异常对西北干旱区水汽收支的影响。结果表明：西北干旱区夏季大气水汽含量和水汽净收入均为增加趋势。气温和东边界、北边界以及南边界的水汽通量均在20世纪90年代后期发生显著调整。升温主要使西北干旱区东、南边界的水汽支出减少，进而导致水汽含量增加。气温异常调整环流异常，从而使对流层中下层风速变化，进一步影响西北干旱区各边界的水汽输送。其可能影响机制为气温偏高时，印度西南季风加强，使南边界偏北风减弱，导致水汽支出减少；蒙古异常反气旋加强使东边界、南边界东部和北边界的中低层风速减小，导致东边界、南边界东部水汽支出和北边界水汽收入减少。     

低纬高原地区水汽资源的气候变化特征

用1948—2009年NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析低纬高原地区对流层不同层次水汽输送特征。结果表明,地面～300 hPa每年从西边界、南边界流入低纬高原的水汽分别有344.0×1010 t和115.0×1010 t,有341.5×1010 t和73.5×1010 t水汽分别从东边界和北边界流出,水汽净流入达44.0×1010 t。水汽净收入主要集中在对流层低层,以西边界的水汽输入最多;但经向上的水汽输送对低纬高原地区的净收入贡献相对较大,并且纬向水汽输送与经向水汽输送量呈反相关。夏季水汽输送净收入占全年的67.5%,其对流层低、中、高层均为水汽净流入。西边界水汽输入呈增加趋势,东边界水汽输出量呈减少趋势,南、北边界水汽输入、输出呈减少趋势,均在1980年代末发生突变,突变后南边界的水汽输入明显减少,北边界的输出呈下降趋势。年净水汽和夏季净水汽呈减少趋势。低纬高原地区水汽净收入在1978年发生突变,突变后水汽呈减少趋势。      

黄河流域冬、夏季水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料,对黄河流域1月和7月多年平均及旱、涝年整层积分的水汽通量、辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明,1月黄河流域无明显的水汽输送,而7月水汽沿西南、东南及西北3条路径输送,前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、下游区,而上游区水汽流入较小;旱年,黄河中、上游区均无明显的水汽输送,只有下游的小范围地区受西南气流影响。各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应,而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源;涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月,西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出,各区均为水汽净辐散,不利于降水;7月,大量的水汽主要来自西边界和南边界,涝年各区均为水汽盈余,多年平均也以净辐合为主,而旱年则以水汽亏损为主。     

一次华南季风低压连续性暴雨过程的诊断分析

利用NCEP的FNL再分析资料、广东省区域自动站观测资料等,对2018年8月27日到9月1日发生在广东省的一次季风低压连续性暴雨过程的大气环流形势以及持续性降水的物理机制进行分析。结果表明:在高层辐散环境条件下,低层季风低压的长时间维持,为强降水提供有利的环境条件。低层的不稳定能量以及深厚的垂直上升运动,为持续性的强降水提供了有利的动力条件。暴雨期间,来自南海地区的暖湿气流为暴雨区带来了充足的水汽;暴雨区域的水汽总收支为净流入,其中南边界为强的水汽流入边界,西边界的水汽流入弱于南边界,北边界和东边界为水汽输出,经向的水汽辐合是暴雨区水汽辐合的主要贡献者。     

"18·8"广东季风低压持续性特大暴雨水汽输送特征

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明:持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。     

2012年7月21日北京特大暴雨过程的水汽输送特征

利用NCEP再分析资料,根据水汽收支方程计算2012年7月21日北京特大暴雨时期华北东北部暴雨区域的水汽收支情况并分析水汽输送特征。得到以下结论:经向水汽输送在此次暴雨过程中起主要作用,暴雨区内水汽主要来源于中、低层(500 hPa以下)的南边界。暴雨区内水汽的辐合与暴雨发生的时间和空间具有较好一致性,在低层水汽的辐合起主要作用,中高层水汽垂直输送作用更为显著。HYSPLIT后向轨迹模拟得到的结果显示根据水汽源地划分影响此次暴雨过程水汽输送路径主要有:从孟加拉湾、南海地区处于中低层直接北上的西南路径,以及中层以下从我国东部海域(黄海、东海为主)进入内陆之后北折向东北偏北方向运动的L形高湿路径;同时高层沿着西风带西北路径的干空气输送也对此次强降水有重要影响。三者中从东部海域到达暴雨区的水汽贡献率最大,而孟加拉湾、南海的水汽输送对于此次强降水起到了明显的增强作用。     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。     

一次华南暴雨过程中水汽输送和热量的研究

利用NCEP/NCAR 每日4 次全球再分析1°×1°网格资料,计算了2004年7月17-21日华南汛期暴雨过程的水汽通量、视热源(Q1)和视水汽汇(Q2),并探讨了其垂直分布特征.结果表明:华南汛期暴雨过程中存在大量的水汽和凝结潜热.孟加拉湾、南海和西太平洋都是这次华南暴雨过程重要的水汽供应源.暴雨区南边界为水汽的主要输入区,北边界为主要输出区,而暴雨区南、东边界的水汽输送主要发生在低层,西边界在中、低层的水汽输送大致相当.在这次降水过程中,视热源和视水汽汇的较大值与降水的大值区有很好的对应关系.视热源、视水汽汇和垂直上升运动与降水量的变化总体趋势是一致的.视热源垂直方向上的峰值在400 hPa附近,而视水汽汇呈双峰型特征,峰值分别在700 hPa和450 hPa附近.垂直平流项均是视热源、视水汽汇的主要贡献者.     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

2003年淮河流域持续性大暴雨的水汽输送分析

利用NCEP资料对 2 0 0 3年淮河流域 6、7月间持续性强暴雨的水汽输送特征进行分析。结果表明 :持续性强暴雨发生在我国南方西南水汽输送异常偏强的背景下。水汽从南海北部经副热带高压西南侧向北及从孟加拉湾越过中南半岛到长江中下游两条通道向淮河流域输送。从整个梅汛期和暴雨个例的计算结果来看 ,暴雨区的各个层次上水汽收支有不同的特点 ,主要水汽辐合发生在 850hPa及其以下层。来自孟加拉湾和南海的水汽向暴雨区输送在不同层次上的比重有很大差异 ,在暴雨区水汽的主要辐合层上 ,南海是最重要的水汽源地     

青藏高原东部及邻近地区水汽输送的气候特征

利用1980—1997年垂直积分的整层水汽输送通量资料,分析了青藏高原东部及其邻近地区水汽输送的气候特征。结果表明,该区的水汽输送具有明显的季节变化特征:冬、春季的水汽主要来源于中纬度的偏西风水汽输送,夏季(7月)主要来源于孟加拉湾和南海,秋季(10月)主要来源于西太平洋地区。季风携带的南来水汽在高原东侧地区的进退比较缓慢,8月初北扩到40°N附近,10月中旬南退出30°N,其强弱和进退异常能影响极端旱涝事件的发生。来自南海、西太平洋地区的水汽输送对高原东部及其邻近地区的影响值得关注。     

2003年渭河流域5次致洪暴雨过程的水汽场诊断分析

利用实况高空探测和地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料, 从水汽输送、水汽收支以及水汽含量等方面着手, 对2003年发生在渭河流域的5次致洪暴雨过程进行了对比分析, 结果表明:强降水发生时, 降水区700 hPa上的比湿值均不低于7 g/kg; 在垂直结构上, 强降水地区低层水汽含量在降水前6~12 h出现峰值, 强降水出现在高层比湿的峰值附近; 致洪暴雨过程的水汽通道与西太平洋副热带高压的位置有着明显的相关性; 渭河流域南边界是水汽的主要输入方, 主要的水汽输送层在850~700 hPa, 西边界是水汽的主要输出方。