江淮流域夏季持续性强降水的低频特征分析

利用1979-2009年夏季(6-8月)中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR的再分析资料以及向外长波辐射资料等,选取低频降水事件来表征江淮流域夏季持续性强降水,然后分析其基本特征及伴随的低频大气环流形势,利用位相合成的方法对该低频信号的来源和传播特征进行研究.结果表明:江淮流域夏季持续性强降水在6-7月份发生次数较多;在持续性强降水期间,江淮流域低层受低频气旋控制,南海至菲律宾海一带则是很强的低频反气旋,该低频反气旋西侧,向北的低频水汽输送将水汽不断送至江淮流域形成辐合;与持续性强降水相关联的850 hPa上的低频信号,来源于黄河河套地区低频振荡的东南向传播和西北太平洋上空低频振荡的西北向传播;在高层,当持续性强降水发生时,江淮流域的西北侧(37.5°N,80 ～100°E)附近为强烈的低频气旋式环流,紧邻该环流的西北侧,则是一个低频反气旋,两者同南海—菲律宾海一带的低频反气旋构成了一个西北—东南向的低频波列;西太平洋副热带高压和南亚高压在持续性强降水期间表现出了显著的相向而行、相背而去的特征.     

2003年江淮流域强降水过程与30—70d天低频振荡的联系

利用NCEP／NCAR再分析和地面观测站的逐日降水资料,研究了2003年夏季江淮流域强降水过程与低频振荡的联系。结果显示,主周期为30～70d的低频振荡对2003年江淮流域暴雨的形成具有重要贡献：低频涡旋在江淮地区降水期的对流层高、低层呈负、正配置,具有斜压结构,利于降水发生;850hPa上正涡度系统的传播具有明显的北传和西传特征;存在于西太平洋、西北太平洋及其以东地区的低频波列（P—J）的活动过程影响了我国2003年江淮低频强降水的形成;整层低频水汽通量显示来自副热带高压外围的西南季风对水汽输送的贡献较显著,且2003年江淮地区30-70d时间尺度上降水的水汽来源为南海而非孟加拉湾或西太平洋。     

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

2007年夏季江淮强降水过程中10~30d低频变化及其与对流层上层波包活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析和全国740站逐日降水资料,运用一点滞后相关等方法,对2007年夏季江淮流域强降水期间低频振荡的波动活动特征及其与降水低频变化的联系进行了分析。结果表明,在2007年夏季降水中,降水低频分量起着重要作用。降水的低频振荡主周期为10~30d,降水距平时间序列与10~30d低频分量具有较好的对应关系。低频扰动在对流层上层和低层都呈现波列状分布,且在降水活跃位相时,低频环流在高、低层具有斜压结构。在对流层上层,低频扰动有缓慢的东移倾向,相速度为每天2~3个经度。西风带中存在多次移动性波列向下游的传播,且在120°E以西以每天14经度的群速度向下游频散能量,表明10~30d低频波动具有明显的下游发展特征。在强降水开始5d前,低频波动与能量可起源于高纬的乌拉尔山附近,沿着西北-东南向的路径向下游传播。下游发展的低频波动为江淮流域带来了能量,为强降水的发生提供了条件。这些结果加深了人们对低频波动在江淮流域强降水过程中所起作用的认识,可为寻找江淮流域强降水过程预报线索提供科学依据。     

大范围持续性强降水过程与30～60 d低频降水的联系及其预报指数

研究低频振荡是目前开展强降水过程延伸期预报的有效途径。利用1981—2010年中国753站逐日的降水观测资料、NCEP/NCAR第二套再分析资料及实况天气图等资料,分析大范围持续性强降水过程与30～60 d低频降水的联系,并根据前期低频信号构造强降水过程预报指数。研究表明,(1) 大范围持续性强降水过程与低频降水紧密相联,低频降水对强降水过程有显著贡献。在30～60 d低频降水显著年,强降水过程均发生在低频降水峰值阶段;但对于低频降水而言,仅有56%的峰值阶段发生强降水过程。(2) 当低频降水峰值阶段发生强降水过程时,来自东北亚和南海的低频位势高度低值系统在长江中下游汇合,“南北高、中间低”的低频位势高度分布有利于低频气流强烈辐合,并在经向上形成两个完整的反向低频垂直环流圈,促进了上升运动发展,导致强降水过程发生;而对于低频降水峰值未发生强降水过程的情况,北方冷空气南下较弱,高纬度低频影响系统位置偏北,长江中下游附近表现为“南高北低”的低频位势高度分布和单圈垂直环流,不利于低频气流强烈辐合。(3) 综合高、中、低纬的前期低频信号构造了强降水过程预报指数,对延伸期(10～25 d)长江中下游大范围强降水过程预报具有参考价值。      

汛期强降水过程与月内低频降水的联系及其可能机制

利用1981 2010年中国753站逐日降水观测资料、NCEP/NCAR第二套逐日再分析资料及实况天气图等,选取长江中下游32次大范围持续性强降水过程,分析了该类强降水过程与月内(10~30天)低频降水的联系,并重点讨论了形成该类强降水过程的可能机制。结果表明:(1)长江中下游夏季降水具有显著的月内低频振荡周期。大范围持续性强降水过程基本位于降水低频振荡的峰值阶段。(2)梅汛期(6 7月)月内低频降水峰值位相前期,西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸北进,高低空急流发展加强。在强降水过程发生期,高中低层配置出现垂直方向上的最佳耦合;而台汛期(89月)低频降水峰值位相前期,西太副高东退南撤,低空急流逐渐南落至长江中下游东南部,与高空急流相配合,为强降水过程的发生提供了有利条件。(3)梅汛期东北亚低频位势高度低值区南下,与中纬太平洋西传的低频波列在长江中下游汇合。同时西太副高发展加强,造成了长江中下游降水峰值位相南高北低的低频位势高度分布,有利于强降水过程的发生;台汛期伴随从热带西太平洋到日本海低频波列的西北向移动,菲律宾东北部的低频气旋及其北侧低频反气旋的降水峰值位相分别移至长江中下游和东北亚地区,导致暖湿、干冷气流在长江流域交汇,进而造成强降水过程。(4)菲律宾以东洋面低频强对流可作为梅汛期和台汛期强降水过程发生的前期热带信号,提前低频降水峰值位相10天左右。     

1998年长江中下游地区暴雨过程大气低频扰动场分析

利用Morlet小波变换和Lanczos带通滤波对1998年长江中下游地区逐日降水和经大气变量物理分解后的NCEP/NCAR再分析资料进行分析,研究1998年长江流域中下游地区强降水期间大气低频扰动场的显著特征。结果表明:1998年长江中下游地区8月前为降水多发期,更是暴雨频发期,强降水主要存在两种低频振荡,1—4月主要以12—24d低频振荡为主,6—8月以30—60d低频振荡为主;850hPa自青藏高原东部四川盆地附近东移的12—24d低频扰动气旋或反气旋与1—4月长江中下游地区的强降水有关,而自日本本岛南部海面西移的30—60d低频扰动气旋或反气旋与长江中下游地区5—8月的强降水有关。12—24d的低频扰动位势高度场垂直结构具有斜压性,中心轴线向西倾斜;而30—60d的低频扰动位势高度场垂直结构与其不同,具有正压模态。引发长江中下游地区1—4月强降水的大气低频扰动最强信号位于925—850hPa附近,分别来自于青藏高原东侧和中高纬地区;而引发5—8月强降水的大气低频扰动最强信号多位于850—500hPa附近,分别来自太平洋中东部和赤道附近。     

中国东南部地区4-6月强降水的低频变化特征

利用全国2 400多台站逐日降水资料,分析了中国东南部地区4—6月10~30 d低频强降水的时空变化特征。结果表明:4—6月10~30 d低频强降水的方差大值区在中国的长江及其以南地区,中心位于江南的中东部,东南部地区4—6月10~30 d低频强降水距平的第一模态反映该区域呈一致变化。功率谱分析表明第一模态时间变化的周期以10~30 d低频分量为主。根据区域强降水及其10~30 d低频强降水、区域强降水正交经验函数(EOF)分析的第一模态时间系数(PC1)及PC1的10~30 d低频分量的年际方差,结合它们两两之间逐年的相关系数,确定了区域强降水10~30 d强振荡典型年份。对典型年降水异常分布的方差分析,表明强振荡年区域总降水量异常主要是由10~30 d强降水的低频变化引起的。     

多变量时滞回归模型在江南地区初夏降水低频分量延伸期预报中的应用

利用江南地区77个台站的日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,基于不同时间尺度的江南地区降水低频分量和东亚地区850 h Pa低频经向风主成分,建立了多变量时滞回归(Multivariable Lagged Regression,MLR)模型,并对2011年5—7月江南降水低频分量进行延伸期逐日预报试验。结果表明,50~70 d时间尺度的江南低频降水的平均预报技巧高达0.92,可准确预报持续性强降水过程和降水低频位相的正负转换。对利用2001—2012年资料分别构建的MLR模型的历史回报预测试验表明,在50~70 d振荡较强和正常的年份,模型能提前30 d做出初夏江南低频降水分量预报。模型结果也表明,850 h Pa低频经向风的发展和演变是影响初夏江南低频降水未来30 d变化的显著信号,可作为延伸期强降水预报的关键因子。     

江淮流域梅雨期持续性强降水及其10～30d低频环流特征

利用1961—2010年中国556站的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用合成分析等方法探讨了江淮流域梅雨期持续性强降水的低频振荡特征及其发生前后低频大气环流场的演变特征。结果表明,江淮梅雨持续性强降水存在显著的10~30 d低频振荡特征。持续性强降水发生时,江淮流域对流层高层受东海低频反气旋西北部的偏西气流控制,使得南亚高压位置偏东,加强了高层的辐散型流场;对流层中层,中高纬度地区存在"+、-、+"的低频位势高度中心,蒙古低频低压使得极地冷空气易于南侵;对流层低层,江淮流域受低频P-J波列西段的台湾岛低频反气旋影响,并伴随强烈的对流活动,此反气旋使得西太平洋副热带高压向更西的位置伸展;因此低层辐合、高层辐散使得江淮流域表现为强烈的低频上升运动,同时低频水汽从孟加拉湾-南海一带输送到江淮流域,为持续性强降水的发生提供了有利的低频环流条件。另外,在持续性强降水发生前后,低层低频正涡度向北、向西传播,高层低频负涡度向南、向东传播,高低层斜压结构明显,共同作用于江淮流域,维持持续性强降水过程。     

大气低频振荡对四川盆地持续性强降水的影响

利用1981—2016年我国地面气象站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过小波分析、合成分析、Butterworth滤波等方法,定义了适用于四川盆地的持续性强降水,对降水和大气15~30 d低频振荡特征进行详细分析,可为该地延伸期预报提供参考。结果表明:该地降水具有15~30 d和30~60 d低频振荡特征,其中以15~30 d振荡为主。降水期间各高度层和各纬度带低频系统具有垂直斜压性,在三维空间上相互配合,形成有利于降水产生的低频环流形势。低层和中层南北气流汇合于四川盆地形成辐合区,高层表现为北风南下。低层低纬度气旋在西太平洋生成并逐渐向西北移动至南海、华南,带来暖湿气流,中高纬度贝加尔湖东南侧生成气旋并向东移动至鄂霍次克海附近,加强北风输送。中层中高纬度欧亚大陆低压中心向东南方移动,降水时到达蒙古,并分裂小槽传播至下游,在日本海加强,高压中心紧随其后到达乌拉尔山。降水期间四川盆地上空高层为辐散区,有利于中低层辐合上升运动的维持。     

1998 SCSMEX期间亚洲30－60天低频振荡特征的分析

对１９９８年 ５－８月南海季风试验（ＳＣＳＭＥＸ）期间东亚地区 ８５０ ｈＰａ中低纬环流指数、东亚季风指数和长江中下游降水进行了Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析,结果表明在此期间这些要素均有明显的３０－６０天周期低频振荡。在此基础上对 ５－８月每隔 ５天的 ８５０ ｈＰａ低频流场进行分析,结果表明：（１）１００°－１５０°Ｅ间东亚从中国东中部大陆经南海和西太平洋的南北半球中明显的存在一个以３０－６０天低频荡为特征的东亚季风低频环流系统,东亚季风活动主要受东亚季风系统中低频活动影响;（２）５月第５候南海热带季风爆发、６月中旬长江中下游人梅及产生大暴雨以及７月中旬以后的该地区大暴雨均与低频气旋带在该地区活动有关,而８月长江上游大暴雨则与低频反气旋伸人到大陆有关;（３）ＳＣＳＭＥＸ期间东亚低频振荡系统的源地有二个,即南海赤道和北半球中太平洋中高纬。南海低频系统向北传播,而中高纬低频系统自东北向西南传播为主。长江中下游６、７月二次大暴雨均与上述二个低频气旋系统自热带向北和中高纬向西南传播并于长江中下游汇合有关;（４）５－８月间东亚季风系统中有二次低频气旋带和二次低频反气旋带活动,这些低频环流系统的活动与印度季风低频环流系统活动并无明     

1997—1998年青藏高原大气低频振荡及对降水影响

利用1979—1998年NCEP/DOE逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站资料,研究了1997/1998年冬季、1998年夏季青藏高原 (简称高原) 季风的低频振荡特征,研究夏季高原和周边区域高低层大气低频环流系统的配置及其与我国降水的联系。结果表明:1997/1998年冬季和1998年夏季,高原季风不仅表现出很强的30~60 d的周期振荡特征,还伴随有较强的准双周低频振荡;相应区域对流层上层200 hPa上的环流系统则是30~60 d为主的周期变化。1998年夏季,高原地面气压也存在两个频带的低频振荡变化,且其强度存在明显的经向变化,即自南向北30~60 d低频振荡信号有逐渐减弱趋势,准双周信号则呈增强趋势。对30~60 d的低频信号而言,高原夏季风低频信号较强 (弱) 时,高原地面表现为低频低 (高) 压环流系统,在同纬度带的我国东部地区和西太平洋沿岸,是较强的低频北 (南) 风和低 (高) 压环流系统;相应地,在80°~90°E之间,自孟加拉湾到我国西北中部地区,是低频反气旋-气旋-反气旋的经向低频波列;受低频环流系统影响,高原东部、长江中下游地区降水偏多 (少)、川西高原、云南西南部降水偏少 (多)。     

2019年广东前汛期连续暴雨与大气季节内振荡的联系

为了做好连续回流暴雨的中期与延伸期预报,采用小波分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了2019年广东前汛期降水与大气季节内振荡的关系,分析了4～5月发生在西南部的两次连续回流暴雨的平均环流场及其低频传播特征的差异,并与6月广东北部锋面型连续暴雨进行对比分析.结果 表明,4～5月两次以阳江为中心的西南部连续暴雨及前汛...     

两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水低频特征及低频水汽输送途径差异

利用1961年1月—2014年12月Hadley气候预测研究中心的全球海表温度(SST)资料,NECP/NCAR逐日风场、比湿等再分析资料,国家气象信息中心提供的中国753站逐日降水、160站逐月降水资料,对比分析了东部(EP)型和中部(CP)型两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水(简记为EP型和CP型降水)低频特征,以及与之相关的低频水汽输送差异。结果表明,1)平均而言,EP型降水主要有10～20 d(最显著)以及20～30 d(次显著)低频周期;CP型降水主要有10～20 d的低频显著周期。与之相关的纬、经向水汽通量最显著低频周期也为10～20 d。2)影响EP、CP型低频降水共同的低频水汽环流系统主要有:菲律宾群岛附近的异常反气旋式水汽环流和渤海湾附近(日本东南侧)的异常气旋式(反气旋式)水汽环流。另外,影响EP(CP)型低频降水的还有来自巴尔喀什湖东北部异常气旋式水汽环流(孟加拉湾、苏门答腊岛以西的异常气旋式水汽环流对和贝加尔湖西、东两侧的异常气旋式、反气旋式环流)。3)EP型降水暖湿水汽主要源自南海,冷湿水汽主要源自西北太平洋,冷空气来自巴尔喀什湖东北部和贝加尔湖西北侧。CP型降水暖湿水汽少量来自阿拉伯海和印度洋,大量来自热带西太平洋,冷空气主要来自贝加尔湖西北侧。     

Relationship Between an Abrupt Drought-Flood Transition over Mid-Low Reaches of the Yangtze River in 2011 and the Intraseasonal Oscillation over Mid-High Latitudes of East Asia

NCEP/NCAR daily reanalysis data and Chinese daily gridded precipitation data are used to study the relationship between an aprupt drought-flood transition over the mid-low reaches of the Yangtze River in 2011 and the intraseasonal oscillation (ISO; 30-60 days) in the mid-high latitude meridional circulation of the upper troposphere over East Asia. The abrupt transition from drought to flood occurs in early June. The first two recovered fields of the complex empirical orthogonal function show that northward-propagating westerlies from low latitudes converge with southward-propagating westerlies from high latitudes over the mid-low reaches of the Yangtze River (MLRYR) in mid-late May. The timing of this convergence corresponds to the flood period in early-mid June. The ISO index is significantly and positively correlated with rainfall over the MLRYR. During the dry phase (before the transition), the upper troposphere over the MLRYR is characterized by cyclonic flow, easterly winds, and convergence. The regional circulation is dominated by a wave train with a cyclone over east of Lake Baikal, an anticyclone over northern China, and a cyclone over the MLRYR. During the wet phase, the situation is reversed. The configuration of the wave train during the dry phase favors the southward propagation of westerly wind disturbances, while the configuration of the wave train during the wet phase favors the development and maintenance of a pumping effect and sustained ascending motions over the MLRYR.     

中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979-2003年NCAR/NCEP-2再分析全球日平均资料,及1979～2003年全球候平均的CMAP降水和NOAA日平均的向外长波辐射资料,分析了中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流的活动对南海夏季风爆发迟早的影响.分析结果表明,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度负距平(低频气旋)、中纬度大陆为位势高度正距平(低频反气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度负距平(低频气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度正距平(低频反气旋)时,副热带高压脊较早撤出南海,与此同时,孟加拉湾东部低频对流活跃东传,菲律宾南部周围低频对流发展西移,华南地区低频对流活动南移以及加里曼丹低频对流活跃北移.在这种情况下,南海夏季风爆发偏早.相反,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度正距平(低频反气旋)、中纬度大陆为位势高度负距平(低频气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度正距平(低频反气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度负距平(低频气旋)时,副热带高压脊撤出南海较迟; 与此同时,孟加拉湾东部低频对流不活跃、东传晚,菲律宾南部周围低频对流不活跃、其西移与孟加拉湾东部低频对流的东传反位相,华南地区低频对流活动也不活跃,加里曼丹低频对流较弱.在这种情况下,南海夏季风爆发偏迟.     

华南前汛期典型涝年低频降水特征及其与低频水汽输送的关系

利用1961—2013年国家气象信息中心提供的全国753站逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析风场和比湿资料,以及NOAA的HYSPLIT模式同期驱动资料,分析了华南前汛期9个典型涝年的低频降水特征及其与低频水汽输送的关系,探讨了低频水汽输送通道及源地。结果表明,华南前汛期9个典型涝年降水存在显著的10~20 d低频振荡周期,闽赣地区30~60 d低频周期也显著。华南前汛期850 hPa纬向、经向水汽通量都存在10~20 d的显著低频周期。影响华南前汛期典型涝年10~20 d低频降水的四个低频水汽输送通道及源地为:以马达加斯加岛北部印度洋、赤道中印度洋为参考源地的西南水汽通道;以日本群岛东南洋面和赤道中太平洋为源地的东南水汽通道;以里海北部和贝加尔湖东南侧为参考源地的西北冷空气通道;以白令海为参考源地的东北冷湿水汽通道。对广东佛冈站和江西广昌站的典型涝年进行水汽后向轨迹模拟验证了上述四个水汽通道,模拟源地均位于水汽通道关键区域。水汽信号参考源地和模拟源地,可作为华南前汛期提前2~6 d延伸期预报时重点考察地区。      

An Interdecad l Change of Summer Atmospheric Circulation over Asian Mid-High Latitudes and Associated Effects

The atmospheric circulation over the mid-high latitudes in Asia has an important influence on regional climate, yet its long-term variation has not been fully explored. The main task of this study is to reveal the interdecadal variation features of summer atmospheric circulation over Asian mid-high latitudes in recent decades. The results show that the atmospheric circulation over mid-high latitudes of Asia has stronger interdecadal fluctuations than that over low latitudes and one significant change center appears near Lake Baikal. It is found that the atmospheric circulation near Lake Baikal has a significant interdecadal change around 1996 and a deep anomalous anticyclonic circulation has been controlling this region since then, which contributes to the significant increase in the surface temperature near Lake Baikal since 1997 and makes the region a remarkable warming center in Asia in recent 40 years. During 1997-2015, the pattern of less precipitation in the north and more precipitation in the south of east China is closely related to the anomalous anticyclonic circulation near Lake Baikal. Especially, this anomalous circulation near Lake Baikal has been found to contribute to the obvious interdecadal decrease of the precipitation in northeast China and north China near 1997. The sea surface temperature (SST) of northwestern Atlantic is an important influence factor to the interdecadal change in the atmospheric circulation near Lake Baikal around 1996.