一种改进的华西秋雨指数及其气候特征

利用1960~2011年中国601站9~10月逐日降水量、日照时数资料,针对他人提出的华西秋雨指数,并结合华西秋雨的天气气候特征,改进建立了一种新的华西秋雨指数,并与他人提出的指数做了对比分析。结果表明:改进的华西秋雨指数能够相对更好的反映华西秋雨易发地区的地理分布及其强度变化,更准确地表征华西秋雨的年际、年代际变化特征;利用新指数发现华西秋雨的全区一致性特征明显,并呈现准6年周期的年际变化,其年代际变化特征明显,1960年代到1970年代初,1980年代到1990年代初偏强,1970年代中后期和1990年代后期偏弱,进入21世纪,呈现出由弱转强的趋势。     

华西秋雨的气候特征及成因分析

在分析华西秋雨气候特征的基础上,设计了综合考虑秋季降水量和降水日数的秋雨指数,并进行了EOF和REOF分解以及秋雨主要影响因素分析。结果表明：第一模态反映了长江中上游以北地区与以南地区降水相反的形势,第二模态反映了华西降水的一致性;REOF将华西秋雨可分为6个气候区。华西秋雨的变化趋势表明,1960年代到1970年代初期、1980年代初期为相对多秋雨期,1970年代中后期、1980年代中后期到20世纪末华西秋雨相对较少。21世纪开始又出现了较明显的华西秋雨现象。西太平洋副热带高压、印缅槽、贝加尔湖低槽是华西秋雨的主要影响系统,当贝加尔湖、印缅槽深且副热带高压强时,有利于华西多秋雨;反之,则秋雨不明显。     

华西秋雨逐日监测指数的建立及其分析

使用1972—2011年气象站逐日降水量和日照时数资料,建立了新的华西秋雨逐日监测指数,并对新指数的空间、时间适用性进行分析,进而研究华西秋雨的季节内变化特征。利用实际气象灾害记录确定了华西秋雨区主要发生省份的秋雨偏强年,与新华西秋雨监测指数进行对比验证,发现大多数年份两者是一致的。另外也有不一致的情况,有的年份监测指数显示秋雨偏强,但是并不在灾害记录确定的偏强年里,通过进一步查找文献和对比实际降水资料,发现监测指数符合实际情况。还有一些通过灾害记录确定的偏强年,秋雨监测指数不强,进一步研究指出这些异常年份的秋雨灾害往往发生在较短的几天里,其余大部分时间内华西秋雨正常或偏弱,所以并没有在全年的监测指数中得以体现。气候平均状况下华西秋雨强度9—10月随时间在波动中减弱,包含3个偏强时段,其中9月6一16日为最强的一个时段。9—10月华西秋雨的季节内变化存在较大的年代际差异,其中20世纪70年代华西秋雨有2个显著时段(9月13—22日和10月4—8日),80年代华西秋雨有3个显著时段(9月3—17日、9月25至10月8日和10月13—25日),90年代华西秋雨有3个显著时段(9月12—22日、10月3—7日和12—20日),21世纪初有3个显著时段(9月1-10日、9月21至10月7日和10月11—16日)。个例应用表明,监测指数能直观清晰地表现出华西秋雨发生、发展和消失的整个演变过程。     

华西秋雨演变的新特征及其对大气环流的响应

华西(21°N-39°N,95°E-114°E)秋雨是中国秋季主要的气候特征之一,长时间连续降水对农作物生产带来不利影响.基于1961-2010年华西地区166个气象站逐日降水资料,综合降水量与降水日数两个因子定义了华西秋雨指数,采用EOF分析、小波分析等方法分析了该指数的演变和时空异常分布特征,以及秋雨异常分布型的大气环流背景.结果表明,华西秋雨有南北两个极大值中心,强度和范围在近50年中存在明显的年代际变化,进入21世纪,其北部秋雨区位置偏北、范围增大及强度增强;主要异常型为秋雨区东北东和西南西之间的反相变化和总体基本一致型;秋季,当东亚副热带西风急流中心西移,中心强风速带偏窄时,华西北部的上升运动加强,同时西太平洋副热带高压偏北、印缅槽偏深及水汽输送偏强偏北,有利于北部水汽辐合,华西秋雨出现北多西南少的异常型;反之亦然.     

华西秋雨的气候特征及成因分析

华西秋雨是中国秋季主要的气候现象之一,其影响范围涵盖陕西、四川、重庆、贵州等多省(市),主要特征表现为多绵绵细雨。利用2011—2020年GPM卫星小时降水资料,统计分析了华西秋雨的强度-频次分布、持续时间、日变化等特征,结果表明：(1) 根据强度—频次特征,华西秋雨区可分为四川盆地中东部、云贵高原东部、青藏高原东缘三个典型区域。四川盆地中东部降水频率、降水强度两者均高,云贵高原东部降水频率低、降水强度强,青藏高原东缘降水频率高、降水强度弱。(2) 从降水日峰值位相看,青藏高原东缘降水量日峰值出现在夜间22∶00 (北京时,下同),四川盆地中东部降水量日峰值出现在次日清晨06∶00,两个区域之间自西向东存在降水日峰值位相的滞后;在云贵高原东部,降水量日峰值自西向东从傍晚18:00滞后至次日午后16∶00;形成了北部、南部两种日峰值位相空间演变型。(3) 从不同持续时间降水事件的日变化特征看,随降水持续时间延长,青藏高原东缘降水日峰值出现时间逐渐延迟。四川盆地中东部和云贵高原东部降水均存在午后短时和清晨长持续性两种类型,其中四川盆地中东部的清晨长持续性降水对该地区总降水的贡献较云贵高原东部偏大。

     

华西秋雨区域性极端降水的环流特征

利用1961—2010年中国743个测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用百分位方法挑选出了发生在华西秋雨期(8月9日—10月12日)的161次区域性极端降水事件,将其分为两类分别讨论了同期和前期的异常环流特征,并与一般性降水进行了对比。结果表明,对于第一(二)类极端降水,华西地区气旋性距平环流(气旋性风切变)形成低层风场辐合,同时高层为辐散,由此产生强烈的上升运动,来自热带海洋的水汽输送偏强(偏弱),在华西秋雨区形成水汽辐合,副热带高压位置偏西、偏北使得华西地区西南暖湿气流偏强,巴尔喀什湖以北地区为正(负)高度异常,形成一槽一脊(二槽一脊)环流型,西北气流由此加强,冷暖空气交汇于华西地区从而形成极端降水。两类极端降水均与一般性降水具有相似的异常环流特征,只是造成极端降水的异常环流强度均比一般性降水更强。两类极端降水的上述异常环流型在极端降水发生前一天就已经存在,可以作为华西秋雨极端降水短期预测的强信号。      

华西秋雨变异特征及其成因分析

基于华西地区373站降水数据和美国国家环境预测中心/国家大气研究中心再分析资料研究了华西秋雨的变异特征,并分析了影响华西秋雨的主要环流系统及其作用机理。结果表明,华西秋雨存在显著的年际变化特征。当华西地区秋季降雨偏多时,在对流层低层菲律宾北部存在一个异常反气旋,该异常反气旋西部的异常南风为华西地区输送暖湿水汽（水汽源地位于阿拉伯海北部-印度半岛-孟加拉湾北部-中南半岛地区）。同时在对流层中层,欧洲地区往往存在一个阻塞高压,巴湖附近受低槽控制,此环流配置有利于冷空气向南爆发到达华西地区。在对流层高层,欧亚中高纬地区存在一个显著的大气环流遥相关,该大气环流遥相关对欧洲地区的阻塞高压和巴湖附近的低压槽以及东亚环流形势的维持和发展有重要作用。进一步分析表明,菲律宾和台湾岛附近以及赤道南印度洋上的受抑制的对流活动对菲律宾北部异常反气旋的维持有重要作用。当华西地区秋季降雨偏少时,情况则往往相反。本研究结果加深了华西秋雨年际变异特征和机理的认识并对进一步提高其预测水平具有一定的应用价值。     

华西秋雨的空间分型及其特征分析

利用华西地区72个站点1959~2013年秋季(9~11月)降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过EOF、REOF、MK检验、二阶函数拟合分析、小波分析、合成分析等方法将华西秋雨区划分为南北两个显著区,并对各区域秋雨的时空分布以及旱涝特征进行了详细分析。结果表明:南北两个秋雨区既有共同特征又有个性差异;两者发生突变年份具有明显的一致性,均发生在20世纪80年代中期,年际均存在准6年周期变化,且80年代中期以后南北两个气候区均由年代际降水偏多期转入年代际降水偏少期,但两个秋雨区减少趋势存在明显差异,南区减少较北区显著;北区自2000年后秋雨年际波动明显,秋季降水有缓慢上升趋势,年代际长周期有所差异。影响关键区旱涝特征的大气环流形势与水汽输送特征也存在显著差异,北部型陕甘南区与中高纬度环流系统、北部冷空气以及来自孟加拉湾与西太平洋地区的两支水汽输送通道密切相关,南部型则主要与印缅槽、南支槽的异常活动以及孟加拉湾的水汽输送更为相关。     

2017年安康市秋雨监测分析

利用安康市1961—2017年气象观测站资料,采用数理统计方法,分析了安康市秋雨的气候特征。结果表明:安康秋雨以秋雨期长、多雨期频次多、秋雨量大、降水日数多为主要气候特征;显著偏强及显著偏弱的秋雨事件占比为16%;秋雨强度呈现自西南向东北递减的地域分布特征。2017年安康市秋雨开始早,结束早,秋雨量位居1961年以来第1位,综合强度指数为显著偏强等级。     

基于年际增量法的华西秋雨预测模型建立及检验

利用1962—2018年华西地区301个气象台站秋季降水量资料和国家气候中心整理的130项气候系统指数，采用年际增量法建立了华西秋雨预测模型。首先通过相关分析挑选了4个与华西秋雨年际增量前3主模态密切相关的影响因子，进而采用多元线性回归方法进行建模，拟合时段和后报时段分别选为1962—1991年和1992—2018年。华西秋雨年际增量前3主模态累积值的预测模型通过了α=0.01的显著性水平检验，表明该模型具有较高的拟合预测能力。然后用相同的预测因子分别建立华西地区301个气象站点的华西秋雨年际增量预测模型，大部分模型都通过了显著性检验。用PS评分指标对预测效果进行检验，结果显示后报期年平均PS评分达74.5分。从空间分布来看后报期大部分站点的PS评分都超过60分，其中四川盆地南部、贵州东部和湖南西部等地超过80分。与华西各省和国家气候中心发布的近6年秋季降水预测PS评分进行比较，发现模型后报结果有显著优势。总体来看，用年际增量法建立的华西秋雨预测模型具有较高的预测技巧和实际应用价值。     

南海秋雨气候特征分析

用台站观测逐日降水资料和热带测雨卫星观测降水资料,对我国南海地区降水季节演变特征分析发现,与我国大部分地区不同,南海地区降水季节峰值是在秋季,主要集中在8～10月,且降水量年际变化大。环流场的合成分析表明,南海地区秋季中层500 hPa有利的副高位置和低层低压系统的活动和维持是形成这一地区显著秋雨的主要原因。而由于副高的位置受热带太平洋海温影响较大,分析发现Niño3.4的海温指数对该区域降水有很好的指示意义。8～10月Niño3.4指数和同期海南岛站点平均降水量之间的相关能够达到－0.47,超前3个月 (即5～7月)的Niño3.4指数与8～10月海南岛站点平均降水量的相关亦能达到－0.43。从跨季度气候预测的角度来考虑,5～7月的Niño3.4指数可以作为预测8～10月南海秋雨的重要参考指标。     

呼和浩特市秋季一次大到暴雨天气过程分析

利用天气预报业务中的多种预报产品资料,对2008年9月21日呼和浩特地区秋季一次降水过程进行了分析,结果表明:(1)太平洋副高西伸,地面西南倒槽是本次降水形成的主要影响系统。(2)700hPa西南低空急流的形成与地面倒槽东移北上共同为降水提供了暖湿能量,对降水的形成发展起了重要作用。(3)在降水过程中,大气的高层辐散、低层辐合以及较强的垂直上升运动使降水加强。     

2007年我国北方秋季连阴雨的天气学成因分析

利用数值预报模式客观分析资料,分析了2007年秋季连阴雨时期大气环流特征、影响系统和物理要素的平均场,揭示了该次连阴雨的天气学成因。结果表明：该次连阴雨的主要成因是大气环流异常且稳定维持,乌拉尔山高压脊偏强,西太平洋副热带高压比常年偏强,脊线偏北;稳定的环流背景下,副高西侧盛行的偏南气流及700hPa西风带短波槽沿副高西北缘东移,是造成连续降水的主要影响系统;动力条件、热力条件、水汽输送条件均有利于黄河流域形成降水。     

一次华西秋季大暴雨的水汽分析

通过对1998年9月15～17日四川盆地北部、西部大暴雨过程的水汽分析,得出几点认识,在这次暴雨过程中,(1)对流层低层的主要水汽源是在南海,东海、孟加拉湾也有水汽输送;对流层中上部有从印度洋输送到青藏高原,再伸展到四川盆地的水汽。(2)在对流层低层有较强的水汽辐合,反映了这次暴雨是在深厚的水汽层内且低层有较强水汽辐合中产生的。(3)暴雨强度的变化与对流层中上部印度洋水汽输送到高原上空与否密切相关,印度洋水汽输送到(撤离)高原上空对华西暴雨发展(减弱)有指示意义。     

沿淮地区秋季连阴雨综合指数构建及其变化特征

基于安徽省沿淮地区10个国家气象站1960-2019年观测资料、灾情资料和7种地方连阴雨监测指标,在评估7种地方指标适用性的基础上,采用加权综合指数法和线性趋势法,构建了沿淮地区秋季连阴雨综合指数,分析了时空变化特征。结果表明:江苏指标对沿淮地区连阴雨监测的适用性最好,连阴雨综合指数由连阴雨总日数、连阴雨总降水量线性组成,权重分别为0.8和0.2。按照综合指数,将连阴雨强度分成重度、中度、轻度3级,分级结果与灾情实况较吻合,重度连阴雨和中度连阴雨TS评分分别为100%、88.9%。秋季连阴雨在20世纪70年代到80年代前期及近10年发生频率高、强度大,尤其是2016年和2017年的连阴雨,强度居历史前2位。沿淮地区连阴雨年数东部和西部的多于中部的,重度连阴雨阜南的最多,五河的最少。     

华北秋季大暴雨的天气分析与数值模拟

利用常规资料和MM5模拟结果分析了2003年10月10—12日华北地区大暴雨物理成因。分析表明,高层稳定持续的经向环流是大暴雨产生的大环流背景。低空暖切变线和低空急流的直接影响,以及西南涡的加强和日本海高压的阻挡起了重要作用。强烈的上升运动、能量的积累和充沛的水汽输送是大暴雨发生的必要条件。对流层中下层偏南急流、低层的偏东气流和高空的西南急流提供了充足的水汽和能量输送。强涡度柱与强散度区、强上升运动与饱和气柱的互耦,是大暴雨产生的重要机制。强冷空气与强暖湿空气在切变线附近长时间对峙,使大降水持续。这些是形成这次华北地区秋季大暴雨的重要原因。     

西北区中东部2000年与2001年秋季连阴雨分析

2000年和2001年秋季(9—10月)西北区中东部——陕、甘、宁、青四省连续两年出现了自20世纪80年代中期以来范围最大、持续时间最长的连阴雨天气。分析了500hPa和100hPa的环流特征及海温，特别是西太平洋副高和海温对秋季连阴雨的影响，总结出西北地区连阴雨出现时亚欧500hPa候环流的几种分型及它们的共同点。     

中国中小尺度强对流天气气候学特征

中小尺度强对流天气具有极强的破坏力,了解其气候学特征对于预测、预报和影响评价都具有实际意义。利用1961~2015年的2332个高密度逐月国家级气象站观测资料,分析了中国大陆3种常见中小尺度强对流天气（雷暴、闪电、冰雹）在年、季、月尺度上发生日数的时间变化规律和空间分布特征。结果表明:全国年平均雷暴、闪电和冰雹发生频率分别为39.23 d/a、20.56 d/a和1.07 d/a;雷暴和闪电主要发生在夏季3个月,雷暴日数7月最多,闪电日数8月最多;冰雹主要发生每年5~9月,6月发生频率最高;雷暴和闪电的高发区分布基本一致,主要集中在华南和西南,青藏高原也是雷暴的高发区域之一;冰雹的高发区主要集中在青藏高原、内蒙古高原东部以及中西部山地,而东南沿海地区发生频率则较低。进一步分析发现,我国雷暴和冰雹出现频率随海拔高度增加而明显增加,冰雹和海拔高度有更好的对应关系,二者增加速率分别为2.87 d/500 m和1.80 d/500 m,表明地势高度对这两种强对流天气形成和发展具有重要影响。     

1959-2019年开平市雨日的气候特征

根据开平国家站1959-2019年的逐日降雨资料,利用气候倾向率、统计分析、突变检验、小波分析等方法,对开平市雨日的气候特征和突变转折进行分析.研究表明:1959-2019年开平市的总雨日和小雨日都呈现比较明显的减少趋势,其中1987年是雨日急剧减少的突变年;开平市雨日逐月变化呈双峰型分布,峰值主要集中在汛期;开平的雨...