天气尺度瞬变波滤波方案比较分析

利用观测资料，分别使用Batterworth带通滤波器和31点低通滤波器滤出天气尺度瞬变波，计算其方差分布后进行分析。结果表明，31点低通滤波器的滤波效果优于Batterworth带通滤波器，并且在厄尔尼诺年和反厄尔尼诺年效果更为显著。此外，在分别使用两种滤波器的情况下进一步分析、比较对时间序列直接滤波和剔除纬向平均的时间序列再滤波的结果，发现纬向对称部分的瞬变扰动对瞬变波的影响非常小，几乎可以忽略不计。     

长江中下游地区梅雨期的中期降水活动

1、梅雨期中期降水活动 1980年长江中下游地区梅雨期为6月9日—8月31日,我们用汉口,安庆、南京、上海四个站6月9日—8月31日逐日平均降水量,表示长江中下游地区梅雨期降水概况如图1所示。由图1可见,梅雨期降水存在一些降水较多集中日期和降水较少或无雨集中日期,这是降水中期活动的表现。例如,6月23—30日即为一次降水中期活动,23—26日降水量较大,平     

汉江流域盛夏暴雨与天气尺度瞬变波EP通量的可能联系

利用1980—2015年ERA-5全球再分析资料,对汉中地区典型暴雨发生前纬向风场变化及天气尺度瞬变波活动(Eliassen-Palm通量特征)进行分析。结果表明:瞬变波Eliassen-Palm(EP)通量特征分析为汉江流域暴雨潜势预报提供一个有利的参考指标;暴雨发生前,33°N附近200 h Pa有纬向风减速中心,对应200 hPa为EP通量辐散区,这种垂直分布模型是暴雨前期的有利形势,随着纬向风减速趋势加快,EP通量辐散区扩展并加强,有利于暴雨的发生;与8月相比,7月暴雨强度更强,暴雨范围更广,纬向风变化更明显,200 hPa的EP通量辐散更强。若简单地将盛夏暴雨整体进行研究,会影响对不同月份瞬变波活动及大气环流变化趋势的诊断,造成诊断偏差且难以准确反映瞬变波与暴雨的联系。因此在讨论盛夏季天气尺度瞬变波与对流层环流的相互作用时,应按月份讨论。     

天气尺度波列对长江中下游6月梅雨的影响

采用1979—2007年6月NCEP/NCAR2.5°×2.5°逐日再分析资料和中国743站逐日降水资料,利用相关分析、合成分析等方法,分析了天气尺度波列的特征及其对长江中下游6月梅雨的影响。结果表明:当长江中下游6月梅雨较少时,东亚及西太平洋区域存在一个天气尺度波列;该波列的延伸距离较短(从黄河河套地区经过长江中下游至南海、菲律宾海一带),维持时间也很短,且仅仅在500 h Pa以下较强。诊断及个例分析表明,当该波列异常显著时,长江中下游梅雨降水明显减少,而其南部区域降水则增多,说明该波列对预报长江中下游降水具有重要的指示意义。     

江淮地区夏季极端日降水事件变化特征及其与Rossby波活动的联系

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集,研究了1979～2016年(38年)夏季江淮地区区域性极端日降水事件的统计特征及其与Rossby波活动的联系.结果 表明:在38年夏季(6～7月)中,江淮地区区域性极端日降水量的95百分位阈值为33.95 mm d-1,且共有63次极端日...     

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

大别山地区极端降水天气事件的天气背景分型研究

基于我国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料和NCEP再分析资料,利用自组织特征映射方法对2008—2014年大别山地区极端降水天气事件的天气背景进行了分型研究。结果表明大别山地区极端降水背景环境的类型主要可分为三类,分别是西南强气流型(类型Ⅰ)、副高西北侧气流型(类型Ⅱ)和偏南强气流型(类型Ⅲ)。其中,类型I和类型Ⅱ的极端降水分别集中在6—8月和7—9月,代表了夏季极端降水,而类型Ⅲ的极端降水主要出现在3—6月及10—12月,属于春秋季节的极端降水。通过分析大别山地形与不同类型降水场及背景场的配置关系发现:(1)迎风坡降水是类型I极端降水的主要原因,中层的高湿度、强气流为极端降水提供水汽和抬升条件;(2)类型Ⅱ的极端降水是由气流过大别山西北侧较低山脊时在山脊前和山脊后形成,西太平洋副热带高压的北抬和西进是导致此类环流背景的重要原因;(3)偏南气流与大别山及其西南方地形的配置使得类型Ⅲ的极端降水主要分布在大别山南侧往西南方向。     

近45年长江中下游地区汛期极端强降水事件分析

利用长江中下游地区1960—2004年78个台站汛期（4—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端强降水阈值,然后统计出了不同台站近45年逐年汛期极端强降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析。结果表明：长江中下游汛期极端强降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着汛期总降水量的多少。一致性异常分布特征是长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的最主要空间模态;长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的空间分布可分为5个主要区域。通过最大熵谱估计分析表明,Ⅰ区显著周期为2～4年;Ⅱ区和Ⅳ区的主要显著周期是基本一致的,显著周期为2～3年和6.3年;Ⅲ区显著周期为14.7年的年代际变化;Ⅴ区显著周期为22年的年代际变化和4～5年的年际变化。各分区代表站中岳阳（Ⅰ区）表现为很显著的增长趋势,10年增长率为1.0次;南岳（Ⅱ区）和南京（Ⅳ区）增长趋势相对较弱;衢州（Ⅴ区）增长趋势相对最弱;而洪家（Ⅲ区）近45年来汛期极端强降水事件发生频次则表现为很弱的减少趋势。     

长江中下游夏季极端降水指数的变化特征

利用长江中下游地区66个气象站逐日降水资料,通过经验正交函数分解分析中雨以上日数极端降水指数及形成的原因。结果表明:长江中下游中雨以上日数主要表现为全区一致型、南北反向型,且两种分布形势均存在准2 a周期的年际变化和年代际变化;中雨以上日数在1990s开始显著增长,2000s以来,长江以北地区偏多,长江以南地区偏少;2000—2011年,我国东部经向上仍旧存在"反气旋—气旋"水汽输送异常,蒙古高原反气旋型水汽输送加强,引起雨带停滞在长江以北,造成长江以南地区中雨以上日数偏少。     

Relationship between the Late Spring NAO and Summer Extreme Precipitation Frequency in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

The relationship between the late spring North Atlantic Oscillation (NAO) and the summer extreme precipitation frequency (EPF) in the middle and lower reaches of the Yangtze River Valley (MLYRV) is examined using an NECP/NCAR reanalysis dataset and daily precipitation data from 74 stations in the MLYRV. The results show a significant negative correlation between the May NAO index and the EPF over the MLYRV in the subsequent summer. In positive EPF index years, the East Asian westerly jet shifts farther southward, and two blocking high positive anomalies appear over the Sea of Okhotsk and the Ural Mountains. These anomalies are favorable to the cold air from the mid-high latitudes invading the Yangtze River Valley (YRV). The moisture convergence and the ascending motion dominate the MLYRV. The above patterns are reversed in negative EPF index years. A wave train pattern that originates from the North Atlantic extends eastward to the Mediterranean and then moves to the Tibetan Plateau and from there to the YRV, which is an important link in the May NAO and the summer extreme precipitation in the MLYRV. The wave train may be aroused by the tripole pattern of the SST, which can explain why the May NAO affects the summer EPF in the MLYRV.     

季节内振荡水汽收支对长江中下游持续性极端降水强度的调控作用

利用中国1979—2019年逐日降水格点数据,考量降水的时空聚集性强度之客观监测方法,识别中国东部区域极端降水事件,发现长江中下游是夏季持续3 d及以上区域持续性极端降水(PREP)发生最频繁的区域。以此为研究对象,基于水汽收支理论,利用ERA-Interim再分析资料和带通滤波方法,诊断日降水及其水汽收支的季节内特征,研究关键尺度对流层高低空系统配置及演变。结果显示：PREP日降水强度及其演变被证实与区域大气柱水汽辐合量相一致。10～30 d准双同振荡(QBWO)和30～90 d(MJO)的水汽辐合在事件发生前1～3 d和7～9 d开始由负位相转为正位相。区域南、北边界QBWO(MJO)水汽输送在事件发生前2～4 d(9～10 d)由水汽输出转为输入。南海的QBWO对流北传至长江中下游,促使源于西北太平洋的对流层低层QBWO反气旋式环流系统向西南移动,其西北侧的西南风使区域南边界水汽输送在事件开始日达最大。事件发生前10 d左右,对流层低层MJO反气旋式环流系统出现在西北太平洋,并向西南移动,长江中下游气旋系统加强维持,对流层中层孟加拉湾MJO尺度低槽开始加深,三者的配合使区域南边界的MJO水汽输入逐渐增强并维持到事件发生后。MJO尺度的强水汽输入结合QBWO反气旋式环流促使长江中下游地区的持续性极端降水事件的发生。研究结果对持续性极端降水事件延伸期的预报提供参考。     

同化青藏高原地区GPSPW数据对长江中下游地区降水预报的影响评估

长江中下游地区位于东亚季风区,其夏季降水的水汽部分来源于孟加拉湾的水汽输送。本文利用青藏高原地区全球定位系统（GPS）站点观测到的大气可降水量（PW）资料,采用WRF模式（Weather Research and Forcasting Model）的同化模块（WRFDA）,将这支水汽输送带的信息同化进数值模式,并用WRF模式对长江中下游地区的7月份降水预报进行批量试验和个例分析。批量试验和个例分析采用3种方案：无资料同化的控制试验（NoDA）,冷启动同化试验（Cold）和循环同化试验（Cycling）。此外,还针对Cycling方案进行延长预报时长的补充试验以探究同化带来正效果最明显的时段。同时为了探究同化正效果的来源,针对Cycling方案进行只同化被主要水汽输送带覆盖的GPS站点的补充试验（Cycling_less_a）以及只同化不被主要水汽输送带覆盖的GPS站点的补充试验（Cycling_less_b）。试验结果表明：同化青藏高原地区的GPS数据能在一定程度上改善长江中下游地区的降水预报,对于48～72小时的降水预报改善效果尤为明显,且Cycling方案在整体上优于Cold方案。对于Cycling方案,在120小时预报时长内,同化正效果最明显时段为48～72小时。当水汽输送带较多地经过同化区域时,降水的TS评分能得到明显改善,而当水汽输送带较少地经过同化区域时,降水的TS评分改善效果不明显。如果只同化被水汽输送带覆盖到的GPS站点的GPSPW数据,仍然可以保留住大部分的同化正效果,因此,针对性地同化GPSPW数据是可行的。     

夏季长江中下游地区降水持续性年(代)际变异及其与环流和Rossby波活动的联系

旱涝异常不仅与降水的频次和强度有关,在多种时间尺度上,其与降水的持续性亦存在较好的对应关系。基于1979～2013年6～7月中国东部249站点逐日降水资料及ERA-interim逐月再分析资料,研究了长江中下游地区近35年降水持续性的长期变化及其相联系的大尺度环流型和Rossby波能量频散特征。结果表明:近35年长江中下游地区降水时段平均持续时间变短而无雨时段变长,体现出了降水持续性的减弱趋势。进一步研究发现,该趋势变化与长江中下游地区在1980和1990年代持续性降水事件偏多,而在2000年以后偏少的年代际变化有关。在年代际和年际尺度上,与长江中下游地区降水持续特征变异相联系的异常环流型在我国东南部及南海地区分布较为类似,而在偏高纬度和偏低纬度地区存在较大差异。相似之处在于:在两个时间尺度上,在对流层中高层均存在显著的反气旋性环流控制我国东南部地区,而在中低层均存在由海洋向长江中下游地区的气流辐合,并在高层由长江中下游地区向海洋辐合。不同之处是:年代际尺度上,自对流层低层到高层在乌拉尔山以东及蒙古地区分别存在反气旋性环流和气旋性环流,且赤道印度洋地区的对流层中低层存在显著的气旋性环流;而在年际尺度上,由低层到高层位于贝加尔湖东、西侧均为反气旋性环流异常,但海洋性大陆的东北部,低层出现向长江中下游地区辐合的气流的源,高层则为由长江中下游地区向低纬度地区辐合的气流的汇。Rossby波扰动能量频散特征在年代际和年际尺度上亦呈现出明显的差异。年代际尺度上,中纬度地区自大西洋至蒙古地区存在一个正—负—正—负的Rossby波列,波能东传,对长江中下游地区产生影响,而在中低层,自低纬地区向长江中下游地区的波能传播相对较弱;在年际尺度上,影响长江中下游地区降水的Rossby波活动的局地性特征更为明显。在低层,波扰能量经由南海向长江中下游地区传播更明显,而在对流层高层源于贝加尔湖西侧的波扰能量传播相对较强。这些结果有助于深刻认识长江中下游地区降水的异常持续及与之相联系的洪涝灾害的形成机理。     

南亚高压与长江中下游夏季降水异常的关系

该文利用1951—2013年夏季全国160站降水资料与NCEP/NCAR再分析月平均高度场资料(水平分辨率为2. 5°×2. 5°),选取17个站点代表长江中下游流域,采用合成分析及相关分析等方法,研究了夏季降水量异常与同期及前期5月南亚高压的关系。结果表明,降水量异常偏多年夏季南亚高压中心位势高度明显偏大,位置较为偏西,前期5月南亚高压东西跨度较大,面积偏大;降水量异常偏少年份南亚高压中心位势高度偏小,前期5月中心位于中南半岛上空,面积偏小。夏季南亚高压东伸指数和5月份南亚高压脊线位置与长江中下游流域夏季降水相关性较好,对长江中下游流域夏季降水具有一定的预测作用。     

东亚夏季风指数分类与长江中游地区夏季降水的关系

选取适当的亚洲夏季风指数并对它们进行分类,结合1979-2020年长江中游地区夏季降水资料,分析了夏季风异常年份长江中游地区夏季大气环流和降水的特征。主要得出以下结论：（1）两类夏季风指数都与长江中游地区夏季降水呈负相关关系,并且第二类夏季风指数与长江中游地区夏季降水的相关关系更加显著,因此选取第二类夏季风指数来反映长江中游地区夏季降水特征。（2）长江中游地区的降水具有低频振荡特征,在第二类夏季风指数高值年和低值年,振荡的主周期都是32-64天。（3）第二类夏季风指数高值年和低值年的降水差异主要取决于西太平副高的强度和偏南季风的水汽输送。     

近52年长江中下游地区夏季年代际尺度干湿变化及其环流演变分析

利用中国气象局国家气象信息中心提供的长江中下游地区353站1961~2012年逐月降水资料,通过计算得到各站点夏季标准化降水指数(SPI)。根据长江中下游地区夏季中旱及以上等级站点数目及其突变检测(Mann-Kendall方法,MK)结果,将时间序列划分为三个时段。在此基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海洋表面温度重建资料,分析了各个时段前冬至夏季环流背景场的异常特征及其演变过程,并建立了各时段的概念模型。结果表明:(1)长江中下游夏季在第一时段(1961~1973年)呈明显干旱状态;第二时段(1974~1986年)为干旱向湿润转变的阶段;第三时段(1987~2012年)基本转为湿润状态。(2)第二时段为第一时段与第三时段的过渡期,环流背景场在该时段发生明显变化,使得第一时段与第三时段所对应季节的环流距平场相位相反。(3)第一时段,前冬至夏季全球海温持续偏冷,印度洋海温冷异常在夏季尤为显著,南亚高压与西太平洋副热带高压偏弱;前冬,青藏高原北部脊偏弱,蒙古高压明显偏弱;夏季,印度低压偏强、南支槽加深,夏季风水汽输送偏强,而亚洲中高纬度为平直西风气流,北方冷空气不易南下至我国南方地区,冷暖空气交绥受阻,使得长江中下游夏季出现大范围的干旱。第三时段相对于第一时段,前冬至夏季全球海温暖异常,印度洋海温显著偏暖,西太平洋副热带高压偏强;前冬,青藏高原北部脊偏强,蒙古高压异常偏强;夏季,印度低压减弱、南支槽异常偏弱,夏季风水汽输送较弱,水汽滞留在长江流域,且贝加尔湖高压脊发展,脊前冷空气南下,使得长江中下游夏季降水偏多。     

长江中下游汛期降水优化多因子组合客观定量化预测研究

针对长江中下游区域汛期降水模式预报误差,利用历史资料的有用信息订正模式预报误差.根据国家气候中心预测室提供的74项环流特征量和美国国家海洋和大气管理局发布的40项气候指数,确定降水预报误差场的相似年份,利用相似年的降水误差场对模式结果进行相似误差订正,有别于传统的模式系统误差订正.研究发现,相似误差订正效果明显优于系统...     

影响长江中下游夏季降水的前期潜在预报因子评估

利用1951～2006年美国NOAA海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和青藏高原雪深等资料,根据前期海—陆—气因子对夏季长江流域降水的影响,本文搜集并整理了影响长江中下游夏季降水的40个预报因子,并讨论了前期因子与夏季降水在不同阶段的相关稳定性.通过相关和历史回报方法,讨论了前期关键因子与东亚夏季大气环流之间的关系...     

长江中下游夏季旱涝并存及其异常年海气特征分析

利用国家气候中心提供的1957～2000年中国720站夏季(5～8月)逐日降水资料,对长江中下游地区夏季旱涝并存现象进行研究,并定义了一个季时间尺度的旱涝并存指数(IDFC),再结合NCEP/NCAR的500 hPa高度场、850 hPa风场等再分析资料以及Reynolds海温资料,对该地区旱涝并存异常年的海气背景特征进行了统计分析.结果表明:近50年长江中下游夏季旱涝并存异常的发生频率呈现上升趋势;夏季旱涝并存异常年,西太平洋副高空间活动范围较大,同期东亚夏季风偏弱;在其前期6个月中,阿拉伯海、孟加拉湾和中国南海海温显著偏高,另外赤道东太平洋海温呈现上升趋势,对应着El Nino的成熟阶段或发展阶段.所有这些为长江中下游夏季旱涝并存现象的预测,提供了有参考意义的前兆信号.