中国西南低空急流和西南低层大风对比分析

通过从垂直切变角度对中国低空急流的定义,表明西南低层大风现象有两类:有垂直轴的低空急流和无垂直轴的西南低层大风(简称低层大风),并揭示了二者的气候学和天气学特征差异。分析表明:在江南地区,低空急流主要活动在4~7月850 hPa,有明显的日变化,和华南、江淮地区的暴雨期同步;在东北地区,低空急流在全年都有较多活动,多在925 hPa,日变化不明显,和降水季节没有同步性。低层大风主要活动在700 hPa,日变化不明显,江南地区主要发生在12月至翌年4月,东北地区全年都有少量出现;江南地区低空急流日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显减小,风速随高度减小,大风只存在于对流层低层。东北地区低空急流日的气压梯度随高度减弱不明显,低空急流轴浅薄,位于925 hPa左右的低层,其上方仍然受高空急流控制。低层大风日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显增大,风速随高度增强,大风存在于对流层整层。风场和气压场变化趋势都近似满足地转风关系。江南地区低空急流的水平尺度和垂直厚度比较大,东北地区的低空急流尺度与“狭管”地形相当。江南地区的西南低层大风当其活动高度下降到850 hPa以下并和副高西侧西南气流配合时,也有较强的水汽输送作用,伴有明显降水天气。东北地区的低空急流和低层大风,主要是与中高空大风的向下延伸和地形强迫有关,气流一般为西北再转成西南风,水汽输送能力小,不利于产生大的降水天气。总之,低空急流和低层大风有着不同的结构和成因,它们的动力热力学涵义也不同,通过对二者区分,可以更合理地理解中国低空急流与暴雨(雪)天气的关系。     

江苏台风龙卷环境条件与雷达关键特征分析

利用常规观测、自动站、多普勒天气雷达以及美国环境预报中心的全球再分析资料,分析江苏2007—2018年间的台风龙卷活动时空分布特征、龙卷产生的环境条件及多普勒雷达关键特征,并与广东台风龙卷相应特征进行对比.结果表明:江苏台风龙卷与过去相比发生频次有所增加,主要集中在7—8月,且主要发生于午后的16—20时;比起广东台风...     

江苏省龙卷发生特征及其在年际尺度上与ENSO的关系研究

利用1976—2005年江苏省龙卷信息化资料和高分辨率再分析资料,对江苏省龙卷的发生特征以及ENSO事件对江苏省龙卷发生数的影响进行了分析。结果表明:(1)1976—2005年,江苏省龙卷发生数年际和年代际变化明显,空间分布不均匀:1990s龙卷发生数较多;盐城南部和南通沿海地区是龙卷较为多发的区域。(2)ENSO事件对江苏省龙卷的发生频率有重要影响:ENSO冷事件月份平均龙卷发生数多于暖事件月份;非ENSO事件月份平均龙卷发生数居中。(3)ENSO冷事件时西南低空急流发生频率明显增加,由于低空急流增强而引起的江苏省地区水汽供应、动力条件和不稳定能量的分布均有利于龙卷的发生,导致在ENSO冷事件情况下江苏省龙卷发生数偏多。     

2020年绥化地区一次超级单体龙卷及其环境特征分析

利用常规资料、区域自动站资料、FY-4卫星云图、新一代天气雷达、ECMWF再分析资料,分析2020年8月9日黑龙江省绥化市绥胜满族镇EF2级龙卷的结构特征、形成过程和触发机制。结果表明：此次龙卷发生在东北冷涡底前部500 hPa为西南气流、低层为暖式切变线、地面为暖锋的背景下;中层干输送有利于下沉气流,低层暖湿气流和高空辐散加强了气流的上升,增强的水平涡度在较强的低层垂直风切变作用下形成涡管,提供了有利龙卷发生的环境条件。较小的低层温度递减率、较大的对流抑制能量、地面两条辐合线共同触发形成超级单体。不同于黑龙江省历次龙卷过程,此次龙卷天气的对流有效位能较低、对流抑制能量较大,没有干线触发。中等强度深厚的中气旋由0.5°仰角向上发展至中层并加强,维持时间约50 min,当中气旋在中层旋转速度超过低层时,龙卷产生。     

2019年7月3日开原龙卷形成环境背景及机理探究

利用高时空分辨率多源观测资料对2019年7月3日辽宁省开原市一次EF4级超强龙卷过程进行分析.结果表明:(1)此次龙卷过程发生在高空东北冷涡西南侧的天气背景之下,低层次天气尺度横槽抬升作用是减小对流抑制的关键机制,起源于干线的地面辐合线与雷暴下沉出流所产生的中尺度伪冷锋相遇是龙卷风暴的触发机制.(2)超低空急流、高空干...     

江淮地区两类低涡型暖式切变暴雨的中尺度特征分析

为探究江淮地区低涡型暖切变暴雨的中尺度特征,利用常规观测资料、自动站加密观测资料以及FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR再分析资料等,针对江淮地区两次不同类型的典型暴雨过程进行对比分析。其中,稳定型过程降水持续时间长、范围广,而东移型过程降水相对集中,持续时间短、雨强大。结果表明:(1)两次降水均发生在高空槽和低层暖切变影响下,稳定型系统少动,而东移型的500 hPa低压槽和低空低涡向东移动发展,与地面中尺度低压相对应,且中低层辐合较强。(2)稳定型对流组织形式为前向次第发展,对流系统结构相对松散,而东移型对流组织形式为后向次第发展,对流系统组织化程度较高。(3)两次暴雨过程均发生在整层高湿环境中,低空急流对水汽输送起关键作用,降水主要位于西南急流轴前部的风速辐合区。其中,稳定型水汽主要输送能力体现在850 hPa上,稳定形势下的持续性水汽输送有利于形成较大范围的强降雨;东移型西南低空急流风速相对较强,降水后期有活跃的超低空东南急流,两支急流共同作用有利于局地出现更集中的降水。(4)两次过程中,低空西南与东南风的风速辐合形成明显的中尺度抬升条件,且东移型比稳定型的外力抬升条件更好。强降水多位于地面辐合线附近,对应的中尺度风场辐合线是触发对流的有利条件,对短临降水落区预报有一定指示意义。     

安徽龙卷发生的环境条件和临近预警

利用1960—2009年气象观测资料,对安徽省128次龙卷的气候特征和环流背景进行了分析,结果表明,龙卷多发于4-9月平原丘陵地带的江淮东部,而山区极少,20世纪80年代以后龙卷明显减少;建立了安徽出现龙卷的4种概念模型。同时,利用日本JMA 20km×20km高分辨率数值预报再分析产品对比分析了龙卷、冰雹及雷雨大风的环境场,发现龙卷与冰雹、雷雨大风在4个方面存在明显差异,即中低层比湿、中低层垂直风切变、风暴相对螺旋度和0℃层以下的对流有效位能与整层对流有效位能比值,前3个均是龙卷最大,龙卷是冰雹和雷雨大风的2倍～3倍,对流有效位能主要集中在0℃层以下,而冰雹和雷雨大风主要集中在0℃层以上。基于龙卷临近预警和安徽6次龙卷的雷达特征显示,龙卷涡旋TVS的底部达到雷达最低仰角探测高度的中气旋及其后龙卷涡旋特征是识别龙卷的主要依据,龙卷触地前中气旋的最大速度差增强,其强度与龙卷强度呈正相关。而雷达距离的选取也直接影响龙卷的临近预警,距离龙卷20～100km处的雷达较为理想,200km以外的雷达资料对龙卷预警几乎没有意义。     

2018年山东一次极端暴雨的环境场特征分析

利用多源气象数据资料,对2018年台风“温比亚”引发山东历史极端暴雨的环境场进行了研究。结果表明：（1）台风“温比亚”影响山东引起的前期强降水位于鲁南地区,主要为台风外围螺旋云系降水,19日白天至夜间是此次强降水主要时段,主要受台风和西风槽相互作用引起的,强降水落区主要集中于台风倒槽附近。（2）副高稳定少动、中低纬系统相互作用及低空急流的稳定维持是此次台风强降水的主要原因。（3）超低空急流相比低空急流对出现强降水更有明显的指示意义,其强度大小影响降水的强弱程度,且超低空（500 m以下）出现20 m?s-1以上的强风速对短时强降水有明显指示作用。低空急流指数对强降水出现特别是中小尺度强降水及雨强大小有一定预示作用。（4）特殊地形在此次台风暴雨中起了较大作用,地形的迎风坡效应在山地产生的强迫抬升作用及山脉阻挡引起的水汽在山前积聚等动力和热力共同作用触发湿对流是此次台风出现短时强降水的重要触发机制。（5）此次台风暴雨过程Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h雨强大小有较好的指示意义。另外,此次台风特大暴雨与冷空气密切相关。     

东北暖季干线统计分析

基于常规地面观测、高空观测和卫星、雷达资料,对2003—2017年中国东北地区暖季(5—8月)干线时空分布、气象要素等进行了统计分析。研究发现,东北地区干线主要出现在东北平原和辽宁西部,干线发生频率呈现南多北少的趋势。干线大多呈西南—东北向,宽度为90—120 km,长度在100—800 km。东北区域暖季年均干线发生频率为15.5%。干线发生频率年际变化不明显,年均逐旬变化显著且呈正弦曲线状,其中5月中下旬—6月下旬和8月中、下旬为波峰,干线发生频率在20%以上,7月低于10%,为波谷。干线湿侧气压相比干侧略高1 hPa,两侧温度大多在24℃以上,温差一般为1—4℃,露点梯度和比湿梯度范围分别为9.6—15℃/(100 km)和4.5—8.3 g/(kg·100 km),相当位温梯度在9.6—19 K/(100 km)。干线两侧要素及其梯度值逐旬变化显著,其中两侧湿度、温度和湿度梯度值8月呈增大趋势,而温度梯度绝对值呈减小趋势。在共计286例干线中有40%的干线触发了对流,6月上、中旬干线触发对流比率最高(超过60%)。干线是否触发对流与其所在位置关系不大。对流干线湿度梯度略大于无对...     

A Study on Water Vapor Transport and Budget of Heavy Rain in Northeast China

The characteristics of moisture transport and budget of widespread heavy rain and local heavy rain events in Northeast China are studied using the NCEP--NCAR reanalysis 6-hourly and daily data and daily precipitation data of 200 stations in Northeast China from 1961--2005. The results demonstrate that during periods with widespread heavy rain in Northeast China, the Asian monsoon is very active and the monsoonal northward moisture transport is strengthened significantly. The widespread heavy rainfall obtains enhanced water vapor supply from large regions where the water vapor mainly originates from the Asian monsoon areas, which include the East Asian subtropical monsoon area, the South China Sea, and the southeast and southwest tropical monsoon regions. There are several branches of monsoonal moisture current converging on East China and its coastal areas, where they are strengthened and then continue northward into Northeast China. Thus, the enhanced northward monsoonal moisture transport is the key to the widespread heavy rain in Northeast China. In contrast, local heavy rainfall in Northeast China derives water vapor from limited areas, transported by the westerlies. Local evaporation also plays an important role in the water vapor supply and local recycling process of moisture. In short, the widespread heavy rains of Northeast China are mainly caused by water vapor advection brought by the Asian monsoon, whereas local heavy rainfall is mainly caused by the convergence of the westerly wind field.     

中国东北地区冬季冷空气活动特征研究

利用1961—2017年东北地区164个气象站逐日气温、最低温度资料,按照《冷空气过程监测指标》行业标准,建立东北地区中等强度冷空气、强冷空气和寒潮历史数据集,采用气象统计学方法分析了东北冬季气温、中等强度冷空气、强冷空气和寒潮年际、年代际变化特征。结果表明:东北地区冬季气温呈显著上升趋势,趋势系数为0.45,通过了α=0.01的显著性检验,1960s最低,2010s达到最大值;东北地区冬季气温突变时间为1981年,突变前气温负距平为主,突变后气温波动变化明显;东北地区冬季冷空气过程以寒潮为主,冷空气出现日数、发生强度以12月最多、最强;冷空气趋势变化不显著,其中1961—1970强度最强,2001—2010年最弱;东北地区冬季气温突变后冷空气日数减少,强度减弱。     

东北冷涡中尺度天气的背景分析

东北冷涡是造成中国暖季强对流的重要天气尺度系统之一。为对比东北冷涡与不同类型强对流过程的时空关系及其环境特征差异,基于欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析数据和中国国家气象信息中心提供的逐时大风、降水观测资料,筛选了2017—2021年4—9月东北冷涡背景下9例雷暴大风型、9例强降水型以及8例混合型强对流天气过程,通过动态合成开展了分析研究。结果表明：（1）三类强天气过程相对于冷涡的时空分布差异明显：雷暴大风型过程,超过70%的雷暴大风出现在冷涡中心的西南部或南部;而混合型过程,超过70%的大风出现在冷涡中心的东南部或南部;混合型和强降水型过程中,短时强降水均主要出现在冷涡中心南部或东南部,但后者发生在冷涡东南部的比例更高;雷暴大风型和强降水型过程主要出现在东北冷涡的发展和成熟阶段,而混合型过程主要发生在东北冷涡的成熟阶段。（2）三类强天气过程的环流形势和环境条件差异显著。雷暴大风型过程多出现在5—6月,一般对应的东北冷涡更深厚,等温线更密集,大气环境偏干,存在气温垂直递减率大和强风垂直切变条件,雷暴大风多发生在冷涡南侧的锋区附近,对流层中、高层受干冷空气控制,叠加在低层比较浅薄的暖湿空气之上有利于大气层结条件不稳定的增强,降水粒子蒸发降温形成的下沉气流和地面冷池,叠加锋区辐合更有利于形成区域性地面强风;而强降水型过程多集中在7—8月,对应的东北冷涡强度较弱,等温线较稀疏,强降水一般出现在锋前靠近暖区一侧的强层结不稳定区域内,对应水汽充沛、整层暖湿的环境条件,中低层温差较小,风垂直切变较弱。混合型过程对应的月份和冷涡强度与强降水型过程更接近,水汽、高低层温差以及风垂直切变等环境条件介于上述两类过程之间,但下沉对流有效位能在三类过程中表现为最大。总体来看,相较于中国中、低海拔地区雷暴大风和短时强降水的环境特征而言,东北冷涡背景下的强天气过程对应更强的深层风垂直切变,具有更强的天气尺度动力强迫。

     

近20年气候变暖对东北农业生产水热条件影响的研究

针对东北气候变化影响研究中对增温正效应关注较多, 而对水热匹配等综合影响研究不够的情况, 利用东北地区1961~2000年56个气象站的气象资料, 对近20年东北气候变暖的特点, 温度升高的同时大气干湿程度及水热匹配状况的变化等相关现象进行了较详细的分析。提出东北气候变暖主要表现于冬季, 20世纪90年代变暖明显, 南部大于北部; 夏季增温幅度有限, 不很稳定, 仍时有温度偏低发生, 并同时出现高温日数增多等极端异常气候事件; 最低温度升高幅度大于最高温度的升高幅度, 导致温度日较差变小, 冬季更加明显; 大气水分盈亏状况和水热状况在10年时间尺度上没有明显的变化, 但20世纪90年代中后期出现暖干化趋势, 并由春季转至夏季, 西部和南部比较明显, 对农作物不利等结论。为克服盲目性, 客观评估东北气候变化及其影响, 正确进行农业布局和种植结构调整提供一定的科学依据。     

东北地区夏季气温变化特征分析

采用1951～2003年26个气象台站的夏季气温资料对我国东北地区夏季气温变化特征进行了分析。结果表明:近50多年来我国东北地区夏季气温主要经历了冷期、相对正常期和暖期3个阶段,夏季升温趋势达到0·15℃/10a,远超过全球、北半球、东北亚夏季的增暖程度。其对全球气候变暖的响应,一方面表现在夏季变暖、平均气温升高;另一方面表现在夏季气温变率加大;第三,气候变暖使东北夏季低温冷害明显减少、异常高温气候明显增多,但在变暖形势下局部发生低温冷害的现象仍然存在。     

2013年秋季东北地区气候异常及成因分析

2013年秋季,东北地区气候异常特征总体表现为：气温偏高,降水总体偏多,尤其10和11月降水持续异常偏多。分析表明,西北太平洋中纬度地区暖海温外强迫和大气环流系统的组合异常是东北地区气候异常的主要原因。秋季北极涛动正位相特征显著,东北地区上空为异常正高度距平控制,环流异常形势不利于冷空气扩散南下影响东北地区,造成秋季东北地区明显偏暖。秋季中后期,东北地区降水偏多主要受西北太平洋中纬度地区异常偏强的东南风水汽输送影响。     

2013—2017年夏季东北冷涡下东北地区MCS的统计特征

利用2013—2017年6—8月FY-2E和FY-2G地球静止卫星相当黑体温度（Black Body Temperature,TBB）资料、NCEP/NCAR再分析资料,对我国夏季东北冷涡下东北地区MCS的分布和活动特征进行了统计分析,结果表明：（1） MCS的活动具有明显的月际变化和日变化特征,6月对流活动最活跃。MCS的主要移向是东、东北和东南,平均移动距离3.99个经纬距。（2） MCS成熟时刻的面积、偏心率和生命史均小于江淮地区以及中国中东部,云顶高度低于江淮地区,整个生命史表现出发展快消亡慢的特征,与江淮地区相反。（3）基于MCS的定义得到的Z标准,对2016—2017年的MCS作了统计分析并与J标准统计得到的MCS进行对比,得出,两种定义下的MCS环境场特征基本一致,主要表现为MCS多生成于500 hPa槽前和槽后,对流层高层MCS位于双急流之间靠近北支急流的辐散区,南侧急流高度在200 hPa,北侧的急流高度在250 hPa。低层,位于低空急流左侧,低涡南侧、东南侧,有较强的水汽和动量输送。槽前生成的MCS南侧中层存在垂直反环流向MCS输送干暖空气与位涡,槽后生成的MCS两侧均有大值位涡向其输送,同时北侧冷干空气的输送使锋区及上升运动加强,更有利于MCS的形成。（4）两种标准下的MCS造成的降水明显不同,在统计强降水方面Z标准要优于J标准。由于Z标准空间与时间尺度较小,统计得到的MCS较多;但同时会遗漏部分相对弱的MCS。     

气象干旱指数在东北春玉米干旱监测中的改进

利用土壤相对湿度数据和县级春玉米单产数据,在气象干旱指数SWAP（standardized weighted average of precipitation）的基础上,研究我国东北地区春玉米受干旱影响的界限指标,结果表明:SWAP在春玉米播种-出苗期低于-0.9,出苗-拔节期低于-1.0,拔节-抽穗期低于-1.2,抽穗-乳熟期低于-0.7时,土壤相对湿度偏低,即气象干旱一般为中旱时,不利于春玉米生长。以此构建春玉米干旱指数,对比我国东北地区春玉米干旱指数与省级农作物干旱受灾面积的关系,发现两者相关关系显著,尤其在典型干旱年份,两者对应关系更好,说明构建的东北地区春玉米干旱指数能够较好地反映干旱对春玉米的实际影响。利用东北地区县级春玉米单产数据对春玉米干旱指数进行等级划分,划分结果可为东北地区春玉米防旱减灾和安全生产提供参考。     

The impacts of moisture transport of East Asian monsoon on summer precipitation in Northeast China

By using the ECMWF reanalysis daily data and daily precipitation data of 80 stations in Northeast China from 1961 to 2002, the impacts of moisture transport of East Asian summer monsoon on the summer precipitation anomaly in Northeast China, and the relationship between the variation of moisture budget and the establishment of East Asian summer monsoon in this region are studied. The results demonstrate that the moisture of summer precipitation in Northeast China mainly originates from subtropical, South China Sea, and South Asia monsoon areas. East China and its near coastal area are the convergent region of the monsoonal moisture currents and the transfer station for the currents continually moving northward. The monsoonal moisture transport, as an important link or bridge, connects the interaction between middle and low latitude systems. In summer half year, there is a moisture sink in Northeast China where the moisture influx is greater than outflux. The advance transport and accumulation of moisture are of special importance to pentad time scale summer precipitation. The onset, retreat, and intensity change of the monsoonal rainy season over Northeast China are mainly signified by the moisture input condition along the southern border of this area. The establishment of East Asian summer monsoon in this area ranges from about 10 July to 20 August and the onset in the west is earlier than that in the east. The latitude that the monsoon can reach is gradually northward from west to east, reaching 50°N within longitude 120°-135°E. In summer, the difference of air mass transport between summers with high and low rainfall mainly lies in whether more air masses originating from lower latitudes move northward through East China and its coastal areas, consequently transporting large amounts of hot and humid air into Northeast China.