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。      

福建前汛期持续性强降水的大气低频特征分析

本文采用福建1979—2010年66个气象站逐日降水资料和NCEP再分析资料和OLR资料,揭示了福建前汛期降水的低频特征,分析了福建前汛期持续性强降水同期的大气低频特征以及前期低频信号的演变特征,结果表明:(1)福建前汛期降水存在显著的低频周期,出现频率较高的前三个低频周期分别为:10~20、30~60和20~30 d;约63%的年份出现两种以上显著的低频周期;10~90 d低频变化占前汛期降水总方差的20%~30%;(2)前汛期总雨量与降水低频信号的强度呈显著正相关关系,持续性强降水的强度和持续时间与降水的低频特征关系密切,以BWO(ISO)为主的年份,持续性强降水的持续时间较短(长)。(3)福建前汛期持续性强降水期间日本以东、索马里以东和南海三个关键区皆为低频反气旋,日本至渤海湾南下的冷空气与索马里越赤道气流、南海南部越赤道气流在福建上空持续相遇形成低频气旋,导致福建上空低层低频辐合、高层低频辐散,对流活跃。(4)福建前汛期持续性强降水与热带及副热带大气低频变化密切相关,热带MJO的东传以及东亚西北太平洋地区低频信号的北传对福建持续性强降水过程的延伸期预报具有一定的指示意义。     

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。     

1998年夏季亚洲地区低频大气环流的特征及其与长江中下游降水的关系

利用日本GAME资料、TRMM卫星资料及中国730站降水资料研究了1998年夏季亚洲地区对流层至平流层低频振荡(LFO)的传播特征及该年长江中下游夏季降水变化的LFO型,结果表明:1998年5-8月,在青藏高原经纬度上,对流层LFO的东西向传播特征与季节变化有关.在东西方向上,高原和东亚大陆雨季开始前,LFO以向东传播为主;在雨季开始后,LFO以向西传播为主.南北方向上,LFO的传播在雨季前后基本一致,高原南北两侧均向高原传播.在南北方向上,青藏高原是LFO的汇;而在东西方向上,高原西部只在雨季开始后是LFO加强区,使西传进入高原的LFO继续西传.整个大气层以对流层顶(100 hPa)LFO最强,进入平流层LFO迅速减弱.1998年夏季长江中下游降水存在两次明显的LFO循环,我们根据两次降水LFO各位相合成分析了降水、500和100 hPa LFO环流以及沿30°N LFO垂直环流.结果表明:来自西伯利亚向南传播和来自孟加拉湾及南海向北传播的LFO气旋(降水谷值期)和反气旋(降水峰值期)形成了高原东部上空LFO气旋(降水谷值期)和反气旋(降水峰值期)以及来自中纬度西太平洋南下西移经日本、黄海到达中国大陆东部海洋上空的LFO反气旋(降水谷值期)和气旋(降水峰值期)的共同作用造成了长江中下游地区强烈的下沉(降水谷值期)和上升(降水峰值期),形成长江中下游降水LFO谷值期和峰值期.     

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。     

上海梅汛期候降水异常的低频信号及延伸期预报

提高汛期降水过程的延伸期预报能力是目前天气预报和气候预测发展的重要方向。本文以上海梅汛期降水为例,利用非传统滤波方法提取多变量季节内分量,分析了梅汛期季节内候降水异常及其相联系的延伸期关键低频信号,进一步综合多变量低频信号建立了梅汛期候降水异常延伸期预报方法,并开展了多年的回报和试报检验。结果表明:①梅汛期候降水异常季节内分量具有显著的40～60d低频振荡周期,与降水异常实况具有显著的正相关和较高的符号一致率;②梅汛期季节内候降水异常与超前10～35d的热带及中高纬低频信号有关,主要包括:热带MJO(Madden Julian Oscillation)自阿拉伯海的向东传播、西太平洋副热带高压季节内活动的西北向传播、PNA(Pacific-North American)遥相关型的季节内位相转换以及东北亚冷空气的持续性异常影响;③综合上述多变量低频信号建立了延伸期候降水异常预报模型,对提前10～35d的延伸期候降水异常的季节内分量具有预报技巧,也能较好地预报实际的候降水异常趋势。     

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。     

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。     

华南前汛期典型旱涝年降水的低频特征及其与冷空气的关系

利用国家气象信息中心提供的1961—2010年华南85站逐日降水及NCEP/NCAR逐日再分析资料,选取2004、2010年为华南前汛期降水典型旱、涝年,分别统计旱涝年降水及冷空气低频特征,讨论低频冷空气与低频降水的关系,并揭示低频冷空气信号源地。结果表明:(1)涝年降水存在10～20 d和30～60 d显著低频周期,旱年还存在20～30 d低频周期。无论旱涝年,低频位涡与同频域降水呈显著的正相关关系,其中10～20 d低频位涡与同频域降水的关系最为密切;(2)涝年华南前汛期10～20 d低频冷空气直接源地位于华北至渤海一带,南传特征明显,高层冷空气源地位于平流层低层西西伯利亚地区,高层高位涡空气沿315 K等熵面向低层输送,干侵入为西北路径。旱年对流层低层冷空气传播特征不明显,高层冷空气源地位于平流层低层东北地区,由于高低层位涡传输通道断裂,导致冷空气活动减弱,降水减少,干侵入为东北路径。     

1997年华南汛期降水异常与大气低频振荡的关系

利用国家气象中心提供的逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,分析了1997年华南地区汛期异常降水低频特征与大气低频振荡的关系。研究表明,1997年华南前汛期和后汛期降水表现为不同的振荡特征;前汛期降水主要以10～20天准双周振荡为主,而后汛期降水的低频特征并不明显。进一步对降水和其它要素的低频振荡特征进行分析发现,该年华南地区前汛期降水和风场的低频振荡现象是普遍存在的;低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应。并且,高、低纬度低频风场同时向华南地区传输,会产生极强的降水。在对大气低频扰动动能的分析中也发现,华南前汛期降水伴随着低频扰动动能在该地区的集中释放。     

典型梅雨暴雨系统的云系及其相互作用

利用GOES-9红外云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了2003年6月29日～7月12日长江中下游一次典型梅雨期间暴雨系统的云系成员及其相互作用.结果表明:(1)梅雨暴雨系统的云系成员主要有四个,它们是梅雨锋云系、西风带短波槽云系、青藏高原东移扰动云系和季风云涌.这些云系成员都可以影响到梅雨锋云系的形状和强度,对梅雨锋云系的建立或重建都起到重要的作用.(2)梅雨云系成员是相应的天气系统相互作用的产物,副热带高压决定梅雨锋云系的位置,因此也决定了暴雨发生的区域.适当强度的高空槽可以诱生梅雨气旋,产生锋面气旋暴雨.高原东移扰动云系如果受高原槽的引导可以移出高原,同时也诱生西南低涡并移出四川盆地,高空槽和低涡共同作用造成了沿途暴雨.季风云涌在副高东退的情况下,就有可能北上和梅雨锋云系连在一起.不同的云系成员和梅雨锋云系相互作用的结果形成不同的云系分布.     

水阳江洪峰与强降水

用1964－1999年水阳江水位和雨量资料，分析水阳江水位、面雨量变化规律和洪峰出现特征。结果表明，6月平均面雨量为241.5mm，7、8月平均面雨量分别为186.5mm、155.7mm。宣城出现13次超警戒水位过程；新河庄出现25次超警戒水位过程，且连续超警戒水位日数长。洪峰出现前一周为连阴雨天气，一周平均面雨量为164.5mm。季内日面雨量存在60天周期变化现象，新河庄日平均水位存在60－120天周期变化；1999年宣城日平均水位的小波分析结果为60天周期变化，与新河庄日平均水位功率谱分析结果一致。     

一次大暴雨过程低空急流脉动与强降水关系分析

应用香港天文台提供的时空分辨率都非常高的风廓线雷达资料对深圳2005年8月19—20日大暴雨过程强降雨时段进行了详细分析。结果表明,风廓线雷达资料每小时风场揭示每次强降水的发生都对应一次西南急流的迅速加强和向下扩展。低空急流指数I可以说明低空急流的脉动向地面扩展程度与中小尺度降水的密切关系,对强降水的出现及雨强大小有一定的预示性。     

长江流域梅雨期大范围持续性强降水事件的自维持机制:2020年一次暴雨过程的个例分析

长江流域梅雨期降水强度大、范围广、持续时间长,经常导致大范围严重洪涝灾害。该类强降水事件的内动力学过程值得深入讨论。本文以2020年7月5～9日长江流域一次大范围持续性降水为例,通过WRF数值试验分析了降水过程中的凝结潜热与环流系统的相互作用过程。结果表明:在此次大范围持续性强降水事件中,由于凝结潜热的释放,在高层形成高压异常,有利于南亚高压（SAH）加强东伸,SAH东伸的同时与西太平洋副热带高压（WPSH）相互作用,加强WPSH西伸。在潜热释放中心的中低层形成低压异常,有助于阻挡WPSH北上,从而形成稳定的WPSH,有利于降雨系统在长江流域的维持。东亚夏季风演变表现为明显的停滞与北跳特征,其中WPSH的活动是季风雨带演变的核心。本文研究表明,大尺度凝结潜热释放可以通过调节天气系统形成稳定的环流系统,从而有利于雨带加强和维持。这种大尺度雨带凝结潜热释放与环流的相互作用机制可能是夏季风雨带停滞的重要过程。     

海南遭暴雨洪涝灾害西藏遇强降雪天气——2008年10月——

10月,全国平均气温为10.7℃,较常年同期(9.6℃)偏高1.1℃.上海、浙江、广东、广西4省(市、区)区域平均气温为1951年以来历史同期第二高,辽宁、江苏、安徽、福建、江西、贵州为第三高.全国平均月降水量为43.4mm,较常年同期(37.0mm)偏多6.4mm;西藏区域平均降水量为1951年以来历史同期最多,海南为第三多.     

北方大部降水偏少 南方局地暴雨洪涝——2002年10月

10月份,东北大部、华南大部、江南西南部、四川西部、北疆西部等地降水偏多,广东、江西等省局地出现暴雨洪涝;其余大部地区降水正常或偏少,山东南部、河南东北部等地仍有旱情存在;月内,冷空气活动频繁,东北大部、华北北部、青藏高原东部等地气温较常年同期偏低,其余地区接近常年或偏高.     

汛期西南低涡移向频数的年际变化与降水

利用1960～1999年汛期西南低涡不同移向的数据资料与同期移向相对应站点的降水量进行同步相关分析和检验,并将通过显著水平a=0．05检验的两组资料用墨西哥帽子波进行分析。结果显示：这40年汛期中出现的西南低涡,在原地生消的占总数的一半以上,而能够继续移动发展的西南低涡以偏东路径为主;东北路径的西南低涡与该方向上太原、石家庄降水的相关比较好,偏东路径与汉口降水相关较好,移动总和与内江降水相关较好;从小波分析结果发现东北、偏东路径低涡出现次数与对应站点降水,在10年以上的时间尺度上它们的分布周期存在良好的对应关系。     

两高切变型四川盆地大暴雨天气过程机制研究

利用常规观测和EC数值模式资料,对2020年8月12～13日四川盆地大暴雨天气的环境条件、水汽条件、能量条件、不稳定层结、MCS系统演变进行分析。结果表明：本次盆地大暴雨属于“两高切变”型,是在高能高湿环境条件下,北方干冷空气入侵盆地触发锋线对流系统,盆地南部受地形强迫抬升影响触发对流系统,在高空切变线上合并加强,造成四川盆地大暴雨过程。贵州高原的强水汽输送是此次大暴雨的重要水汽条件,对流云团合并加强是造成局地特大暴雨的重要特征。基于EC数值模式资料分析的盆地暴雨落区比实况探空更加清晰。     

淮河流域暴雨成灾台风海棠风大雨强--2005年7月--

7月份,全国平均月降水量为112.5mm,比常年同期偏少4.4mm.淮河流域及四川等地的部分地区降水明显偏多,遭受暴雨洪涝或泥石流、滑坡等地质灾害;西北东北部及内蒙古中西部、湖南等地旱情持续.全国月平均气温为22.2℃,较常年同期偏高0.8℃,为1951年以来历史同期第三高.月内,台风"海棠"和强热带风暴"天鹰"在我国登陆,其中台风"海棠"造成浙、闽损失严重;江南、华南等地多高温酷热天气;局地强对流天气发生频繁,内蒙古、山东等地受灾较重;甘肃中西部、内蒙古西部的部分地区出现强沙尘暴天气.     

2004年梅雨期武汉上空水汽的演变及其与暴雨的关系

利用2004年6—7月武汉每天两个时次探空资料计算出的可降水量以及各层的比湿和相对湿度,对比分析各种水汽量的垂直分布以及逐日演变特征,探讨了2004年梅雨期武汉上空水汽的演变及其与暴雨的关系。结果表明,武汉上空大气中水汽含量随高度递减,90％以上的水汽集中在700hPa以下;7月的水汽含量高于6月;武汉上空出现整层比湿增长或中高层比湿增长可导致整层相对湿度明显增长,而且增长的幅度随高度递增;在暴雨分析预报中,分析中高层水汽演变好于分析低层水汽演变;采用整层平均相对湿度和可降水量结合分析整层水汽演变以及将中高层平均的比湿和相对湿度结合分析中高层水汽演变时,对暴雨预报均有很好的指示意义。