长江上游中小洪水天气学分型及特征

基于1981—2012年宜昌水文站流量资料,普查出128例长江上游中小洪水过程。然后,利用国家气象站雨量资料和NCEP再分析资料,从环流背景出发,结合降水特点,将上述中小洪水过程分为纬向环流型、经向环流型、两高之间型和偏东气流型,其中经向环流型又分为贝湖槽类和东北槽类。最后,归纳各类天气型的主要影响系统、物理量特征、洪水特征,并建立天气学模型。分析表明:纬向环流型新疆北部低槽比常年同期偏强,经向环流型贝湖槽类和东北槽类分别是贝加尔湖低槽和东北地区低槽比常年同期偏强,两高之间型则是在青藏高压与副热带高压之间形成切变,偏东气流型受台风影响较多;致洪强降水一般发生在高层辐散、可降水量较大、中层正涡度且水汽通量辐合、中低层有暖平流的区域;从各型日最大流量增幅及过程流量平均增幅看,纬向环流型最大,偏东气流型最小。     

2018年长江上游严重洪涝的气象水文特征

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规气象水文实况观测资料,分析了2018年6—7月长江上游严重洪涝期间的气象水文特征,结果表明：2018年长江上游洪涝期间发生了三次强降水过程,降水落区在长江上游北部地区高度重叠,引发了严重的洪涝灾害。大尺度的环流形势分析表明,中高纬低槽、副热带高压、鄂霍茨克海阻塞高压、乌拉尔山阻塞高压均较历史同期异常偏强,副热带高压的南北摆幅较大,当副热带高压每次北跳后,都会与槽后冷空气在长江上游遭遇,形成一次强降水过程。大尺度环流的“鞍”型场配置有利于孟加拉湾及南海的水汽输送到长江上游地区,并在该地区与中纬度西风带水汽辐合形成强降水。历史对比结果表明：2018年长江上游的降水具有面上强度大、北部支流降水极端性强、降水时间集中的特点。2018年长江上游北部的沱江、涪江、嘉陵江等流域在水位和超警戒时间上均高于2012年。2018年长江上游总的降水量及洪峰流量虽未超过2012年,但在长江上游北部的沱江、涪江、嘉陵江引发的洪涝灾害可超过2012年。     

朔州市"8·12"暴雨分析

利用MICAPS系统资料对2005年8月12日发生在山西朔州市北部的暴雨天气过程的大尺度环流背景和物理量场进行分析。结果表明:这次暴雨天气过程发生在纬向环流向经向环流调整的过程中,西太平洋副热带高压有一次明显的西伸北抬,是一次典型的副高西北侧西南气流型暴雨。降水水汽主要来自南海,中低层的水汽输送十分充沛,并在朔州市北部形成辐合。低空急流的建立,为此次强降水提供了丰富的水汽和位势不稳定能量;过程期间,物理量场表现出强水汽输送辐合及上升运动;冷空气与暖湿气流及特殊地形的综合作用激发出中尺度降水云团,造成此次强降水。     

青藏高原东部“7.29”区域性强降水天气特征分析

利用micaips系统常规资料、物理量产品、卫星云图、区域自动站实测资料,对2012年7月29-30日发生在青藏高原东部的区域性强降水天气过程进行分析。结果表明:(1)强降水是在冷空气与西南暖湿气流交汇的过程中产生的,500hPa副高外围槽前西南暖湿气流与西移冷空气交绥是造成此次区域性强降水天气原因。(2)南亚高压和西太副高位置变化对此次强降水有重要影响。(3)此次降水过程前期有稳定的水汽输送和较强的水汽辐合;大气不稳定有利于强对流云团发展。(4)中尺度对流系统(MCSs)是造成这次区域性强降水,局地暴雨的直接原因。     

2012年7月鲁东南地区连续大暴雨过程成因分析

通过常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和加密自动站资料,对2012年7月7—10日连续发生在鲁东南地区的两次大暴雨过程进行了成因分析。分析表明：副热带高压的西伸北抬和稳定维持使西南低空急流长时间维持为大暴雨连续发生提供了充足的水汽和能量。第一次过程鲁东南位于切变线南侧和西南急流左侧;第二次过程鲁东南位于低涡东南象限和地面气旋东北象限。强降水中心位于850hPa高能舌顶端和925hPa高能中心重合处。第一次过程无明显冷空气,是边界层的强辐合和上升运动造成了强降水;第二次过程近地面有冷空气侵入,辐合和上升运动中心到达700hPa把水汽输送到较高的高度,有利于高效率降水的产生。     

2016—2020年6—7月长江流域主要暴雨过程特征及差异性分析

利用2016—2020年6—7月长江流域735站气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及雨情信息对长江流域主要暴雨过程的区域性特征、天气系统及成因进行了初步探讨。结果表明:(1)2016—2020年6—7月长江流域降水过程对流层中高层主要受加强西伸的西太平洋副热带高压及高空低槽东移带来的梅雨锋影响,中低层主要影响系统是切变线、低涡、台风倒槽,边界层有一半的降水过程发生在暖区或受静止锋影响;(2)影响长江流域暴雨过程的主要天气形势分为纬向环流型、两高(西太平洋副热带高压与南亚高压)之间型、经向型和偏东气流型;(3)长江流域降水差异同副高脊线位置和夏季风北推进程以及短时强降水落区有很好的相关性。     

南亚高压和西太副高位置与中国盛夏降水异常

用全国160站降水资料及ECMWF逐月再分析资料,采用合成分析方法,讨论了年际变化尺度上南亚高压与西太副高纬向位置异常与盛夏降水的关系。结果表明,当南亚高压与西太副高纬向异常重叠(分离)时,长江中下游流域存在异常上升(下沉)运动,江南的广大地区存在异常下沉(上升)运动。且当两个高压纬向异常重叠时,来自北印度洋及西太平洋的水汽,在长江中下游流域异常辐合,降水偏多。此时,江南地区水汽通量异常辐散,降水偏少。当两个高压纬向异常分离时,水汽主要来自北印度洋的西南风输送,长江流域降水偏少,江南地区降水偏多。     

淮河流域持续性强降水过程的环流变化特征

利用淮河流域4省20：00-次日20：00逐日降水量资料,界定了1961-2006年淮河流域持续性强降水过程,并利用NCEP资料,应用合成分析方法对强降水过程和前期环流特征进行了研究。结果表明,从持续性强降水开始之前到强降水过程中乌拉尔山附近阻高减弱,贝加尔湖以北到鄂霍次克海附近的阻高偏强;西太平洋副热带高压在500hPa上表现为西伸北抬,但在850hPa上西伸明显,基本无北抬;南亚高压范围明显扩大,尤其是淮河流域以北地区200hPa高度明显增大,在中国东部到日本上空200hPa急流中心也有明显变化。850hPa西南急流的建立与西太平洋副热带高压的西伸有关,同时乌拉尔山附近高压减弱,冷空气南下,东西气压梯度增大也有利于西南急流的建立。     

形成2015年浙江省梅汛期暴雨的控制环流及梅雨锋结构

本文利用NCEP/NCAR全球再分析逐日资料、地面观测资料和自动站降水资料,在分析了2015年浙江省梅汛期强降水特征、水汽输送和局地环流的基础上,从西南季风进退、副热带高压、南亚高压及西风带波动等方面对2015年形成梅汛期暴雨的控制环流进行了分析。结果表明：2015年整个浙江省梅汛期降水量较常年显著偏多,浙江中部地区降水量比历史同期偏多接近一倍。丰沛的水汽从孟加拉湾经中南半岛向东输送,与西太平洋副热带高压西侧的西南气流相合并,在梅雨锋南侧形成异常辐合,为强降水提供了水汽条件。这次持续强降水由三次强降水过程构成并由西风辐合型锋生引起。第二次强降水过程中大气强对流性不稳定利于梅雨锋上中尺度对流系统发展,导致强降水呈现明显的局地性。而第一次和第三次过程中梅雨带附近大气基本处于对流稳定或中性,以斜压性降水为主。在对流层低层,副高较常年偏东偏南,其西北侧西南暖湿气流与北侧冷空气交汇于浙江省,利于梅汛期强降水集中期的出现。在对流层上层的南亚高压较常年位置偏东,其北侧的西风急流强度偏强,东亚急流核入口区右侧的强辐散利于造成强烈的上升运动。在对流层中层,贝加尔湖阻高的东侧有明显的波动能量向东向南传播并在长江中下游积聚,利于浙江地区扰动的维持,形成持续稳定的梅雨锋和中低空切变线,造成梅雨强降水过程的持续。2015年春夏季热带中东太平洋海温正异常分布有利于梅汛期降水偏多的异常环流的形成。     

华东登陆热带气旋降水不同分布的对比分析

利用CMORPH降水资料，将热带气旋（TC）登陆后的降水分为路径左侧降水（L型）和右侧降水（R型）两类，并针对登陆华东地区TC的 L型和R型降水的大气环流场、环境水平风垂直切变以及台风环流内的动热力条件进行对比分析，结果表明:2005～2014年间登陆华东地区的20例TC中包括12例L型和8例R型。总体来看，大气环流因子对于登陆华东TC降水分布起主要作用。L型降水TC高层南亚高压主要呈纬向带状分布，在登陆过程中路径左侧维持偏东风高空辐散气流，中层西风槽偏东，西太平洋副热带高压（简称副高）偏南，环境水平风垂直切变指向西南。R型降水TC高层南亚高压断裂，呈经向分布。TC路径左侧风场较均匀，右侧东南风高空辐散气流明显。副高的位置偏北呈块状，同时环境水平风垂直切变指向东北，有利于路径右侧降水。台风环流内，低层冷暖平流输送以及水汽辐合与降水落区也有较好对应关系。L型TC低层暖平流的输送使TC西南象限低层增暖，大气稳定度降低。同时水汽辐合区也主要位于西南象限，有利于TC路径左侧降水。而R型TC副高位置偏北可将南侧的东南暖湿气流向台风环流更西部输送，东北象限维持暖平流，有利于路径右侧降水发生。     

一次远距离台风影响的陕北区域性暴雨成因分析

利用常规高空、地面观测资料以及NCEP/NCAR 1°×1°间隔6 h再分析资料,对2020年8月4—5日陕北区域性暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次暴雨过程的主要影响系统为500 hPa西风槽和副热带高压,中低层的切变及正涡度,为暴雨提供了有利的动力条件。随着台风“黑格比”的西移北上,副高主体西伸北抬,引导副高外围水汽向西北地区输送,促进了西南急流的建立和水汽的持续输送;同时台风西北侧偏东气流的加强,高能锋区梯度加强且向陕北地区伸展,使得雨强增大,850 hPa能量锋区为强降水的落区。暴雨区对流层中低层表现为较强的对流不稳定层结,形成有利于暴雨的高能高湿环境场。暴雨前期主要受弱的东路冷空气影响,降水效率低。暴雨后期高空冷空气入侵,850 hPa台风外围东风风速辐合增强,同时伴有强的上升运动,陕北地区受中尺度对流系统的作用导致暴雨加强。     

登陆热带气旋引发云南强降水的环境场特征

应用《西北太平洋热带气旋年鉴检索系统》资料、NCEP/NCAR再分析资料及云南降水资料,对1959-2007年热带气旋(以下简称TC)西行登陆引发的云南强降水过程进行了分类统计,得到4类TC强降水环流模型,分别是TC低压环流型、TC低压外围或倒槽型、TC低压与低槽冷空气相互作用型和TC与两高辐合相互作用型.环境场特征显示,100 hPa南亚高压中心位置在90°E以西,高空东风急流提供了强大的辐散场,低空西南季风气流与TC环流相连接,高低层涡度差呈负值区分布,使TC低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢;西南季风气流中的低空急流、副热带高压外围及TC低压东部的偏南急流共同作用,向云南输送充沛的水汽和能量,是登陆TC强降水产生的重要天气系统配置形势;强降水分布在低空急流左侧,TC低压或倒槽西北侧的正涡度中心附近;冷空气南下进入云南,增加了大气斜压不稳定,使TC外围降水增强.     

毕节地区6月份降水特征及典型异常年大气环流分析

利用毕节市1980—2016年月降水资料,分析毕节6月降水特征、周期性、降水与环流指数的相关性以及异常年份大气环流特征,得出结果:近37a中毕节6月降水量出现8次异常,其中6月降水在1993年和2003年出现两次降水突变,小波分析发现降水序列存在2—3a,6—7a的周期变化,在2002年左右振荡幅度最为明显;降水异常年西太副高特征指数的副高北界指数及副高脊线指数和降水有显著相关性,其余特征指数相关性差;降水偏多年南亚高压位置偏西,500hPa上高纬地区冷空气较强,经向环流明显,有利于南北空气交汇,在贵州西北部多切变辐合;降水偏少年南亚高压位置偏东,强度强,经向环流弱,副热带高压较平均场偏弱明显。     

2011年初夏我国长江中下游降水的气候特征及成因

文章主要分析了2011年初夏长江中下游降水的气候特征及其成因。结果表明：2011年5月长江中下游降水异常偏少,6月转为异常偏多,出现了明显的旱涝转换。长江中下游地区的旱涝转换主要受南海季风、东亚季风强度以及西太平洋副热带高压（副高）的异常快速北跳的影响。研究还发现,6月亚洲中高纬长期维持两槽一脊的环流形势,东北冷涡活动频繁,多次引导冷空气南下。同时,副高异常偏北、偏西,并出现多次西伸过程。由于冷涡的加强南压与西伸的副高相互作用,促使长江以南地区西南气流明显增强,使得冷暖空气在长江中下游地区交汇,最终导致该地降水偏多。     

云南省副热带高压外围类短时强降水的雷达回波特征

统计分析了 2014—2016年5—10月国家站共出现的219站次有效短时强降水及云南省7部多普勒天气雷达资料,将云南省副热带高压(以下简称副高)外围的短时强降水进一步细分为两高(青藏高压和西太平洋副高)辐合类、单纯副高外围类及副高西侧配合西风槽类。初步得出以下结论:8月为云南省副高外围类短时强降水的高发期且降水时段集中在午后及前半夜;两高辐合类降水沿着辐合区呈显著的带状分布特征,降水强度强、落区相对集中。单纯副高外围类降水主要位于滇南地区,存在三个强降水中心。副高西侧配合西风槽类降水主要位于云南省的边缘地区,落区较为分散;三类降水回波主体平均强度均在35～45 dBz,平均持续9个体扫;近1/4的回波出现回波倾斜及强回波梯度特征,且降水明显强于未出现的回波,一定程度上可以作为判断降水强度的参考依据;三类降水的最强雷达回波顶高及垂直累积液态含水量出现的时间均同最强回波出现的时间基本一致或略有滞后;两高辐合类的垂直风廓线中有近一半的个例在低层存在西南风或西风气流,对应明显的暖平流输送特征。随着降水发展与副高外围晴空区相对应的无资料区的逐渐消失则是单纯副高外围类降水的垂直风廓线表现最为明显的特征。副高西侧配合西风槽类降水开始前后均存在高空西北气流入侵及中层风切变特征,与低槽后部带来的冷平流及冷暖气流交汇相对应。     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征北大核心CSCD

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

2020年8月黄河中游致洪暴雨气象水文特征

利用ECMWF提供的ERA5再分析资料(分辨率0.25°×0.25°)和黄河流域加密的气象水文实况资料,分析了降水集中期的气象水文特征。结果表明:平均中纬度低槽、南亚高压和阻塞高压偏强,副热带高压位置偏西、偏北,且异常偏强是造成2020年8月黄河中游持续性强降水的主要环流背景;水汽输送较常年同期偏多,来自东海和孟加拉湾的东南和西南暖湿气流沿副热带高压边缘不断输送到黄河中游地区,并和中纬度低槽携带的冷空气在此交汇形成持续性的强降水。水文特征分析表明,导致潼关水文站出现3次洪水的较大面雨量,主要来源于潼关以上的8个子流域;2020年8月的洪水超过2011年9月的,为潼关站近20 a来的最大的洪水过程;5号和6号洪水连续超过编号标准的时长,为120 h和44 h,最大流量达6 300 m³·s^-1;流量开始增加的时间落后降水开始的时间12 h~3 d,峰值落后降水结束的时间12 h~4 d;黄河支流水文站的流量峰值与水文站所在子流域降水范围、量级呈正相关,流入潼关站的流量从大到小依次为龙门站、华县站、状头站和河津站。历史对比表明,2020年8月黄河中游累积面雨量为近30 a来最大,北部6个子流域面雨量表现更为极端,降水持续时间更长。     

宜昌中小洪水及致洪降雨特征分析

普查1981—2012年宜昌站中小洪水个例,统计发现宜昌站中小洪水20世纪80年代偏多,90年代明显偏少,2000年以后有所增加,洪水出现时间呈现最早洪水时间逐渐提前而最晚洪水时间则逐渐推迟趋势;长江上游及分流域致洪面雨量呈现同样的周期性变换规律,长江上游中小洪水6—9月占97%,且各月面雨量特点不同,6月自西向东"阶梯"增加,7月分布较均匀,8月和9月面雨量分布则差异较大;长江上游致洪面雨量流域间差异小,但洪水过程强降雨分布及组合方式较复杂,掌握长江上游致洪面雨量分布特征可为三峡水库中小洪水调度提供科学依据。     

江苏夏季旱涝环流演变特征分析

利用NCEP/NCAR OLR月资料和北半球500 hPa逐月高度场距平格点资料,讨论江苏夏季旱涝天气气候的环流特征.研究表明:菲律宾以西太平洋暖池区OLR低值区值强弱直接影响江苏夏季降水,OLR值越低,该区辐合越强,则其北部副热带高压偏强,有利于副高的北抬和西伸,使副高北侧的雨带偏东偏北,江苏易偏旱;反之江苏易偏涝.500 hPa在东亚地区南北呈" 、-、 "的纬向分布,中高纬度乌拉尔山和鄂霍茨克海地区夏季500 hPa高度距平场为明显的正距平区,在该地区形成双阻或单阻有利于形势的稳定,使降水持续,江苏夏季降水偏多.