莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水特征分析

应用地面观测数据、历史天气图和NECP再分析资料,普查了近10年莆田地区秋冬季低层东风回流下的非典型降水天气个例,对形势场合成以及对回流天气过程的动力条件、水汽来源进行了诊断分析。结果表明,莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水概率为11.9%,回流天气产生降水时中高层受西南气流影响且有弱的辐散维持,地面高压楔前部以及沿海冷空气共同充当"冷垫",中层暖湿气流遇到冷的下垫面产生弱降水;降水区低层有反气旋存在,且此反气旋自北向南呈斜楔状;降水区近地层有弱的辐散区,中低层辐合、高层辐散;产生降水的水汽来源于中高层西南气流,低层偏东风相对干燥。500hPa水汽通量散度的辐合起止时间与降水的起止时间相对应,可作为判断降水时段的参考依据。     

南海夏季风爆发与华南前汛期锋面降水气候平均的联系

利用1958-2000年NCEP/NCAR再分析日平均资料、中国气象局气候中心常规地面观测日降水资料,从气候平均角度诊断分析了南海夏季风爆发和撤退前后大气结构特征及其与南亚季风的差异,探讨华南前汛期锋面降水对南海夏季风爆发的可能影响。结果表明:①季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有与孟加拉湾和南亚地区明显不同的特征,大气低层(850 hPa以下)温度梯度的逆转(由负变正)发生在西南季风爆发之后。②850hPa西风建立在南海大气低层(850 hPa以下)经向温度梯度为弱负值的时候,是受热成风约束的结果。③季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有独特性,是由于东亚地区独特的地理位置,受来源于中纬度冷空气影响的缘故。④随着华南降水强度加强,对流释放潜热加热了中高层大气,有利于南海经向温度梯度的逆转,从而在热成风关系约束下使高层南亚高压的北移,因此华南前汛期第一阶段锋面降水是南海夏季风爆发的有利因素。     

南海夏季风强弱年东亚地表热力异常特征的合成研究

 利用NCAR/NCEP1948年1月-2002年12月共55 a 660个月的地表感热通量和地表潜热通量以及其它气象场的月平均再分析资料,计算了期间5-6月平均的南海夏季风湿位涡强度指数。由标准化的湿位涡强度指数距平的年际变化曲线,选择距平值大于0.5的年份为季风爆发的强年,距平值小于-0.5的年份为季风爆发的弱年,对强、弱年东亚及其周边地区的地表潜热通量（LHF）距平、地表感热通量（SHF）距平以及海平面气压（SLP）距平的分布特征进行了合成分析。结果表明,在南海夏季风爆发强年和弱年,其前期冬春季的地表潜热通量、感热通量以及海平面气压场的距平分布有很大不同,前冬的差别更为明显。冬季,LHF和SHF在强、弱年的主要差异在海洋上和近海地区,尤其是西太平洋沿岸,合成距平呈现沿海岸线的东北-西南向的带状分布,强年沿岸为正距平,弱年为负距平。LHF和SHF标准化距平叠加之和有同样的区域分布特征。这种强、弱年的距平分布差异,与低层风场在强、弱年的不同有密切关系,强年东亚冬季风偏强,弱年则反之。强、弱年SLP在前冬的距平差异,验证了上述结论。     

中南半岛春季土壤湿度对南海及其周边地区夏季降水的影响

通过SVD分析等统计方法对中南半岛春季土壤湿度对南海及其周边地区夏季降水的影响进行了诊断分析,结果表明:中南半岛春季土壤湿度与西太平洋夏季降水呈现显著正相关,而与东印度洋夏季降水为显著负相关。中南半岛春季土壤湿度表现正异常时,西太平洋夏季降水增加;东印度洋夏季降水减少;正异常时,局地的蒸发偏大,近地面湿度增大,地面到大气的潜热通量增加;地表反照率减小,对太阳短波辐射的吸收更加强烈,向上的短波辐射相应减少,导致近地面温度降低,感热通量和长波辐射减少,使得海陆热力差异减小,有利于季风加强,季风爆发时间偏早,从而导致从东印度洋的水汽输往西太平洋,增加西太平洋的降水;反之亦然。     

伴随南海季风爆发区域尺度环流演变机理的诊断分析和数值模拟

利用1957－1998年NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析伴随南海夏季风爆发中南半岛和南海地区环流系统的演变，揭示该地区热力特征与南海夏季风爆发之间的可能联系。结果发现，不同高度上标志着南海爆发的环流系统如500hPa上的副热带高压、200hPa上的南亚高压以及850hPa 上的孟加拉湾低槽等系统在南海季风爆发期间具有显的变化特征，对流层中高层以上的环流系统反映了大尺度环流的季节变化特征，而对流层低层环流系统的变化可能与局地特征具有密切关系。从中南半岛和南海两个地区地面感热和潜热加热与该地区温压场变化之间的关系上看，中南半岛地区的热力作用对南海季风爆发期间区域环流系统演变具有重要作用，数值试验结果进一步证实了这一点。     

2005年夏季海气热通量影响副热带高压数值试验

利用RegCM3区域气候模式对2005年夏季西北太平洋副热带高压进行了控制性和敏感性试验,试图探讨海气热通量异常对西北太平洋副热带高压移动、强度的影响。结果表明：感热、潜热通量的变化对低层的西北太平洋副热带高压北跳并不起决定性作用,但对副高主体的强度、东西移动有显著影响。     

2012年银川“7·29”大暴雨天气过程诊断研究

利用NCEP再分析资料,常规气象观测资料以及天气雷达、卫星等资料,研究了2012年7月29-30日发生在宁夏回族自治区银川市及其周边地区的一次大暴雨天气过程.通过分析此次暴雨过程前后的动力、热力及其变化特征,得出如下主要结论:宁夏"7·29"大暴雨天气过程的主要影响系统为西太平洋副高、500 hPa短波槽和暖式切变线;大暴雨发生在高层冷平流与低层暖平流交汇区,与高空的水汽辐散中心和低空的辐合中心基本重合;大气的比湿、水汽通量等在暴雨前迅速增大,假相当位温θse垂直廓线在500～400 hPa之间表现出有θse 336 K的小值区;水汽通量散度在临近降水时才开始快速变小,水汽输送和辐合作用完成的时间很短,引发快速而强烈的天气现象.     

云南2009—2012年4年连旱的气候成因研究

利用云南124个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR大气环流再分析资料、全球海表面温度(SST)资料以及向外长波辐射(OLR)资料,分析了云南2009—2012年连续4年干旱的气候特征,并从异常大气环流、海温、局地对流等方面分析了4年连续夏季干旱发生的成因.结果表明:①云南2009—2012年干旱是一次持续时间长,跨越春、夏、秋、冬四季、影响范围广的全省性严重干旱,最严重的区域主要是滇中及滇东南.并且是发生在云南降水减少的气候背景下.②2009—2012年夏季500 hPa欧亚地区高、中、低纬度的高度场分布不是很相似,但4年的环流配置形势表明东亚冷空气路径偏东,影响中国西南地区的冷空气偏弱,不利于冷空气南下影响云南.另外2009年和2010年副高位置偏西偏强,云南在其控制之下,不利于降水;而2011年和2012年副高位置偏北偏东,其外围的水汽不易输送到云南.③2009—2012年云南大部地区及其南侧的孟加拉湾地区高度场持续偏高,孟加拉湾附近的印缅槽不活跃或偏弱,也不利于南方水汽向云南界内输送.④El Nino事件发展期、La Nina事件衰弱期以及印度洋海温偏暖时都有利于云南干旱的发生和发展.⑤2009—2012年夏季云南局地及其以南大部地区基本维持低层辐散、高层辐合的垂直散度场配置,不利于上升运动的生成和发展.孟加拉湾及南海一带基本为西北或偏东气流控制,向北输送的水汽较常年偏弱,是造成云南连续4年夏季干旱少雨异常气候的直接原因之一.⑥2009—2012年连续4年夏季云南局地对流相对常年偏弱,这也是云南降水偏少的重要因素之一.     

用湿位涡定义的南海西南季风指数及其与我国区域降水的关系研究

使用美国NCEP／NCAR1958－1997年逐日资料,对南海季风爆发前后的气象要素场作了分析。结果表明：南海季风爆发时,南海南、北部要素场变化有差异,北部西南季风爆发特征更为显著。针对南海西南季风爆发特征,提出了用湿位势涡度定义季风指数,它能很好地反映夏季风爆发的特征。其中,用湿位热涡度定义的季风指数对长江中下及华北华南地区的旱涝具有一定的预示性。相关分析表明：前一年冬季的季风指数和秋季的季风指数分别与华北次年夏季降水、华南次年春季降水有显著的相关,而当年夏季的季风指数与长江中下游当年秋季降水呈显著正相关。     

2012年11月福建省多暴雨过程成因分析

为分析2012年11月福建省降水异常偏多的现象,利用统计学和天气学的分析方法,对11月的降水气候特征和下旬3场暴雨的环流形势、影响系统及水汽输送特征进行了分析。整个11月,200 hPa西风急流偏强,在福建省上空有气流的辐散;500 hPa乌拉尔山脊偏强,贝加尔湖槽偏深,有利于冷空气南下;850 hPa为较强西南急流。下旬3场暴雨期间,500 hPa南支槽位于105°～110°E,副高强度偏强;中低层700,850 hPa有切变线和西南急流,850 hPa比湿大于8 g/kg。结果表明,稳定的环流形势、频繁出现的天气系统以及充沛的水汽条件是发生多暴雨现象的主要原因。     

我国北方地区植被类型变化气候效应的虚拟数值试验

利用区域气候模式 (RegCM 2 )对东北西部、华北北部和西北东部、华北西部两个生态环境脆弱地区植被类型分别由草地变为农田和森林后对区域气候的影响程度进行虚拟数值试验 ,结果表明 ,我国北方地区植被类型由草地变为耕地或森林将使得这些地区夏季降水减少 ,温度升高 ,5 0 0hPa位势高度升高 ,副热带高压控制地区的位势高度降低 ,从而使副高减弱 ,不利于我国北方的降水增加 .从虚拟数值试验的对比中可发现 ,华北北部、东北西部地区植被类型改变比西北东部、华北西部地区植被类型改变所引起的降水减少、温度升高和副高减弱效果显著 .此外 ,对于同一个地区的植被类型改变而言 ,由草地变为森林比由草地变为耕地所引起的降水减少、温度升高和 5 0 0hPa位势高度变化效应大 .因此 ,根据数值试验结果可知 ,退耕还草可能是我国北方干旱半干旱地区改善环境的有效方式 ,华北北部和东北西部为开展有序人类活动的最佳地区     

华北降水频谱变化及其可能机制分析

华北降水从20世纪60年代开始趋于减少,1977年后干旱化加重.小波分析发现1951～2000年华北降水频谱结构在60年代中期发生了突变,年际变化部分减弱,年代际成分相对增强,与此同时华北进入了干旱少雨的时期.年代际尺度成分的位相大致规定了华北降水偏多或偏少的时段.近20年与1977年前相比,华北降水的季节分布也发生了变化,春季降水增加,夏秋降水减少.相关分析发现华北降水与500 hPa高度及850 hPa经向风关系密切,7～9月降水主要与中国西北及西南的位势高度呈显著负相关,与南风呈显著正相关.观测资料分析指出,近20年7～9月我国西北500 hPa高度明显上升,东亚夏季风持续偏弱,这可能是华北持续干旱的重要原因.     

库姆塔格沙漠大降水环流分型及不同环流型典型天气过程分析

利用1960-2014年最靠近库姆塔格沙漠的4个气象观测站的逐日降水资料、2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料和1°×1°的FNL再分析资料,在库姆塔格沙漠大降水500 hPa环流分型的基础上,运用物理量场诊断分析方法对不同环流型的典型大降水过程进行诊断分析,并运用HYSPLIT后向轨迹模型追踪其水汽来源.结果表明:大降水的500hPa环流型可分为低涡切变型、新疆低槽型和贝加尔湖至新疆横槽型;大降水的水汽路径主要分3支:西风气流携带的来自大西洋、里咸海和极地北冰洋的海源水汽,沙漠南侧西南气流携带的来自印度洋-孟加拉湾的暖湿水汽,华中一带东南气流携带的来自孟加拉湾-南海和西太平洋的暖湿水汽;库姆塔格沙漠上空区域平均水汽通量随高度增加而递减,各层中以700 hPa水汽通量最大.大降水期间垂直上升运动强,为大降水的发展和维持提供动力条件.     

春季南海南部上混合层数值模拟与数值实验

采用一维湍动能模式对南海南部的SST及混合层进行数值模拟和数值试验。结果表明：TKE模式能够模拟南海部的海表面温度SST以及除南海南部5月中旬以外的上混合层深度随时间变化基本特征。在5－6月,SST的日振荡主要依赖于短波辐射的日变化,风的混合作用抑制了SST的日周期振荡。春季夏季风爆发期间,南海海面潜热通量和感热通量与短波辐射和风应力相比较,是一个对SST的混合层影响较小的量。在春季南海部,短波辐射作用能使SST升高的最大值约为4℃;潜热和感热通量能使SST的下降的最大值为3℃。风应力对南海混合层深度随时间变化趋势起着决定的作用,并能使其深度加深20－30m,而短波辐射则使混合层的深度变浅2－3m,潜热和感热通量会使混层的深度加深1－2m。在春季南海南部,热通量对混合层深度的影响与风应力相比要小得多。     

城市化对昆明一次强降水过程影响的数值模拟研究

为了探究昆明地区城市化对降水的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)耦合单层城市冠层模块,对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比,发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动,使得位于城区的降水中心降水强度略有减小,而城区下风向的降水有所增加,降水增加的区域与750 hPa高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中,有利于降水的增强。在目前的城市化水平上,若昆明地区的城市进一步扩张,城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强,但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强,这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。     

南海夏季风爆发与华南前汛期锋面降水异常变化的联系

利用1958-2000年NCEP/NCAR再分析日平均资料、中国气象局气候中心常规地面观测日降水资料,分析南海夏季风爆发异常情况下大气结构的变化特征,讨论华南冷空气活动、前汛期锋面降水情况与南海夏季风爆发异常之间的关系。结果表明:①南海夏季风爆发日期的异常变化主要取决于低层纬向风变化。②200 hPa以下对流层温度经向梯度逆转较早(晚),并且有(无)从上往下逐渐传播的变化趋势,则南海夏季风爆发偏早(晚)。③华南春季冷空气活跃(不活跃),降水偏多(偏少),南海季风爆发偏早(晚)。④综合提出了一个关于华南冷空气活动、锋面降水与夏季风爆发之间关系的物理概念模型。     

黄河上游汛期水量丰枯的气候因子分析

利用EOF、相关、合成等分析方法,对兰州以上黄河上游五测站的月平均流量、东半球的500hPa高度距平场及太平洋海温场资料进行了分析。结果表明：典型丰（枯）同期和前期500hPa高度距平场有着明显的差异,主要反映在极涡、西太平洋副高、中高纬西风带低槽等系统的强度和位置上;该流域流量的丰枯与太平洋海温距平场的分布关系密切,典型丰（枯）年前期（前一年9月至当年的2月）和同期太平洋海温场距平场的分布亦存在很大的差异。     

重庆夏季旱涝急转与大气环流异常的联系

 利用1961—2012年期间重庆的逐月降水和同期NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的海温、国家气候中心提供的126项环流指数等资料,结合长周期旱涝急转指数,分析了重庆旱涝急转的时间演变特征及其与同期和前期大气环流异常的联系.结果表明：重庆夏季旱涝急转事件有阶段连续性和间歇性并存的特点,年际差异大,涝转旱强度通常比旱转涝强度偏强.旱转涝年的旱期与涝转旱年的涝期比较,其环流特征为西太平洋副高偏西、偏强、面积偏大,低层垂直下沉运动较强,来自南海及西太平洋的水汽输送较弱,重庆易处于水汽输送辐散区,易少雨偏旱.而旱转涝年的涝期对比于涝转旱年的旱期来看,其环流特征为欧洲西岸的槽偏强,极涡偏弱,西太平洋副高偏强、偏西,低层垂直上升运动较强,来自南海及西太平洋的水汽输送较强,重庆易位于水汽输送辐合区,易多雨偏涝.西太平洋副高的季节内振荡的异常是重庆旱涝急转的主要原因.前期3月和4月的PDO和西风漂流区海温指数可以作为预测重庆夏季旱涝急转的一个先兆信号,前期3月和4月的PDO偏强（弱）、西风漂流区指数偏弱（强）时,重庆夏季可能易发生旱转涝（涝转旱）事件.
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贵州夏季水汽输送与旱涝的关系

利用NCEP/NCAR(1981—2014年)的全球逐月经向风和纬向风、比湿和位势高度场等再分析格点资料及贵州省84个地面观测站1981—2014年7~8月降水资料,研究了东亚地区水汽输送异常与贵州旱涝的关系。分析表明:贵州7、8月降水异常旱、涝年份,东亚地区水汽输送存在显著的差异。旱年,中国大部分地区低层以东北风水汽输送为主,贵州等长江中、下游流域地区是水汽辐散区,不利于降水的产生;涝年,则以西南风水汽输送为主,贵州等长江中、下游流域地区为水汽辐合区,为贵州的降水提供了充足的水汽和能量。由此进一步证明水汽输送的建立是贵州夏季旱涝形成的重要机制。     

中国东部气溶胶活化颗粒物浓度对区域气候影响的模拟研究

该工作利用区域模式(WRF),对我国东部三大城市群区域的气溶胶活化颗粒物浓度增加的气候效应进行了模拟研究.结果表明:增加气溶胶活化颗粒物后,我国东部许多地区的地表感热、潜热通量减少,华东大部分地区的地表2m气温降低;降水对气溶胶活化颗粒物浓度增加的响应较为复杂,缺乏一致的规律性,但增加活化颗粒物后,我国东部许多地区的降水明显减少;由气溶胶活化颗粒物浓度变化造成的大气水汽输送和水汽含量的变化,是气溶胶间接效应影响东亚夏季风降水的主要原因.从总体上来说,中国不同地区的气溶胶活化颗粒物浓度增加,使得中国东部大部分地区的低层气温降低、大气湿度降低、降水减少,呈现出干冷化的趋势.