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。     

对华北一次特大台风暴雨过程的位涡诊断分析

通过对９６０８号台风低压及其外围暴雨位和等熵面上物理量场的分析,揭示了台风低压北上诱发暴雨过程的位涡场的结构及冷空气对暴雨增幅的作用,给出此次暴雨增幅过程的图像。分析表明：对流层低层中高纬度冷空气（高位涡）扩散南下在台风低压环流区附近的“侵入”作用是此次特大暴雨过程的最重要的原因之一;等熵面位涡的分析进一步说明了中高纬地区冷空气的活动状况;对流层高层或平流层低层位涡的下传有利于位势不稳定能量的释放     

1991年江淮特大暴雨的位涡分析与冷空气活动

文章用位涡分析讨论１９９１年５－７月江淮特大暴雨期间的冷空气活动特征及其对暴雨形成的作用，结果表明，在持续的东亚阻塞形势下，中高纬冷空气分三次以低频振荡（１５－２０天）的形式南下、侵入江淮流域。南下冷空气在江淮一带被来自低纬的西南暖气流和东南暖气流所切断，形成一高位涡冷空气中心，它与两支暖气流相互作用，维持梅雨锋，从而形成持续性暴雨。冷、暖空气相互作用的结果使东亚温度场呈现南北暖、中间冷的形式。      

东亚梅雨季节内振荡的气候特征

影响中国、日本、朝鲜半岛的东亚梅雨是夏季风向北推进过程中的特有雨季。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、CMAP降水资料,将夏季风影响及夏季风降水的季节转换相结合,定义东亚梅雨的入、出梅指标;进而采用集合经验模态分解信号提取方法对东亚梅雨区降水季节内振荡及其大尺度环流条件的气候特征进行了详细分析;并对东亚梅雨季节内振荡对降水事件的指示作用进行讨论,为东亚梅雨区降水的延伸预报提供依据和参考。研究结果表明:(1)采用标准化候降水量的空间覆盖率,同时兼顾夏季风影响等条件确定的东亚梅雨入、出梅划分指标可较好地反映东亚梅雨的气候特征及东亚梅雨期的大尺度环流形势。(2)东亚梅雨全年降水量存在三峰型分布特征,峰值分别位于第27、36及47候。该三峰型特征主要受10—20及30—60d的低频振荡影响。比较而言,30—60d振荡对梅雨区降水三峰型的贡献较10—20d振荡大。(3)东亚梅雨区峰值降水与热带环流及北方高位涡冷空气输送的低频演变密切关联。在梅雨区北侧,中高纬度里海附近冷空气(高位涡)低频波列的东传及鄂霍次克海高位涡的西南向输送共同影响东亚梅雨区。在梅雨区南侧,通过热带低频异常强对流的激发作用,热带西太平洋至中国东北—鄂霍次克海地区形成沿经向分布的低层气旋-反气旋-气旋-反气旋波列,进而导致梅雨区低层形成低频偏北风和偏南风的辐合;而印度西海岸和阿拉伯海地区异常对流活动产生的波列向东北方向传播,亦对梅雨区低频峰值降水产生影响。对于低频谷值降水的大气低频演变,情况与上述基本相反。(4)东亚梅雨区降水不同位相下出现极端降水事件的概率有明显差异。梅雨区降水低频峰(谷)值位相下出现异常多(少)降水量的概率约为30%。因此,上述梅雨区降水低频振荡演变相关的大气低频振荡特征对梅雨区降水事件的延伸预报具有参考价值。     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

1998年华南大暴雨冷空气活动的位涡场分析

用位涡分析方法讨论了1998年6月18－26日华南特大暴雨期间的冷空气活动特征。结果表明，在持续的东亚阻塞形势下，中高纬冷空气分三次南下，侵入江南至华南地区，造成三次大暴雨过程；南下冷空气在江南一带被来自低纬的西南暖湿气流和东南暖湿气流所切断，形成一高位涡冷空气中心。冷暖空气相互作用的结果使东亚温度场呈现南北暖、中间冷的形式。     

位涡诊断在云南夏季强降水预报中的应用

通过对云南夏季常见的"滇黔辐合型"强降水的个例分析,探讨位涡诊断在低纬高原的应用前景。发现干、湿位涡能较好地反映天气系统的演变特征,干位涡能反映冷空气活动的路径和暖湿气流的活动。高层干位涡具有向对流层低层延伸和低层干位涡具有向上伸展的特点,当高层干冷空气与低层的暖湿气流汇合,加上低层低涡切变的辐合机制,产生强烈的上升运动,这种形势极有利于对流不稳定能量的储存和释放,造成强降水。当高、低层干位涡减弱,两者相互作用减弱时,降水趋于结束。云南夏季常见的"滇黔辐合型"强降水过程的干位涡场表现在对流层中低层,高低纬呈现南北向或东北西南向高值带,当PV高值带断裂时,云南省强降水过程趋于结束。对流层低层湿位涡MPV1较PV能更好地反映对流层低层西南涡的移动和发展,在云南强降水过程中,700hPa上MPV1<0,MPV2>0。     

080125南方低温雨雪冰冻天气持续降水的数值模拟

利用WRF模式对2008年1月25—29日中国低温雨雪冰冻天气过程进行模拟。结果表明,雨雪期间长江中下游及以南地区长时间存在着高低空急流的耦合形态,且低空急流不断向雨雪区域输送暖湿水汽,使该地区低层的水汽辐合,促进大范围雨雪发生和维持：强高空辐散的抽吸作用,促进低空辐合、整层上升运动加强以及正涡度的维持．干冷空气从对流层高层倾斜南下加强了对流不稳定能量的积累.本次雨雪冰冻天气过程中存在明显的干侵入,降水区北侧对流层高层高位涡干冷空气沿等相对湿度（RH）线密集带侵入低层,促使雨区低层位涡中心迅速增大,促进强降水发生;本次过程表明位涡和降水有很好的对应关系,这对降水预报有很好的指示意义。由于极涡偏强促使冷空气南下,南方近地面浅薄冷空气使雨水结成冰导致灾害发生。     

位涡分析在新疆暴雨预报中的应用

根据位涡理论,选取2004年7月18~20日的一次由中亚低涡造成的盛夏暴雨过程做个例分析,对位涡与新疆地区降水和暴雨的关系进行了初步研究。结果表明:对流层高层干位涡能较好地反映冷暖空气的活动及天气系统的演变特征,位涡场比温度场、高度场能更清楚地示踪冷空气,这为研究冷空气的活动,特别是冷空气在触发暴雨中的作用提供了新的思路;对流层低层湿位涡与降水的强弱有良好的对应关系,当eθ线陡立时,易导致倾斜涡度发展,出现降水;当湿位涡MPV<0时,在eθ线陡峭密集区内易出现暴雨。     

2012年夏季华北降水和环流形势的低频振荡特征分析

对2012年夏季华北降水的低频振荡特征和相应的低频环流形势进行了分析,结果表明:2012年华北夏季降水具有显著的10~13 d低频振荡周期,振荡的演变和强降水有很好的对应关系,强降水过程基本发生在振荡的波峰处。强降水发生前,对流层低层在孟加拉湾地区首先出现低频反气旋式环流并逐渐加强,菲律宾至我国南海地区的低频环流系统逐渐向西北方向传播,中高纬西风带上有负低频高度距平东移,其伴随西风槽加深东移。对流层上层伊朗高原低频气旋式环流减弱,随后青藏高原东部低频反气旋式环流加强东移。强降水发生时,来自西北太平洋的低频偏南风和西风槽东移携带的低频水汽,为华北地区提供了充沛的低频水汽。同时对流层高层青藏高原的低频反气旋式环流东移控制我国中东部地区,华北至东北地区为强烈的低频辐散中心,上升运动加强,为降水的发生提供动力条件。对流层各层低频系统的相互配合对华北强降水的发生和维持起到了重要作用。     

2016年梅汛期降雨环流特征及ECMWF中期预报偏差分析

利用NCAR/NCEP逐日再分析资料和台站观测日平均降雨资料,分析2016年梅汛期的大气环流演变特点和期间3次强降雨过程的环流特征,对比了欧洲中期数值模式(EC模式)的预报能力,并对其中期预报降雨的落区偏北、强度偏弱的偏差原因进行分析。结果表明,2016年梅汛期中高纬度环流多变化,多冷空气活动但势力总体不强,夏季风在6月下旬和7月上旬逐步增强,西太平洋副热带高压稳定维持,为强降雨的发生提供了有利动力和水汽条件。在梅汛期前期EC在中期时效对于夏季风的预报强度偏强、副高位置偏北,直接造成模式预报的雨带位置偏北。EC对于乌拉尔山一带的环流系统预报能力较好,但对于日本海-鄂霍茨克海一带的环流系统预报能力较差,从而使得影响我国的冷空气路径和强度预报均出现偏差,这对于7月初的强降水的强度和落区预报也有明显影响。      

东亚夏季风强度的多尺度统计预测模型

东亚夏季风强度的变化与中国雨带和旱涝分布密切相关。为了做好东亚夏季风强度的短期气候预测,采用小波分析、Lanczos滤波器、交叉检验等方法,研究了东亚夏季风强度的多尺度变化特征,在年际与年代际尺度上分别寻找了它在前冬海温场、200 hPa纬向风场上的前兆信号,并利用最优子集回归建立了东亚夏季风强度的多尺度统计物理预测模型。结果表明:东亚夏季风强度存在准4年、准13年和准43年的周期振荡。年际尺度上,前冬赤道东太平洋(10°N~10°S,160°W~80°W)海温与东亚夏季风强度有最强的显著负相关,且它与东亚夏季风强度在200 hPa纬向风场上的前兆信号有较强的负相关;年代际尺度上,南半球60°S与35°S附近200 hPa纬向风之差与东亚夏季风强度有最强的显著正相关,且它与东亚夏季风强度在热带印度洋、低纬度东南太平洋、低纬度南大西洋的海温及亚洲副热带200 hPa纬向风等前兆信号有强的正相关。通过探讨这两个前兆因子对东亚夏季风强度的预测意义,揭示了他们影响东亚夏季风强度年际和年代际变化的可能物理过程。所建立的东亚夏季风强度多尺度最优子集回归预测模型,不仅对东亚夏季风强度的年际变化具有较好的预测能力,而且对异常极值年份也具有一定的预测能力。     

20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量评估

本文利用NCEP1和ERA40再分析资料, 并结合观测资料, 对最新公布的一套再分析资料——20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量进行了综合评估。本文主要是从气候态、年际变率、年代际变化三个方面, 来评估20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量。结果表明, 在气候平均态上, 20CR再分析资料基本合理再现了东亚夏季风区的高低层环流场(包括南亚高压、副热带西风急流、近地层风场)以及经向环流圈特征。但相较于NCEP1和ERA40, 20CR所刻画的南亚高压偏强, 西风急流偏北, 对流层中上层温度系统性偏高。在年际变率方面, 除了NCEP1在1967年之前存在偏差, 使其结果和ERA40、20CR不同之外, 三套再分析资料刻画的东亚夏季风变率在其它时段高度一致。三套资料在以纬向风为基础的东亚夏季风指数上的一致性, 高于以经向风为基础的东亚夏季风指数, 其中以低层纬向风为基础的东亚夏季风指数的一致性最高。20CR再分析资料可以较好地再现与东亚夏季风相联系的地表气温和降水年际变化特征, 其刻画的地表气温正相关中心位置偏西、强度最强, 且在河套平原地区有一个弱的负相关中心, 而其描述的降水在孟加拉湾和长江流域较之另外两套再分析资料更接近观测结果, 在热带地区和海上却反之。在年代际变化方面, 20CR再分析资料未能合理再现东亚夏季风年代际减弱的现象, 这也体现在不能合理再现青藏高原下游年代际变冷和“南涝北旱”降水型上, 这主要是因为20CR再分析资料所刻画的东亚地区对流层中上层年代际变冷信号偏弱所致。而在百年时间尺度上, 20CR再分析资料所刻画的东亚夏季风变化与观测较为一致;20CR再分析资料可以合理再现出东亚夏季风区1920年代前的显著冷期和1990年代之后的迅速增暖期, 但对1920～1950年代相对暖期和1950～1980年代相对冷期的再现能力较差。     

2004/2005年冬季强寒潮事件的等熵位涡分析

利用2004年12月1日—2005年2月28日的NCAR/NCEP逐日再分析资料,对2004年12月22日—2005年1月1日的强寒潮事件进行等熵位涡分析。结果表明:这次强寒潮事件的强冷空气来自欧亚北部和北极地区的高纬平流层下部与对流层上部。在寒潮爆发前期,高位涡强冷空气传播到贝加尔湖南侧,并被来自低纬度的低位涡空气所切断,在欧亚地区形成北部低位涡(阻塞高压)南部高位涡(低涡)的偶极型环流。随着低位涡的减弱消亡,高位涡强冷空气沿高原北侧向东南方向移动,当高位涡中心移到中国东部地区,高位涡空气柱在垂直方向上强烈向下伸展,使得气柱的气旋性涡度加强,东亚大槽迅速加深,引起寒潮的爆发。进一步分析表明,高位涡中心向南、向下传播过程中,等熵面上高位涡中心附近气流在其西侧和北侧地区沿等熵面下沉,引起上述地区低层西伯利亚高压迅速发展,导致强寒潮爆发。     

A STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN SPRING SOIL MOISTURE OVER CHINA AND EAST ASIA SUMMER MONSOON

The correlation analysis has been used to study the relationship between spring soil moisture over China and East Asian summer monsoon (EASM). It is shown that EASM has a strong positive correlation with spring soil moisture over southwest China and the Great Bend region of the Yellow River. A standard soil moisture index (SMI) has been defined using the observed soil moisture of the two regions. The results show that SMI has a strong correlation with EASM. The years of strong (weak) SMI are associated with stronger (weaker) summer monsoon circulation. In the years of strong SMI, the west Pacific subtropical high is much northward in position and weaker in intensity; the westerlies zone is also more to the north. All of these make EASM circulation move northward and cause the rainfall belt to relocate to North China and Northeast China. SMI can reflect the variation of the summer rainfall anomaly over eastern China. In the years of strong SMI, the rainfall belt is mainly located over the northem part of China.However, during the weak years, the summer rainfall belt is largely located over the mid- and lower- reaches of the Yangtze River. Additionally, the SMI has obvious oscillations of quasi 4-6 years and quasi 2 years. Moreover, negative SMI predicts EASM better than positive SMI.     

Analysis of Isentropic Potential Vorticity for a Strong Cold Wave During 2004/2005 Winter

Using the NCAR/NCEP daily reanalysis data from 1 December 2004 to 28 February 2005, the isentropic potential vorticity （IPV） analysis of a strong cold wave from 22 December 2004 to 1 January 2005 was made. It is found that the strong cold air of the cold wave originated from the lower stratosphere and upper troposphere of the high latitude in the Eurasian continent and the Arctic area. Before the outbreak of the cold wave, the strong cold air of high PV propagated down to the south of Lake Baikal, and was cut off by a low PV air of low latitude origin, forming a dipole-type circulation pattern with the low PV center （blocking high） in the northern Eurasian continent and the high PV one （low vortex） in the southern part. Along with decaying of the low PV center, the high PV center （strong cold air） moved towards the southeast along the northern flank of the Tibetan Plateau. When it arrived in East China, the air column of high PV rapidly stretched downward, leading to increase in its cyclonic vorticity, which made the East Asian major trough to deepen rapidly, and finally induced the outbreak of the cold wave. Further analysis indicates that in the southward and downward propagation process of the high PV center, the air flow west and north of the high PV center on isentropic surface subsided along the isentropic surface, resulting in rapid development of Siberian high, finally leading to the southward outbreak of the strong cold wave.     

河套地区春季扬沙天气影响因子的初步研究

通过对河套地区扬沙日数、冷空气活动及固定地段土壤湿度的研究 ,探讨了冷空气活动和土壤湿度对河套地区春季扬沙天气频次的影响。结果表明 ,春季大范围的冷空气活动提供了重要的扰动能量 ;同时 ,强冷空气活动较大的风速 ,为扬沙天气的出现提供了动力条件 ;土壤湿度偏小、土壤干燥疏松也是河套地区扬沙频繁发生的重要原因     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

采用1950-2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋)海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。