近50年我国持续性暴雨的统计分析及其大尺度环流背景

根据1951～2005年中国大陆730个台站的逐日降水资料和持续性暴雨发生的特点, 提出了采用局地持续性暴雨和区域持续性暴雨事件的两种客观定义来描述和统计近50年我国持续性暴雨时空特征及其变化。单站逐日降水量连续三天或三天以上均大于等于50 mm为一次局地持续性暴雨；区域持续性暴雨指在一定区域范围内连续三天降水量总和大于等于100 mm且每天降水量大于等于25 mm的面积超过某一阈值 (详细定义见正文）。根据局地持续性暴雨定义, 指出: 近50年中国局地持续性暴雨事件主要发生在江南和华南地区, 发生季节以6月为最多；根据区域持续性暴雨定义, 统计分析了四类典型的区域持续性暴雨类型, 分别是: 渤海辽西型、北方经向型、南方锋面型和华南低压型。其中南方锋面型又可根据持续性暴雨易发生的地理位置分为江淮型、江南型和华南型三种。对这六类区域持续性暴雨的历史个例进行同比分析, 研究了不同类型持续性暴雨发生的季节性和年际变化,以及它们在大尺度环流背景方面的共性特征。     

华南前汛期持续性暴雨统计特征及环流分型研究

利用1961—2013年华南区域305个国家级气象台站日降水资料、1980—2013年5—6月NCEP/CFSR再分析资料(分辨率0.5×0.5)等,定义华南前汛期持续性暴雨和暴雨持续日数,分析近53 a华南前汛期持续性暴雨特征及其大尺度环流形势;归纳有利于华南前汛期持续性暴雨发生的4种典型环流类型。结果表明:(1)华南前汛期持续性暴雨过程主要集中在5—6月,并存在准20 a振荡周期;1960年代前半段6月暴雨次数多,1960年代末期到1980年代5月暴雨次数明显增加,1990年代至2013年暴雨主要出现在6月,2006年后5月暴雨次数逐渐增加;暴雨过程持续日数一般3~4 d,超过10 d以上的单次过程仅4次。(2)华南前汛期持续性暴雨分为东亚槽底型、两脊一槽型、多涡旋型和纬向型,东亚槽底型和两脊一槽型次数相对较多,主要发生在5月下旬—6月下旬;纬向型次数最少,主要在5月上旬—6月初。(3)各型持续性暴雨过程500 h Pa中高纬地区环流特征各异,其共性是均有利于北方冷空气南下影响华南,低纬地区西太平洋副热带高压(副高)和孟加拉湾南支低槽维持少动,低层850 h Pa华南盛行西南暖湿急流;持续10 d左右的暴雨过程相较持续3~5 d的暴雨过程,副高位置偏西偏强,华南上空多短波槽活动,850 h Pa西南季风气流位置偏西偏北、风速偏大。     

四川省持续性暴雨定义及时空分布特征

采用1961—2014年四川省158个气象站的逐日降水量资料,定义了四川省单站和区域持续性暴雨的标准,分析了近54年四川省持续性暴雨的时空分布特征。结果表明,盆地单站持续性暴雨多发生在9月,主要出现在盆地西北部、西南部和东北部,一般持续3天,一次持续性暴雨事件降水量一般可达150~200mm。而攀西地区单站持续性暴雨发生的次数一般为1~3次,6月发生范围最大,最长持续时间为4天,主要发生在攀西地区东部。区域持续性暴雨多发生在7月,降水中心主要分布在盆地西部沿山一带及盆地东北部,这与单站持续性暴雨频次高值区的分布基本一致。区域持续性暴雨在2001年后发生频次较前期频繁,特别是持续3天的持续性暴雨事件发生频率较高,但是强度略有减弱。     

华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究

利用逐小时降水资料,采用客观方法对1982~2015年华南地区暖区暴雨进行了筛选和分类研究。主要结果如下:华南区域暖区暴雨事件共计177例,暖区暴雨占筛选的暴雨事件的16.86%,表明暖区暴雨是华南非常重要的降水过程。暖区暴雨主要出现在4~7月,6月份最多,平均持续11.58 h。暖区暴雨事件发生位置主要集中在广东、广西的沿海地区和粤北山区,有四个降雨中心。产生华南暖区暴雨的天气形势主要有四类,切变线型、低涡型、南风型和回流型,不同类型的暖区暴雨对华南地区的内陆和沿海的作用不同,且南风影响下的暖区暴雨发生频率较高,影响较大,是一类较为重要的暖区暴雨。     

江淮区域持续性暴雨过程的水汽源地和输送特征

采用HYSPLIT模式和NCEP/NCAR再分析资料,对中国江淮流域持续性暴雨过程（PHREs）的江南型和江北型过程的水汽源地、输送路径以及干空气路径进行分析。主要结果如下:江南型PHREs的干空气主要通过2条路径进入江淮地区,即源自地中海-欧洲平原的西北路径和来自蒙古高原的东北路径,而江北型PHREs干空气主要有1条路径,即西北路径。干空气是通过对流层中高层的槽脊活动和急流输送至江淮区域。江南型水汽主要由源自印度半岛以南的热带印度洋的西南路径和来自印度尼西亚与中国南海的偏南路径这2条路径输送到江淮流域。江北型的水汽路径有3条,前2条路径与江南型类似,且为主要水汽来源,还有来自西太平洋的东南路径水汽输送。江淮流域的持续性降雨过程中,来自南方的水汽输送主要受索马里越赤道急流、孟加拉湾南部和印度尼西亚群岛附近越赤道气流,以及受西太平洋副热带高压这些系统的影响。      

江淮流域持续性强降水过程的多尺度物理模型

本文对江淮流域持续性暴雨事件（PHREs）的多尺度物理模型和能量转换特征以及青藏高原东部对流系统东移影响下游地区降水的研究成果进行了总结。从欧亚大陆Rossby波列能量频散的角度揭示了江淮流域PHREs中纬度系统槽脊稳定的机制,定量分析了冷暖空气的源地和输送路径,提出了江南型和江北型PHREs的多尺度物理模型。从天气尺度和次天气尺度之间的能量转换角度呈现了不同尺度系统相互作用的物理图像,指出背景场的能量供给是直接触发暴雨的次天气尺度系统维持的最重要因子,尤其是在对流层的低层,动能的降尺度级串（即能量由背景场传递给次天气尺度系统）最强。研究表明青藏高原东部对流系统东移影响江淮流域的降水是一系列天气系统配合和活跃的结果,主要由青藏高原和四川盆地、二级地形和东部平原之间的热力环流、西南涡、二级地形以东中尺度涡旋和对流系统的共同影响。除了本文总结的内容,还有一些影响PHREs的因子值得深入研究,多尺度相互作用中的Rossby波源及其波列如何影响天气系统,中尺度系统对其背景场的能量反馈等。     

西南地区东部区域性暴雨事件的客观识别及其变化特征

利用区域性极端事件客观识别方法(OITREE)和1961-2018年西南地区东部118站逐日降水资料对该区域近58年的区域性暴雨事件进行了识别,确定了相应的OITREE方法的参数组,共识别得出246次区域性暴雨事件,其中25次达到极端强度,2004年9月3-6日发生的区域性暴雨事件是西南地区东部近58年来综合强度最强的一次区域性暴雨事件。进一步分析表明:西南地区东部区域性暴雨事件的持续时间主要为2天,最长为5天;事件的累积强度集中在500～1000 mm之间,累积面积集中在10×10~4～20×10~4km~2。西南地区东部区域性暴雨事件多发于5-9月,其中7月最多,占总发生频次的31.7%。四川东部和重庆西部的平原区是暴雨事件的频发和强度中心地区。近58年西南地区东部持续性区域暴雨事件增多[0.57次·(10a)~(-1)],持续时间延长[1.2 d·(10a)~(-1)],最大影响范围扩大[5.7×104km2·(10a)~(-1)],极端强度也增强[73.4 mm·(10a)~(-1)]。     

湖南夏秋季持续性区域气象干旱的时空特征

基于逐日气象干旱综合指数和持续性区域干旱识别方法,对1961—2017年湖南夏秋季持续性区域干旱事件进行识别,在此基础上分析干旱事件发生频率、持续时间、强度等时空特征。结果表明:近57 a来,湖南夏秋季持续性区域干旱平均每年发生1.4次,其年代际变化特征明显,21世纪00年代干旱频次虽少,但累积强度最大、持续日数最长,而20世纪90年代干旱事件相对偏少、偏弱。持续性区域干旱事件以夏秋连旱为主,7月28日至10月14日是高发时段。干旱持续时间主要集中在15～30 d,最长可达183 d,且持续时间少于40 d的多为一般干旱,重度及以上干旱一般持续110 d以上。持续性区域干旱事件主要表现为全省型、西北部型和南部型3种空间分布形态,全省型的干旱最多,且多为较重及以上等级。持续性区域干旱事件呈北少南多的空间分布特征,累积强度由西北向东南逐步增强,湘西北区域干旱程度较轻,洞庭湖区、湘中和湘南大部干旱程度较重。     

庐山台风暴雨天气系统配置与云型分析

使用近10a以来登陆台风对庐山暴雨影响的历史资料进行分析,结果表明:(1)影响庐山的台风移动路径主要为中路,细分为中路Ⅰ型和中路Ⅱ型,其中对庐山影响最大的是中路Ⅰ型,其它登陆台风,中心位置＜25 °N或＞30°N,对庐山的影响都很小.(2)中、低层以及地面合成场存在一定的共性,即(32 ～42 °N,100 ～ 110°E)一带形成高压阻挡坝,长江以南地区、南海以及台湾处于闭合低压区内.这种配置是庐山台风暴雨常见的天气系统配置类型.(3)庐山地形对台风降水的增幅作用十分明显.(4)庐山台风暴雨主要有3种云型:①台风外围环流云型;②台风螺旋雨带云型;(③台风低压(槽)云型.这3种云型表明了台风3个不同阶段的特征,庐山台风暴雨主要与西风带系统和副热带高压阻隔作用、涡旋Rossby波激发的螺旋雨带、中尺度对流云团发展以及低层西南暖湿低空急流等因素有关.     

El Nio事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解(extended singular value decomposition,ESVD)方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nio事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为:6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nio事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明:El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nio事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nio事件发生次年夏季长江流域涝而华南...     

Classification of persistent heavy rainfall events over South China and associated moisture source analysis

Persistent heavy rainfall events (PHREs) over South China during 1981–2014 were selected and classified by an objective method, based on the daily precipitation data at 752 stations in China. The circulation characteristics, as well as the dry-cold air and moisture sources of each type of PHREs were examined. The main results are as follows. A total of 32 non-typhoon influenced PHREs in South China were identified over the study period. By correlation analysis, the PHREs are divided into three types: SC-A type, with its main rainbelt located in the coastal areas and the northeast of Guangdong Province; SC-B type, with its main rainbelt between Guangdong Province and Guangxi Region; and SC-C type, with its main rainbelt located in the north of Guangxi Region. For the SC-A events, dry-cold air flew to South China under the steering effect of troughs in the middle troposphere which originated from the Ural Mountains and West Siberia Plain; whereas, the SC-C events were not influenced by the cold air from high latitudes. There were three water vapor pathways from low-latitude areas for both the SC-A and SC-C PHREs. The tropical Indian Ocean was the main water vapor source for these two PHRE types, while the South China Sea also contributed to the SC-C PHREs. In addition, the SC-A events were also influenced by moist and cold air originating from the Yellow Sea. Generally, the SC-C PHREs belonged to a warm-sector rainfall type, whose precipitation areas were dominated by southwesterly wind, and the convergence in wind speed was the main reason for precipitation.     

Typical Circulation Patterns and Associated Mechanisms for Persistent Heavy Rainfall Events over Yangtze–Huaihe River Valley during 1981–2020※

Persistent heavy rainfall events (PHREs) over the Yangtze–Huaihe River Valley (YHRV) during 1981–2020 are classified into three types (type-A, type-B and type-C) according to pattern correlation. The characteristics of the synoptic systems for the PHREs and their possible development mechanisms are investigated. The anomalous cyclonic disturbance over the southern part of the YHRV during type-A events is primarily maintained and intensified by the propagation of Rossby wave energy originating from the northeast Atlantic in the mid–upper troposphere and the northward propagation of Rossby wave packets from the western Pacific in the mid–lower troposphere. The zonal propagation of Rossby wave packets and the northward propagation of Rossby wave packets during type-B events are more coherent than those for type-A events, which induces eastward propagation of stronger anomaly centers of geopotential height from the northeast Atlantic Ocean to the YHRV and a meridional anomaly in geopotential height over the Asian continent. Type-C events have "two ridges and one trough" in the high latitudes of the Eurasian continent, but the anomalous intensity of the western Pacific subtropical high (WPSH) and the trough of the YHRV region are weaker than those for type-A and type-B events. The composite synoptic circulation of four PHREs in 2020 is basically consistent with that of the corresponding PHRE type. The location of the South Asian high (SAH) in three of the PHREs in 2020 moves eastward as in the composite of the three types, but the position of the WPSH of the four PHREs is clearly westward and northward. Two water vapor conveyor belts and two cold air conveyor belts are tracked during the four PHREs in 2020, but the water vapor path from the western Pacific is not seen, which may be caused by the westward extension of the WPSH.     

Pre-summer Persistent Heavy Rain over Southern China and Its Relationship with Intra-seasonal Oscillation of Tropical Atmosphere

Based on daily precipitation data supplied by the Chinese meteorological administration, hourly reanalysis datasets provided by the ECMWF and daily outgoing long wave radiation supplied by the NOAA, the evolution regularity of continuous heavy precipitation over Southern China (SC) from April to June in 1979-2020 was systematically analyzed. The interaction between specific humidity and circulation field at the background-scale, the intra-seasonal-scale and the synoptic-scale, and its influence on persistent heavy precipitation over the SC during the April-June rainy season were quantitatively diagnosed and analyzed. The results are as follows. Persistent heavy rainfall events (PHREs) over the SC during the April-June rainy season occur frequently from mid-May to mid - and late-June, exhibiting significant intra-seasonal oscillation (10-30-day) features. Vertically integrated moisture flux convergence (VIMFC) can well represent the variation of the PHREs. A multiscale quantitative diagnosis of the VIMFC shows that the pre-summer PHREs over the SC are mainly affected by the background water vapor (greater than 30 days), intra-seasonal circulation disturbance (10-30-day) and background circulation (greater than 30 days), and water vapor convergences are the main factor. The SC is under the control of a warm and humid background and a strong intra-seasonal cyclonic circulation, with strong convergence and ascending movements and abundant water vapor conditions during the period of the PHREs. Meanwhile, the westward inter-seasonal oscillation of tropical atmosphere keeps the precipitation system over the SC for several consecutive days, eventually leading to the occurrence, development and persistence of heavy precipitation.     

Main Energy Paths and Energy Cascade Processes of the Two Types of Persistent Heavy Rainfall Events over the Yangtze River–Huaihe River Basin

Two types of persistent heavy rainfall events(PHREs) over the Yangtze River–Huaihe River Basin were determined in a recent statistical study: type A, whose precipitation is mainly located to the south of the Yangtze River; and type B, whose precipitation is mainly located to the north of the river. The present study investigated these two PHRE types using a newly derived set of energy equations to show the scale interaction and main energy paths contributing to the persistence of the precipitation. The main results were as follows. The available potential energy(APE) and kinetic energy(KE) associated with both PHRE types generally increased upward in the troposphere, with the energy of the type-A PHREs stronger than that of the type-B PHREs(except for in the middle troposphere). There were two main common and universal energy paths of the two PHRE types:(1) the baroclinic energy conversion from APE to KE was the dominant energy source for the evolution of large-scale background circulations; and(2) the downscaled energy cascade processes of KE and APE were vital for sustaining the eddy flow, which directly caused the PHREs. The significant differences between the two PHRE types mainly appeared in the lower troposphere, where the baroclinic energy conversion associated with the eddy flow in type-A PHREs was from KE to APE, which reduced the intensity of the precipitation-related eddy flow; whereas, the conversion in type-B PHREs was from APE to KE, which enhanced the eddy flow.     

Comparison of two types of persistent heavy rainfall events during sixteen warm seasons in the Sichuan Basin

本文筛选出四川盆地西部(盆西型)和盆地东部(盆东型)持续性暴雨个例,深入对比两类持续性暴雨的大气环流特征和直接造成持续性暴雨的西南低涡维持的机理.四川盆地的短波槽和西太平洋副热带高压的配置有利于持续性暴雨的维持,盆东型的降水强度较盆西型个例强,高空急流位置偏南,南亚高压的强度更强,高层辐散更强,对流层中层副热带高压偏东偏南.盆西型的水汽输送主要来自南海,而盆东型的水汽输送主要来自南海和孟加拉湾.合成涡度收支的结果表明散度项是两类持续暴雨中西南涡维持的主要原因,但盆西型中,垂直平流的作用更强.     

基于低频振荡特征的夏季江淮持续性降水延伸期预报方法

本文利用1981~2008年我国南方地区200站逐日降水量、NCEP再分析资料和NCEP气候预报系统 (CFS) 的模式回算数据, 针对降水低频信号, 分析了江淮地区夏季降水的延伸期可预报性, 并选取对江淮持续性强降水有显著影响的东亚环流指数作为预报因子, 以降水20~50天低频分量作为预报量, 进行了针对江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸期预报试验。结果表明, 江淮地区夏季降水具有明显的20~50天周期的低频振荡特征。降水的20~50天低频振荡, 尤其是峰谷值位相的变化与实际降水集中期和中断期的交替有较好的关系, 研究20~50天降水低频分量的延伸预报, 对于江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸预报有一定的指示意义。本文尝试提出一种基于大气环流低频信号和数值模式预报产品的动力与统计相结合的预报方法, 以期为江淮地区夏季持续性降水过程的延伸期预报提供参考。     

2020年夏季我国气候异常特征及成因分析

2020年夏季我国天气气候极为异常,全国平均降水量为373.0 mm,较常年同期偏多14.7%,为1961年以来次多;季节内阶段性特征显著,6—7月多雨带主要位于江南大部—江淮地区,8月则主要在东北、华北及西南地区,致使2020年夏季雨型分布异常,不是传统认识上的四类雨型分布。通过对同期大气环流和热带海温等异常特征分析发现,6—7月,欧亚中高纬环流表现为“两脊一槽”型,东亚副热带夏季风异常偏弱,西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)较常年同期显著偏强、偏西,第一次季节性北跳偏早,第二次北跳明显偏晚,且表现出明显的准双周振荡特征;使得来自西北太平洋的转向水汽输送偏强,并与中高纬不断南下的冷空气活动相配合,水汽通量异常辐合区主要位于长江中下游地区,导致江淮梅雨异常偏多。热带印度洋持续偏暖对维持6—7月西太副高偏强偏西及东亚夏季风异常偏弱起到了重要作用。8月,欧亚中高纬环流调整为“两槽一脊”型,蒙古低压活跃;西太副高也由前期偏纬向型的带状分布转为“块状”分布,脊线位置偏北;沿西太副高外围的异常西南风水汽输送延伸至华北—东北南部,形成自西南到东北的异常多雨带,与6—7月江淮流域降水异常偏多的空间分布有明显不同。异常的热带大气季节内振荡活动是导致8月中低纬大气环流发生调整的重要原因。     

云贵高原锋线的动态特征

面向精细化的气象服务需求,为做到对云贵高原锋面系统变化的精准把控,深入认知其动态演变规律,基于50 a（1971—2020年）逐日台站观测资料,提出了一种利用线性拟合近似判定云贵高原地面锋线的方法,并通过综合分析锋线位置和锋线周边气象要素的空间分布和时间变化特征以及长持续锋线事件的锋线位置、走向变化,系统揭示了云贵高原锋线的移动特征,展现了云贵高原准“静”止锋的“动”态特征。结果表明,冷性锋线集中在102.5°—105°E,最大降温区在锋线东侧,暖性锋线集中在104.5°—105.75°E,最大升温区位于锋线西侧;锋线附近气象要素的变化与锋线的移动紧密相关,西进的锋线一般会伴随锋线附近的降温、升压和日照减少,东退的锋线则相反;根据长持续锋线事件的连续演变过程,可将锋线事件区分为静止、西移和东移3类,静止型出现次数最多,西移型可连续快速推进并伴随锋线南部的顺时针摆动,东移型出现频次较低且移速相对较慢。上述结果通过对云贵高原锋线,特别是其动态特征的客观定量描述,为该地区在锋线影响下各气象要素的精细化预报提供了重要参考。