南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

IMPACTS OF MONTHLY ANOMALIES OF INTRASEASONAL OSCILLATION OVER SOUTH CHINA SEA AND SOUTH ASIA ON THE ACTIVITY OF SUMMER MONSOON AND RAINFALL IN EASTERN CHINA

The impact of strong (weak) intraseasonal oscillation (ISO) over South China Sea (SCS) and South Asia (SA) in summer on the SCS and SA summer monsoon and the summer rainfall in Eastern China are studied by using the NCEP-NCAR analysis data and the rainfall data of 160 stations in China from 1961 to 2010. It is found that the impacts are significantly different in different months of summer. The study shows that in June and July cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SCS and SA corresponds to strong (weak) ISO over SCS. In August, however, strong (weak) ISO over SCS still corresponds to cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SA. In June and August cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over South Asia corresponds to strong (weak) ISO over SA while a strong (weak) ISO corresponds to anticyclonic (cyclonic) atmospheric circulation over SA in July. Besides, in June the strong (weak) ISO over SA corresponds to cyclonic (anticyclonic) atmospheric circulation over SCS, while in July and August the atmospheric circulation is in the same phase regardless of whether the ISO over SA is strong or weak. The impacts of the strong（weak）ISO over SCS on the rainfall of eastern China are similar in June and July, which favors less (more) rainfall in Yangtze-Huaihe Rivers basin but sufficient (deficient) rainfall in the south of Yangtze River. However, the impacts are not so apparent in August. In South Asia, the strong (weak) ISO in July results in less (more) rainfall in the south of Yangtze River but sufficient (deficient) rainfall in Yangtze-Huaihe Rivers basin. The influence on the rainfall in eastern China in June and August is not as significant as in July.     

春季江淮气旋及影响的统计分析

以Lu[1]改进的温带气旋识别方法为基础,结合江苏省73个人工气象观测站的降水资料,统计分析了近35年来春季江淮气旋及其与江苏春季暴雨的关系。结果表明,近35年来,春季江淮气旋发生的次数呈现趋势性递减的变化,其源地主要集中在安徽西南部的大别山东侧和西北部的淮河上游平原。江淮气旋对沿江苏南的春季暴雨有重要影响,而对淮北地区暴雨的影响最弱,给江苏春季带来区域性暴雨的江淮气旋主要是介于中尺度和天气尺度之间的次天气尺度系统。引起淮北和江淮之间两个区域暴雨的江淮气旋源于皖、豫、鲁三省交界处的比例较高。春季江淮气旋造成的暴雨区主要位于气旋中心附近和气旋的南部。其中,淮北地区雨区主要位于气旋中心附近,沿江苏南的雨区在气旋中心和南部均有分布。气旋中心涡度和风速大小、低空西南急流的位置和水汽通量辐合的位置是暴雨落区差异的主要原因。     

梅雨期区域边界水汽输送模型及其数值试验

通过诊断分析,提出梅雨期中国区域边界水汽输送特征模型,即高原中部区域西边界与低纬南海、西太平洋南边界为水汽输送流入主体,西太平洋东边界为水汽“流出”主体。数值模拟研究表明:1998年洪涝特大暴雨过程6月与7月份水汽输送通道特征存在差异,6月中下旬长江流域暴雨过程以西边界与南边界水汽流共同输送为主体,其中南海西太平洋区域水汽输送显著,7月份水汽输送过程以高原中部区域西边界“水汽流”为主体。因此,高原中部区域西边界与中国区域南边界的水汽输送对长江流域特大暴雨的形成均具有重要的作用。区域边界水汽流的时空特征分析及其理论模型将为长江流域暴雨预报提供科学依据。     

南海季风爆发前罕见连续3场暴雨特征及成因

2010年5月上中旬南海季风尚未爆发,广东一周内出现罕见的连续3场区域性暴雨 (下称连场暴雨)。利用常规气象观测资料和NCEP分析资料,从降水时间特征和环流形势对比了连场暴雨和持续性暴雨的异同,并应用局地经向环流数值模式诊断探讨其可能形成机制。结果表明:中高纬度地区阻塞形势建立对广东5月连场暴雨和6月持续性暴雨发生均尤为关键,连场暴雨期间阻塞高压位于乌拉尔山附近,降水与中纬度短波槽南下密切相关;而持续性暴雨期间阻塞高压偏东位于亚洲大陆中部,降水主要受热带西南季风北推影响。尽管大尺度环流背景相似,但3场暴雨过程天气系统配置差异较大。数值诊断结果进一步表明:激发连续3场暴雨的主要物理因子为潜热加热、温度平流和西风动量输送。潜热加热是此次连场暴雨的正贡献和正反馈的最直接因子,而西风动量输送和温度平流对暴雨发生有一定触发作用和指示意义 (超前0~1.5 d)。因此,分析和预报季风爆发前的连场暴雨过程,应注意中高纬度地区西风动量输送、冷暖平流活动和相应的天气形势演变。     

长江流域不同区域暴雨发生机理的比较研究

对发生于1998年7月21日长江流域不同区域同时次的两个暴雨个例发生的机理进行了比较研究。结果表明：长江上游的贵州思南暴雨受西南涡、低空急流及南亚高压的影响，雨区位于低空急流的左中侧，水汽主要来源于孟加拉湾。而长江中游的武汉暴雨不受西南涡的影响，主要是边界层偏南风急流、低空西风急流、高空西风急流三者上下耦合的结果，其水汽来源主要是南海，暴雨区上空低层为非热成风的对流不稳定，高层为非热成风的对称不稳定。     

中国东部夏季降水特征及其与西太平洋副高的关系

利用中国东部160个气象观测站1951年-2012年夏季（6-8月）的月平均降水资料,运用EOF分析方法,分析中国东部夏季降水的时空分布特征及其与西太平洋副热带高压的关系。结果表明:（1)夏季,中国东部降水大值区域从华南移到江淮流域,然后到达华北和东北地区。（2) 中国东部夏季降水EOF第一模态空间分布为长江以北与黄河以南地区之间存在一个降水大值雨带, EOF第二模态显示出整个东部沿海地区的降水量以长江为界,长江以南降水偏少,长江以北降水偏多,且江南与江北的降水呈反位相。（3)在西太平洋副热带高压较强的年份,江淮流域降水偏少,华北地区降水偏多;西太平洋副热带高压较弱的年份,江淮流域降水偏多,华南地区降水偏少。     

一次连续性暴雨中双雨带的成因分析

利用NCEP/ NCAR 1 ?×1 ?再分析资料,对2005年6月17—22日发生在长江以南的一次连续性暴雨过程分析发现,在连续性暴雨过程中,长江以南有两支雨带存在,北雨带与冷锋降水以及副热带西风急流右后方的非地转场引起的质量调整有关。南雨带的形成与东、西风急流和南亚高压的共同作用有关：东风急流中心右后部的非地转场可形成反环流,有利于南雨带形成;南亚高压脊线附近以及东风急流的右后方的du/dt<0,可导致雨区附近及南部强的v-vg<0场出现;当西风急流南压,在雨区的北部即西风中心的后部可形成强的v-vg>0,三者共同作用的质量调整使雨区上空出现强辐散场导致暖区强降水出现。分析发现南雨带中层有θe锋区存在,该锋区有利于不稳定能量的释放,使暴雨加强,当南北锋区接近时雨带合并。     

1998年长江流域梅雨期暴雨过程的水汽输送特征

通过对1998年第二次青藏高原大气科学试验期间的加密观测资料、NCEP／NCAR资料、1998年6—7月暴雨2个关键强降水时段水汽通量特征的诊断分析及其区域边界水汽输入问题的数值模拟研究表明：1998年长江流域特大暴雨过程是在有利的持续异常且稳定的大尺度环境场及中尺度风场的配合下发生的；6月与7月水汽输送特征存在差异；高原中部区域西边界与中国区域南边界的水汽输送对此次梅雨期特大暴雨的形成均有重要作用，即水汽源及其侧边界水汽通道特征的显著变化对梅雨期不同阶段长江流域特大暴雨的形成、发生和发展作用明显；水汽的时空分布特征为长江流域持续性特大暴雨的预报提供了着眼点。     

1998年夏季中国暴雨洪涝灾害的气象水文特征

文章分析了1998年夏季我国长江、嫩江、珠江流域发生的严重洪涝灾害的气象、水文特征及其成因。6月中、下旬珠江、长江、嫩江流域出现了持续性强降水, 局部地区下了大暴雨; 7月下旬长江流域出现了“二度梅”, 湖南、湖北和江西省普降暴雨; 8月上半月嫩江流域再次出现持续性强降水。频繁的强降水使长江、嫩江、华南西江等干、支流水位迅猛上涨, 支流河水不断涌入干流, 使得干流洪峰迭起。雨水和洪峰迭加, 引发了百年一遇的大洪水。1998年7月副热带高压南落是造成长江流域“二度梅”的主要原因。副热带高压、南海季风涌、中高纬冷空气和从青藏高原东移的中尺度对流系统 (MCS) 等4个因子的最佳组配, 有利于长江流域出现持续性强降水。     

THE APPLICATION OF ASSIMILATED AIRCRAFT DATA IN SIMULATING A HEAVY RAIN OVER SOUTH CHINA IN JUNE 2005

Regular and irregular observational data are used to analyze and simulate a torrential rain over the south of China on 18 – 24 June 2005. Since the regular data cannot depict the rainfall system fully, GRAPES model is used to simulate this process. Different data are assimilated for 12 hours by its simulating system and different analysis data are obtained. In order to analyze how well the model forecast has been improved with the addition of assimilated aircraft data, these different analysis data are used as the first-guess data to conduct two control numerical simulation tests. From these tests, it is proved that the model that adds aircraft assimilation data can simulate the main region of precipitation, which is more consistent with the observed precipitation than the model that does not, and that the accuracy rate is also improved. These numerical simulation tests not only show that it is necessary and capable to improve the modeling of this torrential rain process by using aircraft data, but also lays the foundation for forecasting heavy rains in the south of China based on aircraft data.     

飞机报资料在0506华南致灾暴雨过程模拟中的应用

利用常规和非常规观测资料,对2005年6月18～24日华南地区的一次致灾暴雨过程进行了分析,并对18～19日的过程进行了模拟研究。由于常规观测资料的分析对于描述暴雨的系统结构等方面尚显不足,因此利用GRAPES模式对此次暴雨过程进行了模拟研究。采用不同资料,利用模式同化系统经过12小时的同化,将得出的不同的同化分析场作为模式的初始场,对此次过程进行24小时的数值模拟做对比模拟试验,来对比分析飞机报同化场对于模式预报的改进作用。试验证明,利用有飞机报加入的同化分析场做初始场的模拟结果不仅能够模拟出主要的降水区域,而且降水强度与实况更加吻合,比未加入飞机报的控制试验结果的准确率提高了。飞机报资料的使用对于提高此次暴雨过程模拟效果是可行的、必要的,而且也为该资料用于华南暴雨的预报奠定了基础。     

近千年中国东部夏季雨带位置的变化

Based on the variations of geographical locations, the summer rain belts over eastern China were classified in this study into eight types: Inner Mongolia, North China, the Yellow River, the Huaihe River, the Yangtze River, the northern and southern parts of Jiangnan ( to the south of the lower Yangtze River valley), and South China. The file of 8-type rain belts was compiled from 1470 to 2005, and in order to extend the file of rain belts, it was further merged into a file of 4-type rain belts and also completed during the last millennium from 1000 to 1999. At last, the two files show that summer rain belts frequently occur in the Yangtze River valley in warm climate periods, but in the Yellow River or the Huaihe River valley in cold periods.     

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。     

1998年夏季长江上游暴雨过程的水汽输送特征

应用ECMWF再分析资料,分析了1998年夏季长江上游9次暴雨过程的水汽输送特征.结果表明:长江上游暴雨的水汽主要来源于孟加拉湾、南海和西太平洋,也存在由阿拉伯海北部经印度半岛北部再经青藏高原东南部进入长江上游的水汽路径;不同暴雨过程其水汽来源差别较大;长江上游的复杂地形和水汽输送形式的共同作用是决定长江上游暴雨发生的一个重要因素;当西太平洋副热带高压偏南、偏西、偏强,印度季风低压偏弱时,有利于长江上游暴雨的水汽输送;长江上游水汽输送的特征决定了其暴雨过程发生发展的复杂性.     

长江下游旱涝与夏半年欧亚环流30～60天振荡的年际变化

对 2 5a(1 971～ 1 995年 )逐候东半球热带外 50 0 h Pa高度距平场进行小波分析和旋转主成分分析 ,研究了 30～ 60 d低频振荡的时空变化及其与长江下游夏季旱涝和暴雨频数年际变化的关系。结果表明 :6～ 1 0月欧亚型 (EU)低频振荡强度与长江下游暴雨频数成显著负相关 ,同时 ,提出了能揭示变量间非线性关系的对比函数分析 (CFA)方法 ,发现当 5～ 8月西太平洋型 (WP)低频流型偏强时 ,长江下游暴雨频数增加 ,容易发生洪涝 ;反之 ,无明显影响。仅当前期 3～ 5月南亚大陆型偏强时长江下游降水量偏少 ,而 3～ 5月南亚大陆型偏弱时暴雨频数明显增加。因此 ,长江下游旱涝与低频流型异常之间同时存在线性和非线性相关。     

中国东部降水的极端特性及其气候特征分析

基于1960—2017年观测数据分析了中国东部降水极端特性的地区差异、季节和气候学特征及变化格局,探讨了与全球变化和区域气候变率的关联性。结果表明,极端性降水的演化与降水均值或总量的气候型态、降水集中性和持续性密切关联,尤其雨带迁移和雨型演替是影响极端性降水地区差异与时空演变的根本因素。气候变化背景下,中国东部极端性降水强度和频次变化存在较好的协同一致性,近60年来在长江以南,强度加大的地区极端性降水亦趋于频发。同时,两者季节特征和地区差异明显。春季东北地区及华北北部极端性降水强度和频次均有明显增加。近60年来夏季极端性降水强度和频次的趋势变化在长江以南均以增加为主,以北以下降为主。秋季极端性降水强度和频次在华北地区亦呈增加趋势。冬季华南和江南地区极端性降水强度和频次趋势变化均以增加为主。华北地区及以北和内蒙古的西部冬季极端性降水强度增加显著,但频次变化不明显。而东北地区北部冬季极端性降水在强度减小的情形下,其频次仍趋显著增加。特别是中国降水主要集中在夏季,自1980年代以来中国东部夏季多雨带南移,雨型以北方型和中间型占优,转换为以长江型和华南型为主,多雨带的极端性降水群发性强,影响指数显著增加。此外,太平洋年代际振荡(PDO)暖位相及ENSO暖事件期间,长江以北夏季极端性降水的影响指数会显著降低。而东亚夏季风的减弱则有利于长江中下游等地区夏季极端性降水的频发和群发,极端性降水强度加大,其影响的危险性趋于增强。      

南半球环流异常与我国夏季旱涝分布关系及其影响机制

利用1951—2000年NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料及全国160站降水量资料, 采用奇异值分解、相关和合成分析方法, 研究6—8月南半球500 hPa高度、高低层纬向风距平差异常 (Δu₈₅₀-Δu₂₀₀) 与我国夏季旱涝分布的关系及其影响机制。结果表明:当500 hPa澳大利亚高压脊偏强及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为负值时, 来自南半球冷空气活动偏弱, 有利于西北太平洋副热带高压位置偏南, 热带季风偏弱, 我国夏季雨带偏南。反之, 当澳大利亚高压脊偏弱及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为正值时, 我国北方降水偏多。同时, 定义了澳大利亚冬季风指数, 指出澳大利亚冬季风强年和弱年影响我国夏季旱涝分布异常的水汽输送型式不同。     

PRINCIPAL MODES OF THE SOUTH PACIFIC SSTA IN JUNE, JULY AND AUGUST AND THEIR RELATIONS TO ENSO AND SAM

The relationships of variations of sea surface temperature anomalies (SSTA) in the South Pacific with ENSO and Southern Hemisphere Annular Mode (SAM) are examined in the present article by employing the NCEP-NCAR reanalysis from 1951 to 2006. Two principal modes of South Pacific SSTA are obtained using the EOF (Empirical Orthogonal Function) analysis for austral winter (June, July and August). Our results suggest that EOF1 is closely related with ENSO and EOF2 links to SAM. The EOF1 varies largely on an interannual and EOF2 on a decadal scale. The time series of coefficients of EOF1 is highly correlated simultaneously with Nino3 index. However, the time series of coefficients of EOF2 is significantly correlated with the March-April-May mean SAM index. Both the EOF1 and EOF2 are found in significant correlation to summer precipitation over China. With higher-than-normal SSTs in the eastern South Pacific and simultaneously lower SSTs in the western South Pacific in June-July-August, the summertime rainfall is found to be less than normal in northern China. As displayed in EOF2 of SSTA, in years with lower-than-normal SSTs in mid-latitude southern and equatorial eastern Pacific and higher-than-normal SSTs in the equatorial middle Pacific in March-April-May, the summer precipitation in August tends to be more than normal in regions south of Yangtze River.     

江淮锋面和华南暖区两次暴雨过程可预报性对比

以2008年6月9—10日江淮地区的锋面暴雨和2008年6月6—7日华南地区的暖区暴雨为例,采用模式试验的方法,研究了这2个不同地域不同类型的暴雨的模式可预报性的差异．控制试验的结果表明,2个地区的暴雨都可以用WRF模式得到较好的模拟再现．通过在控制试验的初始场上对温度场和风场添加高斯随机扰动误差构造敏感性集合成员,结果表明初始场的微小误差在24 h内使得华南暴雨与江淮暴雨的模拟结果都发生较大改变,但华南暴雨的误差增长快于江淮暴雨,导致华南暴雨模拟结果发生更大的改变．通过对集合离散度的分析表明,华南暴雨与江淮暴雨的离散度都随积分时间延长而不断增大,但华南暴雨的集合离散度增长更快,华南暴雨的集合离散度在模式各层上都远大于江淮暴雨．从误差增长和集合预报的角度讲,华南暴雨的模式可预报性比江淮暴雨的模式可预报性差