近54a湖南区域暴雨的时空分布特征

基于1960—2013年湖南88个台站逐日降水数据,采取线性趋势分析等方法分析了近54 a湖南区域暴雨的时空分布特征。从时间变化上看,近54 a湖南区域暴雨日以6月208 d为最多,1月0 d为最少;夏季、春季、秋季及冬季区域暴雨日数占总日数的百分比依次为60%、29%、10%及1%。暴雨日数、暴雨强度均值突变点分别为1994年、1995年,暴雨初日的均值突变点为1983、1994年,暴雨终日无均值突变;暴雨日数与暴雨强度(暴雨发生终日)总体上呈上升(后延)趋势。基于突变点分段线性趋势分析表明,仅暴雨日数在1994—2013年及暴雨强度在1960—1994年期间呈显著下降趋势。从空间分布上看,区域暴雨强度及其与非区域暴雨强度的差值、区域暴雨持续2日或以上的暴雨强度及其与单日暴雨强度的差值的大值区主要位于湘西北及湘东南,小值区主要位于湘西南-湘东北的带状区域;全部站点的区域暴雨强度均大于非区域暴雨强度,89%的台站持续2日或以上的区域暴雨强度大于单日区域暴雨强度。区域暴雨、总体暴雨的台站暴雨最长持续日数分别为1~4 d、2~4 d,均集中在2~3 d且其站数占总站数的百分比分别为97.7%、96.6%。     

湖南省西南涡暴雨的分类研究

基于2012—2016年西南低涡年鉴资料、欧洲中心ERA-Interim再分析资料、湖南省站点降水数据及热带测雨卫星TRMM格点降水产品,对西南涡影响下的湖南省暴雨天气过程进行了普查与分析,并进一步利用多变量EOF法和k均值聚类法对西南涡暴雨天气进行了客观分类。结果表明:(1)西南涡暴雨占湖南总暴雨日数的三分之一,大多由偏东路径的盆地涡和九龙涡造成。(2)湖南省西南涡暴雨天气主要分为暖区类、回流类和锋面类,其中暖区类暴雨强度最强,回流类和锋面类强度相当。(3)西南涡暖区暴雨发生在西南涡槽前深厚的暖湿气流中,落区集中在湘中以北。回流暴雨主要形成于低空高压后部东风回流和西南涡槽前西南气流耦合区,落区集中在湘东南,该类是秋季西南涡暴雨的主要天气形势。锋面暴雨因锋区与西南涡槽前耦合叠加,落区位于锋面附近并沿切变线分布。     

1961~2013年湖南夏季高温气候特征

基于1961-2013年湖南82个台站夏季逐日最高气温数据,采取线性趋势分析等方法分析了近53 a湖南高温（最高气温≥35℃）气候特征。结果表明,湖南省夏季多年平均高温日数、高温均值及极端最高气温的大值区主要分布在湘东偏南及湘中偏北的部分地区。全省区域平均的多年平均高温站次及高温值总体呈线性增加趋势,7月中旬到8月上旬高温站次出现相对较多,7月8日起高温均值达到36℃以上并一直维持到8月末。高温最大持续日数总体呈现从湘中衡阳、株洲等地市向四周递减的分布趋势,极端持续高温日数阈值与高温最大持续日数空间分布较相似,但极端持续高温事件发生次数较多的台站主要分布在湘北、湘东南及湘西南。     

自贡七月暴雨天气特征分析

应用地面气象观测、雷达、风云二号卫星等资料,对自贡7月的三次暴雨天气进行分析。结果表明：高空低值系统、地面冷空气和副高阻挡,使得三次暴雨天气小时雨量大,范围也较大。“7.15”暴雨过程实况较模式预报低涡位置偏南,副高东退较慢;“7.2”暴雨过程实况地面辐合线均偏东,预报降雨落区与实况略有误差。数值模式预报对雨带把握较好,但对降水强度均较实况偏弱、偏北。NCEP、SWC数值模式和四川省气象台指导预报的降水强度和落区与实况更为接近。     

5类南岳高山气象站风场对湖南不同天气型强降水的指示作用

利用2006—2014年4—9月常规高空、地面观测资料以及同期南岳高山气象站(简称南岳站)逐时风场资料和湖南省96个常规观测站逐时雨量资料,对同期117例强降水天气过程进行天气影响系统分型,并分析5类南岳站风场型对湖南不同天气型强降水预报的指示作用。结果表明:南岳站风场在6种天气型强降水天气过程中主要有5种不同表现型,其中4类逐时风场演变特征对湖南强降水带移动和强度变化有较好的指示作用。该站南风超过10 m·s-1的时刻较湘北和湘西北地区开始出现强降水通常有2~6 h的预报提前量,达到急流标准(12 m·s-1)的时刻较湘中以北地区降水达到最强提前2~5 h,南风剧减至8 m·s-1以下或转为北风的时刻较湘南地区降水加强有2~4 h的预报提前量。当南岳站主导风为南风且风速在12~14 m·s-1之间时,湘西北和湘北降水强度最大,但当该站南风超过14 m·s-1时,雨区将北抬至长江以北。当该站主导风为北风且风速在1~3 m·s-1之间时,湘中和湘西南降水较强;当其在3~5 m·s-1之间时,湘中、湘西南、湘东南地区均有降水;当其超过5 m·s-1时,湘中和湘西南降水减弱或停止,湘东南降水则加强。台风暴雨期间,该站出现明显的南北风交替且风速基本在5 m·s-1以下时,强降水区一般位于湘东南。     

罗甸县暴雨的时空分布特征分析

通过对1951—2020年罗甸县逐日降水观测资料、2010—2020年罗甸县各乡镇逐日降水观测资料的统计分析,计算出要素保证率80%的值,采用线性趋势分析、等值线分布、Mann-Kendal检验、Morlet小波方法分析罗甸县境内暴雨的时空分布特征。结果表明：近70 a罗甸县年暴雨日数、近11 a罗甸县各乡镇总年暴雨日数均缓慢增多,区域暴雨次数逐渐减少,在年际变化中,均存在显著的3 a左右周期振荡。暴雨集中发生在5—9月,近70 a占全年暴雨日数91%,各月暴雨日数时空分布差异显著,暴雨发生最多月份为6月,近70 a平均每年1.3 d,占全年暴雨日数的36%。各乡镇年平均暴雨日数分布区域性特征明显,存在2个多值区（西北部、东南部）和1个少值区（西南部）。暴雨多发生在夜间,尤其大暴雨以上量级降水在夜间发生的概率高达93%。降水强度等级从北向南逐级减小,与罗甸县略呈“撮箕口”朝南地形较一致,从西北、北、东北向南逐级减小,在西部、东北部存在较稳定的2个极端暴雨中心。各乡镇连续暴雨次数分布差异明显,呈北多南少分布。总体而言,西部在年暴雨日数、暴雨强度、连续暴雨次数及连续降水量均居全县首位,在天气预报、防汛工作中应重点关注和防范。     

川西高原持续性暴雨特征和水汽输送

利用常规资料、NCEP FNL分析资料和HYSPLIT模式,对2008—2017年川西高原持续性暴雨过程的时空分布、环流分型、水汽源地和输送路径进行分析。结果表明:①2008—2017年川西高原单站持续性暴雨的总频次为337次,在21次区域持续性暴雨中,位于高原与盆地过渡区的泸定、康定、汶川出现持续性暴雨次数最多;②7月发生频率最高,持续时间多为3～4天;③将影响川西高原暴雨的环流分型为两槽一脊型、一脊一槽型、西风槽型和偏西气流型,其中孟加拉湾气旋影响有16例,6—7月个例都有孟加拉湾气旋的存在;④川西高原上空气团主要通过4条路径进入,源自北大西洋、地中海和伊朗中北部的西北路径占比29%,源自里海到咸海之间地区的东北路径占比17%,源自热带印度洋洋面的西南和东南路径各占比43%和11%,偏北路径的空气质点起始高度比偏南路径的高,相应的温度和水汽含量也偏低;⑤将水汽输送分为"S"型、偏西气流型和偏南气流型3个类型。     

哈密市三次暴雨过程水汽特征对比分析

利用常规观测、区域自动站逐小时降水、NCEP/NCAR和GDAS再分析等资料,对比分析了2018－2019年哈密市三次暴雨过程的环流背景、水汽输送、辐合（辐散）和水汽收支等特征。结果表明：三次暴雨过程均发生在巴尔喀什湖地区有低涡、蒙古地区有高压脊的环流背景下,当对流层高层南亚高压中心东移且东部中心强度增强、中亚西风槽前存在强西南急流,对流层中层欧洲高压脊偏强、低涡偏南、西太副高偏西偏北时,有利于暴雨落区偏南、降水强度强,反之暴雨落区偏北、降水偏弱。三次暴雨过程水汽源地、水汽输送路径及水汽贡献有所差异,水汽源地的多源性和源地水汽贡献量的多少会对哈密市降雨的强弱有一定的影响。对流层中低层蒙古的反气旋有利于暖湿空汽沿着河西走廊的偏东急流输送至暴雨区,有利于暴雨的增幅。三次过程不同边界水汽收支量有所差异,东边界的低层和西边界的中高层为水汽的主要输入边界。强降水区各边界水汽净流入的强度、维持时间以及水汽的辐合强度对强降水的发展和维持起关键作用。     

影响华南后汛期季风持续性暴雨和热带气旋持续性暴雨的大尺度环流背景分析

利用1961—2008年NCEP逐日、逐月再分析资料和全国和华南各省台站逐日降水资料,得到华南后汛期持续性暴雨74例,其中热带气旋 (TC) 引起的持续性暴雨 (TCR) 有54例,季风引起的持续性暴雨 (MSR) 有20例。TCR主要发生在8月,占TCR总数的52%,MSR主要发生在7月,占MSR总数的70%。两类持续性暴雨的出现次数具有明显的年代际变化特征,自1980年代以来发生的次数明显增加。通过对比分析得到,MSR主要由前期和同期热带中东太平洋异常海温持续偏暖所致,其一方面加强了南海夏季风环流、水汽辐合异常增强;另一方面增强了菲律宾海的对流,使得高空西风急流位置偏北;在两者的共同作用下,大气环流激发出“-、+、-”的EAP遥相关型波列分布,为7月持续性暴雨的发生提供有利条件。相比之下,TCR主要由于8月局地海温-黑潮区海温异常偏冷致使高空西风急流位置偏北所致。此外,叠加在这种尺度背景下,导致MSR和TCR发生的关键是10~20天季节内振荡导致系统由东南向西北传播。      

ECMWF和华东WARMS模式对山东半岛汛期暴雨的预报能力检验

利用欧洲中期天气预报中心细网格模式（以下简称ECMWF-Thin）产品和模式水平分辨率为9 km的华东区域气象中心中尺度数值预报模式V1.0（以下简称SMS-WARMS）产品,对山东半岛2016—2017年汛期35个暴雨日（26次过程）的暴雨预报能力进行检验。结果表明：1）对于降水强度,ECMWF-Thin预报偏弱导致暴雨和大暴雨漏报率偏高,大暴雨几乎全部漏报,当其预报有50 mm以上降水时出现暴雨的概率达90%以上,SMS-WARMS则预报降水量偏强、空报率较高,SMS-WARMS降水强度量级预报总体优于ECMWF-Thin,24 h预报能力最佳;2）对于强降水开始时间的预报,两家模式均表现为偏晚为主,且偏晚3 h以内的概率较大,在参考其预报结论的基础上可适当提前3 h;3）对于强降水落区,ECMWF-Thin略优于SMS-WARMS,SMS-WARMS对台风暴雨的落区预报较为精准,而其他类型暴雨的落区ECMWF-Thin预报多偏南或偏向西南1°以内,因此预报员需向偏东或东北1°范围内的区域调整;4）对于强降水范围大小的预报,ECMWF-Thin预报暴雨范围偏小的概率较大,而SMS-WARMS预报范围偏大的概率较大,因此需综合考虑两种数值预报结论进行折中预报。     

基于CMA-TYM和SCMOC的嫩江流域暴雨检验北大核心CSCD

选取2021年嫩江流域9个暴雨日,利用降水融合产品,采用CRA空间检验,对区域台风数值预报系统(CMATYM)和国家级智能网格指导预报(SCMOC)20:00起报的24 h降水预报产品进行检验。结果表明:CMA-TYM和SCMOC预报的最大降水量位置均偏西、偏北,CMA-TYM和SCMOC预报的降水落区均偏西,但前者偏北,后者略偏南,SCMOC预报优于CMA-TYM。误差分析表明:CMA-TYM和SCMOC预报的暴雨落区最大降水量和平均降水量比实况偏小,格点数、面积较实况偏大,但整体上,CMA-TYM预报更接近实况。CRA空间检验显示,CMA-TYM预报的降水强度和落区形态、SCMOC预报的降水落区位置和形态较接近实况,具有一定指示意义。     

近37年来湖南暴雨时空变化特征分析

利用湖南97个气象站1981—2017年逐日降水资料,采用线性趋势分析、集合经验模态分解(EEMD)等方法,分析了湖南近37年来年暴雨和大暴雨日数、强度、贡献率等气候特征。结果表明,近37年来,湖南年平均暴雨日数在地理上总体呈北多南少的分布。最大值出现在湘中一带,有两个中心,分别位于南岳高山站(暴雨为6.95 d;大暴雨为1.19 d)和安化(暴雨为6.10 d;大暴雨为1.16 d);最小值出现在湘西南的怀化城步(暴雨为2.40 d;大暴雨为0.11 d)。湖南年暴雨与大暴雨日数、强度及对降水的贡献率自1981—2017年均呈显著上升趋势,暴雨与大暴雨日数的2～3年、4～8年周期变化性质明显,且近些年来,有变化频率加快的趋势。     

河南区域暴雨的若干雷达回波特征

利用新一代多普勒天气雷达资料及国家、区域自动站和常规高空地面资料,分析了2008-2013年河南省9次区域暴雨回波系统的形态、结构特征、移动特点和降水强度等,分析了区域暴雨过程中中γ尺度对流系统的降水特征。结果表明:1)河南区域暴雨落区主要位于高空槽前和副高西北侧、中低层切变线之间、低涡东南侧、低空急流左前侧,以及地面倒槽或气旋顶部偏北到偏东气流中。2)从新一代雷达监测产品来看,河南省区域暴雨主要有积云降水、积层混合降水和层状云降水三种回波类型,其中混合降水包括以积云为主的混合降水和以层云为主的混合降水,是河南省区域暴雨的主要回波类型。3)降水强度与回波类型、结构特征、移动特点等均有关系,特别是≥50 mm/h的短时强降水与γ中尺度对流系统密切相关,强降水超级单体可造成局地50 mm/h以上的强降水,并多伴有雷暴大风、龙卷等剧烈对流天气。一般情况下,积云降水强度最大,混合降水次之,层云降水强度最小。综合分析来看,雨强与回波强度比与回波性质有更好的相关性。≥50 mm/h的强降水多由强降水超级单体和因辐合、气旋、后向传播等使回波加强、合并、发展旺盛的准静止状态的50~60 d Bz的强积云降水回波产生;≥20 mm/h强降水多由积层混合降水中≥45 d Bz的积云回波产生。10 mm/h以上的降水落区和≥40 d Bz的较强回波有很好的对应关系;40 d Bz的层云回波降水强度通常在10 mm/h以下。     

青岛地区暖区暴雨特征研究分析

利用2011—2018年常规和非常规气象观测资料,统计分析青岛地区38个暖区暴雨日的基本特征。结果表明:(1)青岛地区暖区暴雨按发生的天气形势主要可分为暖切变型、冷锋型、副高边缘I型及产生连续性暴雨的副高边缘II型。(2)暖区暴雨主要发生在7—9月,其中7、8月发生次数较高。暴雨落区和青岛的地形关系密切,在南北山区形成两条暖区暴雨高发生带。(3)暖区暴雨的强对流特征明显,短时强降水的贡献随总雨量的增加而加大,且降水时段集中,主要降水产生在6 h以内。(4)冷锋型和暖切变型的天气形势均为北部西风槽配合偏南的副热带高压,低层有明显的西南暖湿气流输送水汽,其中冷锋型有明显冷空气南下在华北南部形成东北西南向冷锋,而暖切变型的中支槽前在渤海西部有低涡生成,前部暖切位于半岛北部地区。两类副高边缘型均为西低东高形势,青岛处于副高西侧,且副高边缘II型的副高位置更为偏北,东移的西风槽更加深厚,与副高形成东西对峙,易出现连续性暴雨。(5)各型暖区暴雨基本发生在低层高能舌的顶端及由于风速切变和地形抬升造成的水汽辐合区域。     

湖南盛夏两次连续性暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料和NECP的1°×1°再分析资料,从暴雨特征、天气背景和暴雨发生的动力、水汽、热力条件及非地转湿Q矢量等方面对2010年7月8—13日和2012年7月12—19日湖南两次大范围暴雨天气过程进行对比分析,并对暴雨造成的洪涝灾害成因进行阐述。结果表明：湖南两次暴雨过程的环流形势和水汽输送路径均存在一定程度的相似性;东北低涡和低层切变线是造成两次持续性暴雨过程的主要影响系统;850 hPa的θse高值区、垂直上升速度中心及湿Q矢量负值区与暴雨落区有较好的对应关系,对暴雨预报有一定的指示作用。第二次暴雨过程冷空气势力比第一次暴雨过程更强,低层切变线在湘北及湘中偏南地区摆动,使较强水汽辐合在中低层维持了5 d,因此第二次暴雨过程影响范围更广且持续时间更长。而第一次暴雨过程副热带高压更强盛,高、低空急流耦合作用更明显,垂直上升气流更强,高能高湿更易触发短时强降水;同时由于第一次暴雨过程开始前湖南全省降雨已经明显偏多,且强降雨带集中在湘北地区,加之受灾最严重的地区又属于地质灾害多发区,从而更易导致滑坡、崩塌和泥石流的发生。     

2011年9月陕西关中一次连阴雨中暴雨过程机理分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图资料等,对陕西关中2011年9月5—6日的连阴雨中的暴雨过程进行诊断分析,结果表明:700hPa切变线、陇南低涡、西南急流和地面冷锋为此次暴雨的主要影响系统;水汽主要来源于700hPa;影响系统建立先于强对流云团发展3h以上;对流云团沿着700hPa切变线分布区域发展;暴雨时段始终维持强倾斜上升运动;暴雨区落区位于对流云团西侧θse值密集区附近,降水强度随着云顶亮温的降低而增强;700hPa暖湿气流沿850hPa冷垫爬升,冷暖交汇偏北,强降水发生在冷平流区。     

甘肃东南部两次极端致灾暴雨对比分析

为了研究甘肃东南部相同气候背景条件下极端暴雨天气的成因,提高极端暴雨强度和落区预报的准确率,利用NCEP再分析、自动气象站降水、常规观测资料及卫星云图资料,对2013年8月7日和2017年8月7日发生在甘肃东南部两次极端暴雨进行对比分析。结果表明:两次极端暴雨天气过程都伴随着短时强降水等强对流性天气,具有降水量大、雨强强、灾害重的特点,其中冷空气的强度对暴雨落区、空间分布以及影响系统移动以及对流强度产生重要影响。在强冷空气和高空低槽、低层切变线影响下,暴雨区偏南,强降水区域小,持续时间短,不稳定条件更好,对流强度更强;在弱冷空气和高原槽、低层低涡、低空急流作用下,暴雨区偏北,强降水范围大,持续时间长,大气湿层厚度大,低层水汽辐合强度、涡度以及垂直速度更强,降水效率更高,但对流强度相对较弱。卫星云图上,在强冷空气的影响下对流发展旺盛,形成强中尺度对流云团,对流云团呈带状;在弱冷空气作用下对流云团尺度小,发展范围小,有暖云降水特征,降水效率高。     

中国东部夏季暴雨日数的分布特征及其与大气环流和海温的关系

采用1961—2010年NCEP/NCAR再分析资料,NOAA海表温度资料和中国国家气候中心整编的中国东部387站逐日降水资料,分析了中国夏季暴雨日数的分布特征及其与大气环流和海温的可能关系。结果表明:(1)近50年中国东部夏季暴雨日数经历了3次年代际变化,先后发生在20世纪70年代中后期、90年代初以及21世纪初。(2)根据经验正交函数(EOF)分析主模态的空间分布型,结合聚类分析的方法,将中国东部夏季暴雨日数主要分为6种类型:渤海型、北方型、淮河型、长江型、南方型、南方和北方两支型。该分型对实际暴雨日数分布具有较好的代表性。(3)分析中国东部夏季暴雨日数不同分布型的环流场特征,结果表明暴雨日数的分布类型与东亚夏季风密切相关,渤海型和北方型分布对应季风位置偏北,淮河型和长江型分布对应季风位置偏南,南方型分布时季风位置更加偏南,当暴雨日数呈现南方和北方两支型分布时,季风较强,影响中国东部大部分地区。(4)分析中国东部夏季暴雨日数不同分布型的水汽输送特征,结果表明,影响中国东部夏季不同暴雨日数分布型的水汽输送与西太平洋的异常反气旋式环流密切相关,形成暴雨的水汽更多来自于西太平洋。(5)分析中国东部夏季暴雨日数不同分布型的海温场特征,结果表明,渤海型和北方型暴雨日数多发生在拉尼娜发展或者维持时期;淮河型和长江型暴雨日数多发生在厄尔尼诺维持或者衰减时期;南方型暴雨日数多发生在厄尔尼诺发展时期;而当暴雨日数呈现出南方和北方两支型时,整个太平洋和北印度洋大部分地区均呈现出偏冷的状态,海、陆热力差异显著。     

双台风形势下上海地区一次暴雨过程的预报分析和对比

通过对双台风形势下上海地区一次暴雨过程的预报分析和对比,发现这次暴雨的落区有别于传统的3类台风暴雨落区,即台风本体和螺旋雨带、台风倒槽以及与冷空气结合。这次暴雨是由于其中一个台风左后侧的偏北气流与另一个台风的倒槽东南气流相结合所致,提出其为第4类暴雨落区。各业务模式的检验表明,由于无法精确描述各台风的位置、结构和强度,现阶段模式对此类暴雨的预报能力可能偏差,对模式预报结果进行修正使用的难度高,加上此类暴雨出现的概率很低,因此,在短期预报时段内(24 h预报时效以上),此类暴雨的预报难度高。临近预报需要特别关注强降水发生之前,地面形成的局地辐合线。      

乌东德水电站开建以来坝区暴雨的统计研究

对乌东德水电站开建以来坝区暴雨及伴随的短时强降水时空分布进行统计研究,并划分出暴雨天气概念模型。结果表明:乌东德水电站开建以来坝区共出现18个暴雨日,平均3.0个/a,暴雨自6月上旬开始出现,到10月上旬结束,出现暴雨最多的季节是夏季,多为范围小的局地性暴雨出现。暴雨日数、年平均降水量、20~30mm h-1及≥20mm h-1的短时强降水的空间分布均呈现“西北多东南少”的特征。20~30mm h-1的短时强降水发生频次最多(占63.6%),其次为30~40mmh-1(占27.3%),40~50mm h-1最少(仅占9.1%)。短时强降水及不同等级短时强降水均表现为夜间高发、白天低发的日变化特征。总结归纳出切变冷锋型8次(占44.4%)、两高辐合型4次(占22.2%)、西南涡型2次(占11.1%)、孟加拉湾风暴型2次(占11.1%)、切变线型1次(占5.6%)和高空槽型1次(占5.6%)六类暴雨天气概念模型。