华南季风槽暴雨特征分析

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明：持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。

     

季风低压诱发2018年8月广东特大暴雨过程分析

利用NCEP/FNL再分析资料和中尺度数值模拟方法探讨2018年8月27日—9月1日季风低压环境下广东特大暴雨过程的形成成因。利用扰动天气图方法分析发现,季风低压和西南急流为此次广东暴雨过程提供了有利的水汽条件和能量条件。熵变零线位置与降水落区位置有较好的对应,零线处能量有最大累积,有利于暴雨的发生发展,对预报暴雨降水落区有一定的指示意义。为进一步验证季风低压的影响机制,构建不同季风低压尺度的敏感性试验,即通过滤去季风低压环流中的扰动分量来改变季风低压的强度。结果表明：暴雨强度与季风低压尺度和强度存在密切的关系。当季风低压强度较强时,暴雨过程总雨量强;当季风低压强度较弱时,降水大为减少甚至无降水。诊断分析指出,能量螺旋度指数能够较好反映出不同情形下降水发生发展,在季风低压背景下,暴雨区能量螺旋度指数较大,降水强度较强。反之,随着季风低压强度减弱,能量螺旋度指数减小,降水减弱。     

一次引发南亚大暴雨的季风低压结构、涡度与水汽收支分析

对2003年夏季风期间,7月24～28日印度季风槽内季风低压发展西移与阿拉伯海中尺度低压合并引发南亚的一次大暴雨过程进行了诊断分析,探讨了印度季风槽、季风低压的三维结构以及低压区域的涡度、水汽收支.揭示和确认了一些事实:1)印度季风槽区对流层中下层存在明显的风场切变,槽区高温高湿,为单一性质的热带气团,低层为对流不稳定,槽区对应正涡度区;2)季风低压是一较深厚系统.动力结构为低层正涡度,高层负涡度,低层辐合,高层辐散.其西移速度约500 km·d.季风低压北侧整层为深厚的东风,南侧在对流层中低层为西风,在高层为东风.热力结构在低层(700～800 hPa)间存在弱冷区,而中高层几乎为暖心结构.低压对应高湿区,低压中心西侧整层为相对湿度大值区;3)季风低压的发展过程中,低层的辐合场制造正涡度,促进低压的发展;4)低压区水汽强烈辐合,西边界输入量最大.在此研究工作的基础上,作者还比较了夏季风期间南亚印度季风槽和东亚梅雨锋系统的异同.     

华南季风槽暴雨特征分析

利用EC再分析资料(2.5 °×2.5 °)及华南降水资料,统计分析了1971—2011年的5—9月145次南海季风槽活动过程与华南降水的时空分布特征,对发生区域性以上暴雨过程与不明显降水过程的高低空环流形势场进行多样本合成对比分析。结果表明:(1) 南海季风槽活动于5—9月,年平均3.6次及19.8天,一次季风槽活动的天数平均为5.4天;(2) 季风槽暴雨落区存在两个主中心和一个次中心,主中心分别位于广东和广西沿海,次中心位于广西东北部;(3) 南海季风槽可划分为西南季风扰动型和西南季风与东南季风辐合扰动型两类;(4) 区域性以上暴雨过程与不明显降水过程的环流特征共同点是环流系统配置相似,不同点是环流系统位置、强度及干湿特征存在差异;(5) 利用这些特征差异按类归纳,建立两类季风槽暴雨预报着眼点,可作为日常天气预报业务中,判别华南是否出现区域性以上季风槽暴雨过程的参考依据,为华南季风槽暴雨预报提供基本技术参考。      

双季风低压影响下的一次内陆山地暴雨成因分析

利用地面观测资料、台风路径数据、FY-2G卫星TBB资料以及NCEP再分析资料,对2019年7月攀西地区西部高海拔山区的一次暴雨天气成因进行了天气学诊断分析,结果表明：在这次山地暴雨过程中,南海季风低压发展形成的热带风暴“木恩”与印度季风低压的低层外围气流在攀西地区西部交汇并显著辐合。同时,地形对低层的暖湿气流存在强迫抬升作用,低层中尺度辐合线的位置和强度与中尺度对流性云团有较好的对应关系;低层显著的水汽辐合、中层强烈的上升运动以及低层不稳定能量的维持都有利于暴雨的产生。     

"18·8"广东季风低压持续性特大暴雨水汽输送特征

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明:持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。     

"18·8"广东季风低压持续性特大暴雨成因分析

利用NCEP FNL 1°×1°再分析、地面观测和广东雷达等资料,对2018年8月27日—9月1日广东季风低压持续性特大暴雨过程进行了综合分析,主要结论如下:(1)在南亚高压稳定少动、西太平洋副热带高压呈异常双脊形态、强盛的西南季风低空急流北抬的大尺度环流背景下,季风低压显著发生发展并缓慢偏西移,促使本次广东持续性特大暴雨过程的发生。(2)季风低压的生命史可划分为两个阶段:波动加强阶段与减弱消亡阶段。季风低压强度演变与暴雨落区范围大小的逐日分布是同步,但与日最大降水量逐日演变不完全同步。在低压由强转弱并加速远离阶段(8月30日),处于季风低压外围倒槽区的粤东地区却发生了破纪录的极端暴雨。(3)粤东极端暴雨发生在边界层动力辐合及水汽辐合最强、对流层中低层的层结最不稳定阶段,中层南海高压与季风低压的相互作用为暴雨增幅提供了有利条件。来自海洋的偏南暖湿气流北推与前期MCS冷池出流相互作用导致粤东沿海地面辐合线的形成,辐合线西段受莲花山脉地形阻挡和抬升作用长时间停滞维持,致使极端强降水回波的触发和维持。(4)雷达回波演变可划分为三个阶段:块状弱回波西移阶段、带状回波叠加强短雨带东北移阶段和回波减弱东南移阶段。强降水回波呈典型的低质心暖云对流降水结构。     

一次华南季风低压连续性暴雨过程的诊断分析

利用NCEP的FNL再分析资料、广东省区域自动站观测资料等,对2018年8月27日到9月1日发生在广东省的一次季风低压连续性暴雨过程的大气环流形势以及持续性降水的物理机制进行分析。结果表明:在高层辐散环境条件下,低层季风低压的长时间维持,为强降水提供有利的环境条件。低层的不稳定能量以及深厚的垂直上升运动,为持续性的强降水提供了有利的动力条件。暴雨期间,来自南海地区的暖湿气流为暴雨区带来了充足的水汽;暴雨区域的水汽总收支为净流入,其中南边界为强的水汽流入边界,西边界的水汽流入弱于南边界,北边界和东边界为水汽输出,经向的水汽辐合是暴雨区水汽辐合的主要贡献者。     

季风低压对台风生成影响的观测分析

选取2007年和2009年发生的4个季风低压个例, 利用FNL资料和CMORPH卫星反演的降水资料, 采用多尺度环流分析法, 对西北太平洋季风环流的多尺度特征进行了分析, 研究季风低压对台风生成的可能影响。分析发现:季风低压生成于季风槽中, 其天气尺度波列的气旋性环流中。虽然以季风槽为特点的低频环流为台风生成提供大尺度气候条件, 但是季风低压通过进一步提供较大的正相对涡度, 可以有效减小Rossby变形半径, 促进热带低压中中尺度对流系统的相互作用和合并, 有利于台风的生成。     

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。     

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。      

1994年华南暴雨期间夏季风的特征及其对水汽的输送

用拉格朗日方法计算等熵面上空气质点和物质的轨迹。分析指出１９９４年华南暴雨和夏季风异常有密切的关系,特别是东亚热带季风更是决定性的作用;用这种方法可以追踪水汤的源地及演变过程,分析气流对水汽的输送作用。     

用WRF与MM5模拟1998年三次暴雨过程的对比分析

使用NCAR和NOAA的新一代中尺度模式WRF(WeatherResearchandForecast)和UCAR/PSU的MM5 (v3)模式 ,对 1998年发生在中国的三次强降水过程 ,即 5月的 1次华南暴雨过程 ,7月初的 1次淮河流域暴雨过程和 7月下旬的 1次长江流域暴雨过程进行了数值模拟。模拟结果表明 ,WRF模式能够成功模拟这几次不同性质的降水过程 ;与MM5对比 ,WRF更好地模拟了引起这几次降水过程中的主要天气系统的位置和移动过程 ,从而使WRF模拟的降水落区好于MM5。但在这几次过程中WRF模拟的降水都较MM 5为小 ,也小于实况值 ,分析可见 ,WRF模拟的垂直速度明显小于MM5的模拟结果 ,这可能是导致模拟的降水偏小的原因之一。     

华南暖区暴雨中尺度对流系统的分析

利用自动站降水资料、卫星综合降水CMORPH资料、卫星TBB资料、雷达回波资料以及NCEP再分析资料等,分析了2007年5月26日发生在华南地区的一次暴雨过程,主要研究了与暴雨过程相关的中β尺度对流系统（M?css）的发展演变特征。结果表明：（1） 本次暴雨过程形成于地面低压倒槽及西南低空急流的左侧,暴雨区斜压特征不明显,是一次比较典型的暖区暴雨过程;（2） 暴雨至少与三个连续生消的M?css的活动直接相关,不同暴雨落区中降水峰值出现的时间与相应M?css发展强盛期对应关系良好;（3） M?css的发展演变表现为后向次第发展的形式,与华南另一种较为常见的前向次第发展类型不同,即新的对流系统主要在原M?css的后部形成;（4） 引发暴雨的中β尺度对流系统形成于850 hPa西南低空急流左侧的辐合区,高层200 hPa有明显辐散气流。但与典型华南前汛期暴雨区上空对应为南亚高压东侧向外辐散的类型不同,本次暖区暴雨位于入海南亚高压西侧的偏东和偏南气流的辐散区下方。（5） 低空急流不仅为暴雨区输送了丰富的暖湿空气,有利于中低层高不稳定能量存储区形成,相应的暖空气平流对对流系统的形成可能有更直接的作用。从地面中尺度流场出发,对这些暖区暴雨对流系统形成和发展的可能触发机制进行了有意义的讨论。     

华北汛期降水与亚洲季风异常关系的研究

文中诊断分析了华北汛期降水与亚洲季风区环流异常以及低纬地区热源异常的关系,结果表明:在华北汛期干旱年,亚洲季风偏弱,而在华北汛期降水偏多年,亚洲季风较强,并巳存在两个明显的变化中心,一个位于印度半岛中北部地区,另一个位于菲律宾群岛附近。华北汛期干旱年上述两个地区的热源偏弱,而降水偏多年则偏强。 华北地区干旱年和降水偏多年的前期亚洲季风区热源就已存在明显的不同:华北汛期干旱年前期,亚洲季风区的热源偏弱且位置偏南,表现出季节变化推迟的趋势;华北汛期降水偏多年前期,亚洲季风区的热源偏强且位置偏北,表现出季节变化提早的趋势。 利用IAP L9R15 AGCM气候数值模式,进一步研究了亚洲季风区凝结潜热加热异常对大气环流和华北地区降水的影响,结果表明,印度半岛中北部地区和菲律宾附近地区的凝结潜热加热异常将引起青藏高压和西太平洋副高的异常变化,进而影响到华北地区的降水。     

南海低压倾斜结构的特征分析

南海低压的中心的垂直方向上常发生倾斜，高低层的环流中心出现明显错位。如果预报员只关注卫星云图的云团动态，往往会得到低压中层环流中心的错误信息，使预报失败。因此对南海低压的预报更需要关注其低层环流的动态，特别在云团或风速极不对称致使低压环流可能出现转向时，或靠近陆地时都会出现云团和低层环流明显的倾斜，使南海低压的路径（特别是靠岸时）更复杂多变，需要谨慎分析各种资料信息，综合判断才能作出准确的预报。本文的工作旨在为南海低压的预报提供一些经验参考。     

影响山东夏季降水的季风水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR月平均风场和比湿资料分析了亚洲季风区平均水汽输送通量的气候特征和季节变化;研究了山东旱涝年季风区水汽输送的差异及其在不同时段对山东夏季降水异常的贡献。结果表明,山东地区的平均水平水汽输送通量存在着明显的年际变化,纬向、经向和总水汽输送通量随时间均呈单峰曲线分布,7月达极值;影响山东夏季降水的印度季风区水汽输送以纬向为主、副热带季风区水汽输送以经向为主;5~6月,来自热带印度洋的西南季风水汽输送通量、西太平洋热带和副热带东南季风水汽输送通量以及南海北部的水汽输送通量对山东夏季降水均有贡献,涝年水汽输送通量明显大于旱年。虽然7月来自印度洋的西南季风水汽输送通量达极值,但对山东夏季降水异常的贡献并不显著,7~8月主要是来自西太平洋地区的热带和副热带季风水汽输送对山东夏季降水异常的贡献较明显。     

两个路径相似台风暴雨过程的模拟分析

以两个路径相似的台风"海棠"和"凤凰"为研究对象,利用MM5模式对其二次登陆过程进行模拟并通过与实况的对比表明,模式对台风路径和暴雨的模拟是成功的。利用模式输出从动力、水汽、不稳定层结和地形等四方面对暴雨落区和强度进行诊断,结果表明:低层螺旋度正值区与未来12 h暴雨落区有良好对应关系,高层螺旋度负值区偏离暴雨区,螺旋度高低层耦合产生的倾斜上升气流是触发和维持台风暴雨的动力机制。在台风登陆过程中,浙南闽北一直有源源不断的水汽输入,登陆点北侧水汽输送大于南侧是造成台风降水非对称分布的重要原因。台风由暖洋面移入大陆"冷场"加强了不稳定层结,在"海棠"台风暴雨过程中,弱冷空气侵入台风环流,触发不稳定能量释放在暴雨增幅中起了重要作用,暴雨出现在相当位温等值线密集的向北倾斜锋区。地形对暴雨的增幅作用十分显著,迎风坡由于地形动力抬升有利于上升运动加强,使得对流发展旺盛,降水增加,形成暴雨中心。     

SENSITIVITY OF MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEMS AND ASSOCIATED HEAVY RAINFALL TO SOIL MOISTURE OVER SOUTH CHINA

The impacts of soil moisture(SM) on heavy rainfall and the development of Mesoscale Convection Systems(MCSs) are investigated through 24-h numerical simulations of two heavy rainfall events that occurred respectively on28 March 2009(Case 1) and 6 May 2010(Case 2) over southern China. The numerical simulations were carried out with WRF and its coupled Noah LSM(Land Surface Model). First, comparative experiments were driven by two different SM data sources from NCEP-FNL and NASA-GLDAS. Secondary, with the run driven by NASA-GLDAS data as a control one, a series of sensitivity tests with different degree of(20%, 60%) increase or decrease in the initial SM were performed to examine the impact of SM on the simulations. Comparative experiment results show that the 24-h simulated cumulative rainfall distributions are not substantially affected by the application of the two different SM data,while the precipitation intensity is changed to some extent. Forecast skill scores show that simulation with NASA-GLDAS SM data can lead to some improvement, especially in the heavy rain(芏50 mm) forecast, where there is up to 5% increase in the TS score. Sensitivity test analysis found that a predominantly positive feedback of SM on precipitation existed in these two heavy rain events but not with completely the same features. Organization of the heavy rainfall-producing MCS seems to have an impact on the feedback process between SM and precipitation. For Case 1, the MCS was poorly organized and occurred locally in late afternoon, and the increase of SM only caused a slight enhancement of precipitation. Drier soil was found to result in an apparent decrease of rainfall intensity,indicating that precipitation is more sensitive to SM reduction. For Case 2, as the heavy rain was caused by a well-organized MCS with sustained precipitation, the rainfall is more sensitive to SM increase, which brings more rainfall. Additionally, distinctive feedback effects were identified from different stages and different organization of MCS, with strong feedback between SM and precipitation mainly appearing in the early stages of the poorly organized MCS and during the late period of the well-organized MCS.