我国南方西南和中东部区域两次持续性低温雨雪过程与关键环流系统的关系研究

利用NCEP再分析资料和国家气象信息中心提供的753站逐日气温和降水资料,对比分析了我国南方西南和中东部区域两次持续10 d以上的低温雨雪过程,结果表明:(1)两次过程中欧亚大陆中高纬东亚大槽均加深,但环流形势有差异。西南过程呈现"北高南低"形势,关键脊区在贝加尔湖,而中东部区域过程"北高南低"和"西高东低"形势共存,关键脊区从乌拉尔山延伸至贝加尔湖。两次过程异常的环流与北大西洋向东传播的波列有关。(2)西南过程关键脊区提前过程3 d发展并东移至贝加尔湖,形成稳定形势;而中东部区域过程关键脊区提前过程一周发展,在开始日达最强。两次过程均伴随蒙古高压东移南压使地面降温,500 hPa关键脊区超前蒙古高压2 d变化。西南过程降温主要受到冷平流和绝热冷却影响,而中东部区域过程主要受到冷平流的影响。(3)西南过程水汽来自孟加拉湾,只受南支槽支配。中东部区域过程水汽来自孟加拉湾、南海和西太平洋,由南支槽和西太平副热带高压的共同影响。两次过程水汽正收支主要来自南边界。

基于CMIP6模式对青藏高原平均降水的模拟评估与预估

青藏高原降水对区域气候和水循环有着重要影响,在全球变暖的大背景下,研究青藏高原的降水分布及趋势变化十分必要.以1995-2014年青藏高原观测降水为基准态,评估第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中20个模式对青藏高原年和季节平均降水的模拟能力.结果表明,CMIP6模式能够较好地模拟出青藏高原降水从东南向西北减少的空间分布特征,但模式模拟仍存在湿偏差,平均降水偏差达到1.3 mm·d^(-1).而且对于冬季模拟降水,模式之间存在较大的差异,模式标准差在3 mm·d^(-1)以上.在共享社会经济路径SSP5-8.5和SSP2-4.5情景下,基于20个模式的模式集合(AMME)与择优选取的五个模式组成的集合(BMME)对中期(2045-2065年)和长期(2081-2100年)平均降水的未来预估,整体上青藏高原未来降水将有所增加,SSP5-8.5情景增幅大于SSP2-4.5,长期降水增幅大于中期.中期降水变化与长期分布一致,除了冬季和秋季南部地区、夏季东部地区表现为降水减少之外,其他大部分地区表现为全年和季节平均降水量的增加.BMME预估全年和季节平均降水增幅往往大于AMME.未来年平均降水的增加主要来源于春季降水的增加.

甘肃河东夏季区域性短时强降水环流形势分类特征

甘肃河东地区短时强降水易致灾,预报预警难度大。利用2010-2021年夏季加密观测站逐小时降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,筛选出甘肃河东50次区域性短时强降水天气过程,基于这些天气过程的500 hPa位势高度距平场,使用K均值客观聚类分析和主观天气学检验相结合的方法进行天气尺度环流形势分类,并通过合成分析和中尺度对流天气环境场条件分析方法构建不同类型的天气尺度系统配置概念模型。结果表明:(1)甘肃河东区域性短时强降水的天气尺度环流形势可分为高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型和西北气流型四类。(2)副高边缘西南气流型引发的区域性短时强降水次数最多,两高切变型和高原槽东移型发生频率相当,西北气流型发生次数最少。(3)四种类型的环流形势在天气系统配置、抬升条件、水汽条件和不稳定条件等方面存在显著差异。高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型三种类型发生时西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)所处的位置逐渐向西向北推进,水汽条件和不稳定条件逐渐趋好,当高空槽引导冷空气东移南下,斜压锋生形成大范围短时强降水。高原槽东移型抬升条件最好,短时强降水落区偏南;两高切变型冷空气偏北且主要由对流层低层侵入,短时强降水落区偏北;副高边缘西南气流型冷暖气团交汇最剧烈,斜压锋生最强,短时强降水范围及强度也更大。西北气流型的动力条件和水汽条件是四类中最差的,但强烈的中高层干冷平流叠加低层暖湿气流或温度暖脊形成了四类中最好的不稳定条件,短时强降水落区较分散。

2024年2月大气环流和天气分析

2024年2月北半球大气环流主要特征表现为极涡呈偶极型,东半球极涡中心位于鄂霍次克海到勘察加半岛上空,较常年同期偏强,影响我国的冷空气路径偏东;中纬度环流呈三波型,位于西伯利亚的平均槽较常年偏强,西风带短波槽活动频繁;南支槽位置偏东,西太平洋副热带高压显著偏强。2月全国平均气温为-1.8℃,较常年同期(-1.3℃)偏低0.5℃;平均降水量为22.5 mm,较常年同期(16.3 mm)偏多38%。月内有3次主要冷空气过程,其中2月17—22日强寒潮造成剧烈降温和显著低温。受南下冷空气和强盛的西南暖湿气流共同影响,月内出现2次大范围持续性低温雨雪冰冻天气过程,冻雨强度大、范围广,降水量具有极端性,对春运造成严重影响。此外,2月还出现了年度首次沙尘和强对流天气过程。

白鹤滩水电站干季偏北大风环流形势分析和客观判识

基于2018—2020年11月至次年4月金沙江下游峡谷区139次干季偏北大风天气个例开展大风天气环流形势的分析,并参考Lamb-Jenkinson方法建立客观判识条件,并对判识条件进行检验和修正。获得以下结论:选择水电站15次典型偏北大风天气,通过对环流形势特征分析,将影响大风的高空环流概括为:南支槽型、高原槽型和横槽型。15次个例中南支槽型和高原槽型均出现了6次,横槽型出现了3次。基于Lamb-Jenkinson方法的环流特征参数分析,确定了干季大风环流客观判识的关键区和初步判识条件。南支槽型和高原槽型判识条件为关键区地转风纬向分量u>10 dagpm/10°(经度),且与经向分量v的差(u-v)>10 dagpm/10°(经度),同时地转涡度ξ>0 dagpm/10°;横槽型判识条件为关键区u<20 dagpm/10°(经度),且要求ξ>u。另选取2021年干季14次大风个例检验以上环流判识条件,发现有11次准确识别出环流类型。根据未识别出环流类型的原因,对u和u-v的阈值进行修正,结果表明修正后的判识条件准确可行。最终建立的环流形势客观判识方法可为白鹤滩水电站大风预警提供参考。

2024年4月大气环流和天气分析

2024年4月北半球极涡呈单极偏心型分布,中心位于新西伯利亚群岛西北洋面,强度偏强;中高纬环流呈四波型,我国基本为正距平,西太平洋副热带高压强度较常年偏强,位置偏北。全国平均气温为13.2℃,较常年同期(11.5℃)偏高1.7℃;全国平均降水量为71.9 mm,较常年同期(43.6 mm)偏多65%,平均气温和降水量均为1961年以来历史同期第一。月内仅出现1次主要冷空气过程;10次强对流和7次大范围降水过程,均主要集中在南方且较常年偏多;6次沙尘过程影响北方地区,西南地区干旱阶段性发展。

2023年12月大气环流和天气分析

2023年12月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈多极型分布,欧亚中高纬环流经向度大,东亚大槽偏强,西太平洋副热带高压异常强盛。12月,全国平均降水量为12.2 mm,较常年同期(11.9 mm)偏多2.5%;全国平均气温为-2.6℃,比常年同期(-3.0℃)偏高0.4℃。月内共出现6次冷空气过程、1次沙尘天气过程和1次大范围持续性雾-霾天气过程。其中13—16日,我国大部地区遭遇的强寒潮过程具有影响范围广、降温幅度大和低温极端性显著等特点。

2024年7月大气环流和天气分析

2024年7月北半球极涡呈绕极分布,较常年同期偏强;西北太平洋副热带高压较常年同期强度偏强,位置偏西、偏北。全国平均降水量为139.9 mm,较常年同期偏多15%,为1961年以来历史同期第三多,有33个国家级气象观测站日降水量达到或突破历史极值;出现7次区域性暴雨天气过程,受台风格美及其残余环流影响,24—28日台湾地区、福建东北部、广东东部、湖南东部和南部等地局地先后出现特大暴雨。月内有2个台风生成,较常年同期偏少。全国平均气温为23.2℃,较常年同期偏高1.0℃,为1961年以来历史同期最高,浙江大部、江苏南部、江西西北部、湖南中部等地月平均气温较常年同期偏高2~4℃;出现持续性高温过程,南方共有53个国家级气象观测站日最高气温达到或超过历史极值;高温日数较常年同期明显偏多,江南局地高温日数超过25 d。

2023年11月大气环流和天气分析

2023年11月北半球大气环流的主要特征是:极涡呈多极型分布,与历史同期相比,主体强度显著偏强;中高纬度地区环流形势为“四槽四脊”,亚洲中高纬度地区环流整体呈西高东低型,但东亚大槽偏弱;副热带高压强度显著偏强。11月全国平均气温较常年同期(3.3℃)偏高0.5℃。全国平均降水量较常年同期(20.2 mm)偏多9%,降水显著偏多地区主要在内蒙古、东北地区、华北南部和黄淮北部,东北部分地区降水量突破历史同期极大值。月内冷空气活动较为频繁,大气扩散条件整体较好,中东部等地较少出现雾和霾天气。月内出现了2次北方型寒潮天气过程。

2024年1月大气环流和天气分析

2024年1月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型分布,欧亚中高纬环流呈纬向“两槽一脊”型,东亚大槽偏东。1月,全国平均降水量为16.3 mm,较常年同期(14.1 mm)偏多15.6%;全国平均气温-3.8℃,较常年同期(-4.8℃)偏高1.0℃。月内气温起伏较大,出现了1次全国型寒潮过程和2次大范围持续性雾-霾天气过程。其中20—22日的寒潮天气过程具有影响范围广、降温幅度大、大风持续时间长、暴雪极端性强等特点。

2024年3月大气环流和天气分析

2024年3月北半球极涡呈单极偏心型分布,强度偏强;中高纬环流呈异常四波型,亚洲环流较平直。我国北方基本为500 hPa高度场负距平区域,西太平洋副热带高压较常年偏西、偏强,南支槽较常年偏弱。全国平均气温为6.0℃,较常年同期偏高1.2℃。全国平均降水量24.0 mm,较常年同期(29.4 mm)偏少18.4%,然而,内蒙古北部和西北地区中东部降水量较常年同期显著偏多。月内,发生1次大范围降雨过程;强对流天气频繁,出现3次区域性强对流过程,局地强度强;出现2次冷空气过程,降温幅度不大。此外,北方地区出现3次沙尘天气过程,西南地区冬春连旱持续。

2024年6月大气环流和天气分析

2024年6月北半球极涡总体呈多极型,中高纬西风带环流为“四槽四脊”型分布,锋区位置总体偏北,低纬度地区西太平洋副热带高压强度明显偏强、位置偏西。6月全国平均气温较常年同期(20.4℃)偏高0.6℃,出现4次大范围高温天气,主要发生在西北、华北、黄淮等地。随着印度季风爆发以及6月17日长江中下游地区入梅,全国平均降水量较常年同期(102.8 mm)偏多11.9%,南方大部地区共发生5次强降水过程。累计降水量显著偏多地区主要位于江淮及其以南地区,部分地区降水量突破历史同期极值。

长江中下游致洪大暴雨事件的关键环流型聚类分析

大范围的持续性暴雨事件会影响水文条件,造成洪水影响。本文针对20世纪60年代以来长江中下游致洪大暴雨事件个例,基于随机分化模拟退火聚类方法和扰动集合相似方法,研究致洪大暴雨事件的关键环流型及其对大暴雨的定量贡献。结果表明,长江中下游致洪大暴雨事件多发生在梅雨集中降水期,多个事件平均的日峰值降水强度达暴雨量级。致洪暴雨的500 hPa环流形势可聚类为4类,分别为:东亚南高北低型(1型)、东亚三明治型(2型)、南支槽型(3型)和高纬双阻型(4型)。4个聚类下的西太平洋副高和南支槽对致洪大暴雨的贡献较为稳定,约占3成和1.5成;而中高纬系统影响较不稳定,东北亚环流异常对聚类1、3和4型的贡献平均近2成,贝加尔湖阻塞异常对聚类2型有微弱贡献;中纬度西风槽异常对聚类4型的贡献约为2成。4个聚类下的10~30 d和30~60 d低频环流显著异常区和原始观测的环流异常关键区基本一致。西太平洋副高区的低频环流对所有事件均有正贡献,占比约2~7成;其中,除30~60 d低频环流对所有事件有影响外,其10~30 d低频活动对聚类1~2型事件也有明显影响。南支槽区的30~60 d低频环流对聚类3和4型事件的贡献占比为27%和16%。大暴雨事件相联系的高纬低频环流关键区分别位于贝加尔湖和鄂霍茨克海(1型)、乌拉尔山和西风槽区(2型)、东北冷涡(3型),且贡献各不相同(12%~31%)。上述关键环流型及其定量贡献评估结果可为加深对致洪大暴雨事件的形成认识和预报预测提供依据。

华南切变线研究的现状与展望

华南前汛期暴雨研究一直是大气科学领域的研究热点,也是难点。华南切变线是华南地区最为重要的天气系统之一,与华南前汛期降水密切相关。为了提高华南地区暴雨的预报能力,深化对华南切变线的认识,文章从华南切变线的定义、结构、发展机制、影响作用、与其他天气系统相互作用等方面,回顾了华南切变线的相关研究及其成果。同时,结合预报业务实际,展望了在多源大气探测资料不断出现的当今,华南切变线研究值得进一步深入的科学问题。

浙江沿海两个台风暴雨环流过程的对比分析

“烟花”和“梅花”是两个均在浙江舟山登陆,并在浙江沿海产生强降水的热带气旋。本文利用常规气象站观测资料和ERA5再分析资料,对两个台风影响浙江沿海并造成台风暴雨的成因进行对比分析。结果表明:①“烟花”受多系统、缺少明确引导气流环境的影响,移动缓慢,降水时间长;“梅花”受冷空气南下渗透影响,台风变性,多集中性暴雨发生。②“烟花”有两条水汽输送带和两个明显的水汽辐合区,为长时间暴雨提供充足水汽;“梅花”只有一条水汽输送通道,但有一个相较“烟花”更加强烈的水汽辐合区,使暴雨落区更加集中,雨强更大。③“烟花”受长时间低层暖湿气流和垂直风切变维持的影响,降水时间长,但强度较弱;“梅花”影响期间,上升运动强烈,降水效率高,降水多由短时暴雨形成。

乌拉尔阻塞高压的维持发展及其与2020/2021年冬季强寒潮活动的关系

2020年岁末至2021年初前后两次强寒潮侵入我国,引起大范围的强烈而持续的降温。本文对于其相应的环流特点及成因进行了分析研究,主要结论是:(1)从环流形势看,两次寒潮的发展过程,都是属于“横槽转竖”的类型。但是,自2020年的12月中旬至第二次寒潮结束,乌拉尔地区始终维持着宽广的高压脊(阻高),并未出现阻塞崩溃或不连续后退的现象。这与多数东亚地区寒潮爆发时的环流特点有差别。(2)乌拉尔阻塞高压及其脊前北风的加强和维持,使其前侧的斜压性大大加强。下游槽底的等高线日益密集,冷平流也不断发展,增强和向南推进。这些都推动了西伯利亚高压的加强和南扩。(3)在两次寒潮过程发生之前,源自0°E附近的低频静止波能量向东传播,有利于乌拉尔高压脊的维持、加强以及其下游低槽发展,为冷空气的向南爆发提供有利条件。

南亚和东亚热带夏季风强弱不同配置及其对中国夏季降水的影响

利用NOAA向外长波辐射(OLR)、NCEP/NCAR再分析资料和CN05.1降水资料,研究了南亚和东亚热带夏季风强度年际变化关系,及其强弱不同配置对中国夏季降水的影响。结果表明:南亚和东亚热带夏季风强度变化之间存在同相和反相两种配置,定义的强度同相和反相变化指数可以很好地表征该关系。同相变化模态可能与海温异常时的强El Nino(La Nina)影响有关,其反相变化模态受El Nino(La Nina)以及印度洋海盆一致模的影响,同时西太平洋副热带高压和伊朗高压位置东西偏移和强度变化也影响着不同配置的出现。两者不同配置时,对中国夏季降水的影响不同。当变化呈同相偏强时,夏季中国东部地区降水为“中间少南北多”的雨型。当变化呈反相,东亚热带夏季风偏强南亚夏季风偏弱时,夏季中国东部地区降水为“一致偏少”雨型。

2022年10月大气环流和天气分析

2022年10月大气环流的主要特征是北半球极涡呈单极型分布且较常年同期强度偏强,欧亚地区中高纬环流呈“两槽一脊”型,西太平洋副热带高压较常年位置偏西、偏北,强度偏强。10月,全国平均气温为10.8℃,较常年同期(10.6℃)偏高0.2℃;全国平均降水量为34.4 mm,比常年同期(35.6 mm)偏少3.4%。月内我国有2次暴雨天气过程,一次受高空槽、低空急流和副热带高压影响,另一次受台风尼格和高空槽影响。10月共有5个热带气旋在南海和西北太平洋活动,生成个数较常年偏多1.2个,无登陆台风(较常年偏少),其中台风桑卡、纳沙和尼格影响南海、海南岛和华南地区。长江以北气象干旱缓和,长江以南气象干旱持续。

基于多源资料的高原低涡源地研究

高原低涡是活跃于青藏高原近地面层的中尺度天气系统,是高原最重要的降水天气系统,少部分的低涡移出高原后在下游地区常带来灾害性的强降水天气。“青藏高原低涡切变线年鉴”(简称年鉴)是高原低涡研究的主要参考资料之一,但受到高原西部地区探空观测站点分布不足的影响,年鉴难以监测发源于高原西部的低涡。为了进一步提高对高原低涡源地的科学认识,本研究首先分析了影响高原低涡发生发展的环流在高原东西部地区的差异,结果表明高原西部地区的环流背景更有利于高原低涡形成。再利用2005~2019年暖季(5~9月)风云-2地球静止卫星观测的云迹风和黑体亮温资料对年鉴低涡进行重分析,表明年鉴中大部分的高原低涡可以溯源至高原西部地区。最后分析了在高原西部的3个新探空站(狮泉河、改则和申扎)建立前后年鉴中高原低涡源地的差异,发现增加的探空资料使位于高原西部的低涡源地大幅度增加。综合多源资料的结果,我们认为大多数高原低涡起源于高原西部,年鉴的结论可能源于高原西部的探空站不足的影响。本研究确认了再分析资料在高原低涡研究中的可用性和有效性,强调了卫星观测资料在高原天气系统研究中的重要性和进一步增强高原地区气象观测的迫切性。

2021年河南省一次罕见暴雨过程的降水特征及成因

基于河南省119个国家自动站逐小时降水观测资料、欧洲中期天气预报中心逐小时大气再分析资料(ERA-5)、美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料及美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的海温资料对2021年7月17~22日河南省发生的一次历史罕见的极端强降水事件(简称“21·7”暴雨)的降水特征、大气环流和物理量场进行了较为详细的分析,并对比了河南历史上三次暴雨过程。结果表明:(1)“21·7”暴雨过程在1 h最大降水量、3 h最大降水量、6 h最大降水量、1 d最大降水量、3 d最大降水量和过程累计降水量方面均表现出显著极端性。(2)高层南亚高压与东海附近低涡稳定共存,中层副高稳定偏北偏强,与大陆高压形成对峙,使得天气形势稳定,为河南地区极端强降水的发生提供了背景条件。低层西太平洋副热带高压南侧东风气流与台风“烟花”北侧的东风气流相叠加,使得西太平洋到河南地区形成深厚的水汽通道,继而为河南地区极端强降水提供了充沛的水汽。(3)在“21·7”暴雨期间,河南地区水汽通量散度值为负且大部分地区的整层可降水量可达100 mm,整层水汽十分充沛。涡度和垂直速度场的大值区主要出现在太行山东麓临近地区,与降水大值区相对应。(4)与河南历史上两次暴雨过程“75·8”(1975年8月上旬发生在河南的一次极端强降水事件)和“12·8”(2012年8月发生在河南的一次极端强降水事件)相比,其相似之处在于台风在北移过程中受到副热带高压的阻挡而停滞少动,从而将源源不断的水汽输送至河南,造成极端降水事件的发生。(5)“21·7”暴雨期间西北太平洋副热带高压能够稳定维持在台风北侧是多种因素综合影响的结果,包括中高纬度环流配置、西太暖池异常偏暖造成Hadley下沉支加强,以及增强的越赤道气流。这是造成“21·7”暴雨过程累计降水量量级大于“12·8”暴雨且最终降水量超过500 mm的可能原因之一。