1948—2001年全球陆地6—8月降水长期变化的时空特征

采用 PREC/ L的全球陆地月降水资料 ,研究了 194 8— 2 0 0 1年全球陆地 6— 8月降水长期变化的时空特征。结果表明 ,在该时段内 ,6— 8月降水量较大的区域是全球几个主要的季风区 ,而且季风区的降水均方差较大 ;全球陆地 6— 8月降水量以负趋势为主要特征 ,降水量明显减少的区域是 :热带非洲 ,中国的淮河以北 ,俄罗斯的东部 ,中、西西伯利亚 ,朝鲜 ,南亚等 8个区域 ;降水量增加的区域是 :加拿大北部、格陵兰中部等 4个区域 ;全球 36个纬度带中共有 12个纬度带 6— 8月降水量趋势变化达到了 0 .0 5显著性水平的 Monte Carlo检验 ,但是只有 1个纬度带 (6 5～ 6 0°S)是正趋势。全球陆地 6— 8月降水量正趋势的范围是很小的。初步探讨了 ENSO与全球陆地6— 8月降水量趋势变化的关系。

华南前汛期旱涝影响因子和预报方法

利用二维风场差异的显著性检验和蒙特卡洛模拟检验等方法,研究华南前汛期旱涝年同期及前期风场差异特征。结果表明西太平洋副热带高压及850 hPa贝加尔湖东北部和南印度洋中部的风场异常是影响华南前汛期旱涝的重要因子；前期1月的印度北部和3月的西北太平洋风场异常可能是华南前汛期旱涝的强预测信号。分析还表明,3月份北太平洋地区的高度场与前汛期降水有密切关系。最后,建立了华南前汛期旱涝的预报工具。

1948～2001年全球陆地及大尺度区域6～8月旱涝气候变化

用 1 948～ 2 0 0 1全球陆地月降水资料 (PREC/L) ,研究了全球、北半球、南半球及欧亚、非洲、澳洲、北美、南美和南极大陆等 6个大尺度区域 6～ 8月的旱涝气候变化。结果表明 ,全球及北、南半球 6～ 8月的旱涝有明显的年代际变化。 2 0世纪 40年代末～ 70年代为全球洪涝多发期 ,80～ 90年代为全球干旱多发期。北半球的特征与全球较为一致 ;南、北半球 6～ 8月的旱涝没有明显的联系 ,但发生暖 (冷 )事件时 ,两个半球可能同时出现干旱(洪涝 ) ;全球、半球的旱涝与ENSO有明显的联系。另外 ,非洲大陆和欧亚大陆旱涝年的分布有十分明显的年代际特征 ,6个大区域 6～ 8月的旱涝之间存在一定的联系。

1948—2001年全球大尺度区域6～8月降水的长期变化

研究了1948—2001年南、北半球及欧亚大陆、非洲大陆、澳洲大陆、北美大陆、南美大陆、南极大陆和中国7个大尺度区域6～8月降水的长期趋势变化和年代际变化。结果表明,南、北半球6～8月的降水都为负趋势,但南半球降水的负趋势在统计上不显著。在54年的时间段内,南半球6～8月降水的递减速度为0.12mm/a,仅为北半球同期降水减幅(0.24mm/a)的一半。南、北半球6～8月降水量年代际尺度的振荡都非常明显,但是,南、北半球年代际变化的特征明显不同。目前北半球仍是在少雨时间段,而南半球处在降水量正常或多雨的时间段。分析还表明,非洲大陆6～8月降水的年代际特征最明显,降水的负趋势也最为显著;欧亚大陆6～8月降水也有着明显的年代际变化与明显的负趋势变化;澳洲大陆6～8月降水的年际变化明显,年代际变化相对来说要小得多;北美大陆6～8月降水的年际变化明显,但无明显的趋势变化。此外,分析了大尺度区域6～8月降水之间的相关关系,发现部分区域大尺度降水量之间有明显的联系;分析了中国夏季降水的长期变化,发现中国夏季降水的年代际变化明显,但无明显的趋势变化。

东亚冬季1000 hPa环流异常与我国气候的关系

将NCEP/NCAR 1951/1952～2003/2004年东亚冬季1 000 hPa风场进行向量EOF分解,研究其第一特征模态的时空变化及其与我国气候异常的关系。结果表明,EOF1时间系数能够很好地刻画东亚冬季风的强度变化。强(弱)EOF1时间系数时,冬季我国气候冷、干(暖、湿),次年春季东北及河套等地区的温度明显偏低(高);次年夏季长江中下游地区的降水明显偏少(多),华北和华南降水则偏多(少),长江流域和江南地区的温度偏高(低),华南及西南地区夏季则温度偏低(高)。

合成风场的统计检验和蒙特卡洛检验

提出了二维风场的F检验及二维风场的蒙特卡洛检验方法。将方法用于长江流域夏季降水与印度夏季风的研究中 ,表明方法是有效的。

1948～2000年全球陆地年降水量场趋势变化的时、空特征

用全球陆地月降水资料 (PREC/L) ,计算了 1 948～ 2 0 0 0年全球陆地年降水量场的趋势变化。结果表明 ,在 1 948～ 2 0 0 0年期间 ,全球陆地年降水量场有明显的趋势变化 ,全球大约 2 /3左右的陆地年降水量是负趋势 (降水量减少 ) ,1 /3左右的年降水量是正趋势 ,正负趋势面积及强度的差异在统计上是显著的。年降水量明显减少的地区是 :热带非洲 ,加拿大的东南部及美国的东北部 ,中国的淮河以北 ,蒙古、俄罗斯的中、西西伯利亚及朝鲜、韩国和日本等 9个地区。陆地年降水量增加地区是 :加拿大的北部、南美的阿根廷及智利、格陵兰等 6个区域。分别研究了 36个纬圈的年平均降水量的趋势系数 ,指出有 1 3个纬圈的年平均降水量的趋势变化达到 0 0 5的信度的显著性 ,其中有 1个纬度带 ( 75～ 80 oN)是正趋势。全球年降水量正趋势的范围是很小的 ,仅在 70 oN以北。初步研究了全球年降水量场趋势变化的原因。

浙江省夏季旱涝年及前期异常特征

采用 1 951～ 1 960年浙江省 4站和 1 961～ 1 999年浙江省 3 6站的夏季降水资料划分了浙江省夏季旱涝年。研究了夏季旱涝的同期及前期环流异常特征 ,研究了浙江省夏季旱涝的预报方法。

广东龙卷时空分布及其母体风暴雷达观测特征

基于《中国气象灾害大典》广东卷(1959—2000年)、广东省防灾减灾年鉴(2002—2022年)和近年来广东龙卷现场灾调记录等历史数据、常规观测、ERA5高分辨率再分析资料以及广东多普勒天气雷达(2006—2022年)等资料,分析1961—2022年广东龙卷的时空分布、天气背景和2006以来的龙卷对流风暴形态等气候统计特征。结果表明:近62年广东共有225个龙卷记录。其中,在多源观测资料较齐备的2006年以来,龙卷年均发生约6个,近50%发生在热带气旋影响天气背景下,40%为西风带系统龙卷,还有约10%为热带扰动龙卷,但龙卷数量逐年波动很大,最高达17个(2008年),部分年份仅1个或无记录。广东龙卷主要发生在4—9月,4—6月主要为西风带系统龙卷,7—9月主要为热带气旋和热带扰动龙卷;约85%的龙卷发生于06—20时,14—18时为最高发时段(占比近40%)。龙卷最频发于珠三角、雷州半岛和潮汕平原一带,北部山区极少。其中,佛山、湛江和广州是广东龙卷最高发的3个城市。广东产生龙卷的对流形态中,约54%带状对流系统,为热带气旋和热带扰动龙卷母体风暴,其风暴结构呈现出低质心的特点;约36%多单体风暴系统,多数为西风带龙卷母体风暴;与美国龙卷易产生于孤立单体和准线状对流系统不同,广东产生龙卷的孤立对流单体和准线性对流系统相对频率很低,均仅约为5%,主要为西风带龙卷母体风暴,其风暴结构往往呈现出高质心的特点。超过90%的龙卷中尺度母体风暴具有低层中气旋,但仅约47%伴随低层龙卷涡旋特征(TVS)。强龙卷通常伴随着旋转速度超过20 m·s^(-1)的低层中气旋、超过40 m·s^(-1)的TVS速度差。

热带气旋背景下广东龙卷气候特征和环境条件

为研究热带气旋(简称TC)背景下广东龙卷发生的特征,利用《中国气象灾害大典》广东卷(1959—2000年)、广东省防灾减灾年鉴(2002—2022年)和近年来龙卷现场灾调记录等广东历史龙卷灾情数据和欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析资料(ERA5),统计1961—2022年广东TC龙卷的时空分布、天气形势和环境条件,并对比分析了不同TC在相似路径下有/无龙卷及强/弱龙卷的关键热动力环境参数差异。结果表明:广东TC龙卷主要发生在珠江三角洲、雷州半岛和潮汕平原。TC龙卷占广东总龙卷数量的约42%,龙卷个数与影响广东的TC数量呈显著正相关;8月为TC龙卷最高发月份,14—18和06—10时(北京时)为日内高发时段。这些龙卷主要发生在TC的东北象限(或其前进方向的右后侧或深层环境风切变上切变区域);TC登陆后的2—18 h是龙卷发生的高发时段,龙卷生成时对应的TC强度主要为热带风暴和热带低压。TC背景下广东龙卷发生天气形势可分为偏南急流型和偏北急流型,两类天气型龙卷的生成位置均与超级单体复合参数(SCP)大值区和强龙卷指数(STP)大值区呈现较好的空间匹配关系。对比TC背景下龙卷/非龙卷及强/弱龙卷的环境条件,发现在TC中心的东北象限广东龙卷环境比非龙卷具有明显更大的夹卷对流有效位能(E-CAPE)和0—1 km风暴相对螺旋度(SRH1)(差异均达95%置信度),E-CAPE和SRH1的组合能较好地指示TC引发龙卷的潜势;广东TC强龙卷的混合层对流有效位能(MLCAPE)和STP与美国TC强龙卷相当,但SRH1明显小于美国TC强龙卷,E-CAPE、0—6 km风垂直切变(SHR6)、0—3 km风暴相对螺旋度(SRH3)和STP能较好地区分广东TC强、弱龙卷环境。对比TC背景下广东龙卷与江苏龙卷及冷涡背景下辽宁龙卷发现,广东TC龙卷CAPE均值约为江苏TC龙卷和辽宁冷涡龙卷的1/2,但广东TC龙卷具有明显更强的动力环境条件,其SRH1均值是冷涡背景下辽宁龙卷的2倍以上。上述结果有利于更好地认识TC背景下广东龙卷发生的环境条件,为TC龙卷潜势预报的开展提供依据。

2022年6月19日广东佛山龙卷的双极化相控阵雷达特征

利用X波段双极化相控阵雷达等多源观测资料,分析了2022年6月19日早晨广东佛山超级单体龙卷的环境条件和对流风暴的结构及演变特征。龙卷母体风暴是在强西南季风天气背景下的一条东北-西南向飑线南端发展起来的。环境条件具备较大对流有效位能、低抬升凝结高度和强垂直风切变等有利于超级单体龙卷发生发展的热力和动力条件;低空风暴相对螺旋度、超级单体复合指数和强龙卷指数的显著增强对超级单体龙卷的发生有较好指示意义。具有高时空分辨率的佛山南海X波段双极化相控阵雷达探测到了龙卷母体微型超级单体的发展过程和龙卷涡旋的演变特征:对流单体在前侧低层入流的加强下逐渐形成钩状回波和反射率弱回波空洞;中气旋首先在2.5 km附近高度形成后向低层伸展,随着后侧下沉气流的加强,低层涡旋旋转增强,当低层中气旋旋转速度超过22 m·s^(-1)(强中气旋)且直径紧缩至1.5 km以内时,龙卷即将触地,龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)出现是龙卷触地的主要特征,龙卷发生在反射率弱回波空洞、TVS和TDS附近。

2023年中国龙卷活动及灾情特征

通过风灾调查和网络信息研判,分析了2023年中国龙卷时空分布特征。2023年中国共出现56个陆龙卷及20个水龙卷,可确认灾情强度等级的龙卷有28个,其中EF2级及以上强龙卷有8个。陆龙卷多发于东北地区、江淮平原及华北平原,发生时段为3—9月,主要影响系统是东北冷涡、江淮气旋和热带气旋。江苏省龙卷发生频次最多,共遭受12个龙卷袭击,其中EF2级及以上强龙卷6个,造成14人死亡。水龙卷多发于沿海地区,发生时段为3—10月。2023年,台风龙卷数量相对较少,但受东北冷涡及江淮气旋影响,多次发生龙卷群发事件。

珠江三角洲台风龙卷的活动特征及环境条件分析

利用常规观测、自动气象站、多普勒雷达等资料分析珠江三角洲台风龙卷的活动特征及其产生的环境条件。结果表明:台风龙卷发生在6-10月,时间多为10-20时,出现在台风登陆后1.3~21.3 h的时段内;多数龙卷位于台风中心的东北象限,台风中心在广东湛江一广西东南部或北部湾附近时是珠江三角洲龙卷发生的高风险期。高层辐散、低层辐合及中低空强东南急流在珠江口附近叠加是龙卷产生的有利环流背景。强或弱龙卷环境条件的共同特征为低抬升凝结高度、强深层和低层垂直风切变及较大风暴相对螺旋度(SRH),主要差异是强龙卷的深层和低层垂直风切变与SRH更大;相似台风路径下,有/无龙卷环境条件的明显差异在于0~1 km低层垂直风切变和SRH,两值越大出现超级单体或中气旋的可能性越大,龙卷发生概率也就越高。台风龙卷风暴母体属于低质心的微型超级单体风暴;低层有强或中等强度中气旋,有时强中气旋中心伴有龙卷涡旋特征(TVS);龙卷出现在钩状回波顶端或TVS附近。与西风带超级单体龙卷相比,台风龙卷中气旋的尺度更小、垂直伸展高度更低。

广东两次台风龙卷的环境背景和雷达回波对比

利用常规气象观测、广州多普勒天气雷达及NCEP/NCAR再分析等资料对比广东省佛山市2015年10月4日EF3级和2006年8月4日EF2级台风外围强龙卷过程。结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,低层辐合、高层辐散及中低空强劲东南急流在珠江三角洲叠加是其产生的相似环境背景。环境参数均表现为较小的对流有效位能、低的对流抑制与抬升凝结高度、强的垂直风切变和大的风暴相对螺旋度。两个龙卷母体均为微型超级单体,前者雷达回波强度更强,钩状回波特征更明显;都存在强中气旋和龙卷涡旋特征(TVS),中气旋都在中低层形成后,向更低层发展最终导致龙卷。TVS比龙卷触地提前1个体扫出现,或与龙卷触地同时发生,中气旋和TVS的底高和顶高均很低。但两次龙卷触地前后,前者中气旋和TVS的底高和顶高出现突降现象,而后者中气旋和TVS的底高和顶高一直维持较低高度。龙卷触地前后,两者风暴单体的最强切变均出现剧增现象,但前者TVS的最强切变更强,比后者大1倍以上。

1804号台风“艾云尼”龙卷分析

2018年6月8日,在1804号台风"艾云尼"螺旋雨带中发生了两次陆龙卷天气,分别袭击了广州市南沙区横沥镇和佛山市南海区大沥镇。利用广州CINRAD/SA多普勒天气雷达、佛山CINRAD/XD多普勒天气雷达、5 min间隔的地面自动气象站和MICAPS等资料,研究了两次陆龙卷的天气背景、环境参数和龙卷风暴中尺度结构特征。结果表明:广州南沙龙卷为台风环流外围龙卷,位于台风中心的东北象限,强度为EF3级;佛山南海龙卷为台风环流内部龙卷,位于台风中心的东侧,强度为EF1级。龙卷均发生在中低空强东南急流在珠江口附近上下叠加和高层辐散的有利大尺度环流背景下。环境条件表现为较强的低层风垂直切变和较大的风暴相对螺旋度(SRH)、较小的对流有效位能(CAPE)和对流抑制能量(CIN)、极低的抬升凝结高度(LCL);地面存在中尺度辐合线和小尺度涡旋。广州S波段雷达探测到两次龙卷母风暴的低层钩状回波和入流缺口回波特征及低层中等强度中气旋,龙卷出现在钩状回波顶端、中气旋中心附近。佛山X波段双偏振雷达清晰地探测到佛山南海区大沥龙卷的微型超级单体和龙卷碎片特征(TDS)。

2019年4月13日广东徐闻强龙卷天气分析

利用常规高空地面观测、广东省区域加密自动站、湛江多普勒雷达以及FY-4A高分辨可见光云图等资料对2019年4月13日广东省湛江市徐闻县EF3级强龙卷过程进行分析。结果表明:强龙卷发生在低纬地区海岸带附近,路径长约16 km,历经"三次陆上、两次海上"的复杂过程,持续约36 min。产生龙卷超级单体的中尺度对流系统出现在地面暖低压槽前、中低层显著西南气流和偏南急流汇合处;环境条件表现为强的垂直风切变、低的抬升凝结高度、大的风暴相对螺旋度和能量螺旋度,地面存在触发对流的中尺度辐合线和小尺度涡旋。龙卷罕见地经过徐闻县和安镇政府自动站,该站受到龙卷涡旋不同部位影响,风向随时间呈顺转—逆转—顺转的变化特征,并测到15级强风;气压和气温陡降,平均气压、平均气温最大降幅分别为2.6 hPa·(5 min)^(-1)、1.7℃·(5 min)^(-1)。龙卷发生在一个主要伴随正地闪、高质心的超级单体风暴中,钩状回波和回波悬垂特征明显,并伴有低层强中气旋和龙卷涡旋特征;中气旋强度和顶高呈反位相变化,3次(2次)强度峰值(谷值)和3次(2次)顶高谷值(峰值)正好与龙卷3次(2次)陆上(入海)活动时间对应,龙卷在陆地上(海面上)时,中气旋较强(较弱)、顶高较低(较高)。龙卷出现在钩状回波顶端、β中尺度对流系统上风侧TBB梯度最大处、水汽羽之下和中气旋底高低于500 m期间。

珠江三角洲台风龙卷预警技术与2018年两次龙卷预警试验

利用常规观测、自动气象站、多普勒天气雷达等资料,分析珠江三角洲台风龙卷活动特征、龙卷产生的环境场特征等,给出了珠江三角洲台风龙卷的天气概念模型和预报预警指标,建立了珠江三角洲台风龙卷预报预警方法与流程,并应用于2018年两次台风龙卷预警试验。结果表明,依托该方法分别提前58min、37min成功预警了6月8日佛山市南海区的"艾云尼"台风龙卷、9月17日佛山市三水区的"山竹"台风龙卷,证实该方法流程是可行的。

佛山市龙卷风活动的特征及环流背景分析

利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,分析了多年来佛山龙卷风的活动特点及其产生的环流背景和环境条件。结果表明:佛山龙卷风集中出现在4—8月;发生时间主要集中在08:00—14:00;发生地域以南海区最多,其次是三水区;16次龙卷风过程可归纳为4种诱生形势:台风外围型、锋面暖区型、地面辐合线型和热带扰动型。分析还发现:佛山龙卷风发生于偏南暖湿气流中,中低层通常有西南或偏南急流叠加配置,并存在强的垂直风切变和中干冷、下暖湿的强不稳定层结及较低的抬升凝结高度。另外,佛山龙卷风的发生还与地形因素关系密切。

佛山市前汛期旱涝及其环流异常特征

基于佛山市降水量和NCEP/NCAR再分析资料,采用二维风场差异的显著性检验方法等,分析了佛山市前汛期降水异常特征及旱、涝年水平风场和垂直经圈环流的差异。结果表明,佛山市前汛期降水量存在多时间尺度振荡,降水量的气候变化趋势不明显。旱、涝年热带低纬度的南海中北部及西太平洋地区的850 hPa风场存在显著差异,影响前汛期旱涝的关键区是副高的西北侧和南侧。分析还表明,旱、涝年经圈环流差异显著,北半球风场显著区位于南海区域和华南地区,层次集中在大气低层和中层。

1822号“山竹”台风龙卷过程观测与预警分析

2018年9月17日09:37—10:00,在登陆台风“山竹”外围螺旋雨带中,广东省佛山市三水区到肇庆市四会区发生了EF2级强龙卷,龙卷路径长度18km,持续时间23min,平均时速47km/h,导致不少建筑物损毁。本次过程佛山市进行了龙卷预警试验,提前37min发布了龙卷预警,龙卷没有造成人员伤亡。利用观测资料对产生强龙卷的环境场特征、地面自动站和雷达观测的中小尺度特征以及龙卷预警试验进行了分析,结果表明:产生龙卷的微型超级单体出现在台风外围和副高边缘之间的强东南急流中,具有低层辐合、高层辐散、水汽充足等典型台风外围龙卷环流形势特征;强的低空0~1km垂直风切变、大的风暴相对螺旋度和低的抬升凝结高度等环境条件利于龙卷的生成;龙卷影响时,邻近地面自动气象站观测要素表现出明显的信号,瞬时大风和最低气压的极值区呈东南至西北向带状分布,与龙卷路径一致,龙卷过境前后,单站气压“漏斗”明显,5min降压/升压幅度达-2.5hPa/+2.1hPa;广州多普勒天气雷达探测到龙卷母体风暴的低层钩状回波和入流缺口特征,以及低层强中气旋和类TVS特征。预警试验初步表明,对台风龙卷高发区,在环境场有利情况下,若低层出现中等或以上强度中气旋,其底高在1km以下,可以考虑发布龙卷预警。