基于客观识别的冬季南支槽强度年际变化及其与南方降水的关联性

利用欧洲中心ERA-Interim逐日再分析资料,基于南支槽客观识别方法定义了一个南支槽强度指数,并结合格点降水资料,对1980—2019年冬季南支槽强度的年际变化特征及其与中国降水、大气环流和水汽输送的联系进行了研究。结果表明:(1)南支槽强度变化主要呈准4年周期。(2)赤道中东太平洋海温是影响南支槽年际变化的一个重要因素,与南支槽强度有很强的负相关关系,其中Nino 3区的海温变化对南支槽强度的影响更显著。(3)南支槽偏强年从云南南部到华南一带降水量较常年偏多,其中广东、湖南和江西南部至福建一带降水量较常年偏多30 mm以上;南支槽偏弱年西南至华南一带降水较常年偏少,其中广东、广西东部降水量较常年偏少30 mm以上。(4)南支槽偏强年时存在两支异常水汽输送路径,一支为从赤道以北至10°N,从60°E延伸至菲律宾附近的异常强西风水汽输送带;另一支位于20°N附近,由南支槽的槽前西南气流将孟加拉湾地区水汽输送到我国境内,是冬季西南与华南的主要水汽通道。

能量转化视角下一次引发冬季区域强对流的南支槽研究

2020年1月24—25日广西出现一次罕见区域性强对流,过程伴随近20年最大范围冰雹天气。南支槽异常发展东移是此次过程的扰动背景,提供了必要的热动力及水汽条件。基于波作用通量及多尺度能量诊断方法,利用常规观测资料、风云卫星资料、NCEP/NCAR以及ERA5再分析资料,从能量转化角度对此次引发区域强对流的南支槽过程进行研究。结果表明:整个过程中纬度和副热带西风急流均较历史同期偏强,有利于上游扰动向下游传播。欧亚大陆上空存在南北两支活跃Rossby波列。源自地中海一带的南支副热带西风急流Rossby波列对南支槽起到主要调控作用,Rossby波能量沿急流频散并在南支槽区辐合,促进了南支槽发展东移。源自北大西洋阻塞高压内部的北支Rossby波列则起到协同作用,促进了乌拉尔山冷槽发展及其与中东槽合并,从而增强了南支波列向下游的传播,进一步增强南支槽;天气尺度有效位能向天气尺度动能的转换以及由背景场向天气尺度的动能输送是南支槽天气尺度扰动发展的主要贡献项。动能的平流输送将获得的天气尺度动能在空间上再分配,维持南支槽稳定发展东移。在此背景下,天气尺度向对流尺度的降尺度动能串级是区域强对流最主要能量源,同时对流尺度有效位能向动能的稳定转换促进了中低对流层的对流扰动发生发展。

西风带南支槽对云南天气的影响

利用1980-2008年近30年逐日地面、高空观测资料,统计了影响云南的西风带南支槽个例,并分析了南支槽的时空分布和对云南降水的影响。结果表明,影响云南的南支槽平均每年出现18.76次,11月-次年5月平均每月出现次数相当(6-10月西风带北撤,转换为孟加拉湾槽);约5.88%的南支槽过程对云南产生大到暴雨天气,54.83%的南支槽产生小到中雨,另有17.28%的南支槽产生冰雹天气过程。南支槽的进退与西风带环流形势、副热带高压位置和高原大地形等关系密切,南支槽位置、水汽输送、湿度锋区、低空急流和冷空气强弱等条件的不同决定了降水的强弱或是否有强对流天气出现。

低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析

选取2002年5月11～13日云南地区的一次南支槽强降水过程,利用MM5非静力中尺度数值模式对这次降水过程进行了数值模拟,利用模式高分辨率的输出结果分析了这次强降水中尺度对流系统的结构特征.分析结果表明:强对流系统的低层环境风场为西南和东南气流辐合,高层则为一致的槽前西南气流.低层强正涡度暖湿气流辐合上升区紧邻辐合线的西南侧,槽前西南暖湿气流在辐合线附近冷空气的作用下辐合上升,形成强降水,强降水落区位于低层700 hPa强正涡度暖湿气流辐合上升区的西南侧.对物理量要素的时间演变分析表明:在对流发展初期,沿辐合线的正负涡度、辐合辐散、上升与下沉运动在垂直方向和水平方向上相间分布,呈多个模态;当对流发展较强时演变为单一模态分布,即辐合线附近低层为正涡度辐合气流上升区,而高层为负涡度辐散气流下沉区.其中低层辐合较为浅薄,位于地面到600 hPa高度,而正涡度和垂直速度较为深厚,可以从地面向上分别伸展到400 hPa和200 hPa高度.研究还揭示了低纬高原地区中尺度对流辐合系统的垂直轴线随高度向辐合区东北侧(高纬度地区)倾斜的特征,这是低纬高原地区南支槽强降水中尺度对流系统与其它切变线、准静止锋和低涡等中尺度对流系统不同的最主要特征之一.

春季南支槽变化特征及其与降水和大气环流的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,结合国家气象信息中心提供的1961-2007年4月中国596个测站月降水量资料,采用小波分析、相关分析和合成分析等方法,定义了春季南支槽强度指数和东、西位置指数,讨论了近60年两个指数的变化特征及其与中国同期降水和大气环流的关系。结果表明,春季南支槽总体呈强度减弱、位置逐渐西移的趋势。春季南支槽强度指数值越小(大),则南支槽越强(弱);春季南支槽位置指数值越大(小),则南支槽位置越偏东(西),出现长江中游及其以南部分地区降水越多(少),而西南的部分地区降水越少(多)的现象。另外,对两个指数与大气环流的关系分析表明,强度指数和位置指数与环流的关系比较显著,能够合理地给出中国降水差异的原因。

春季南支槽的年代际变化及其与降水、大气环流的关系

由于春季青藏高原动力作用在其南侧形成南支槽,南支槽年代际变化的异常,可能与中国降水异常有密切的关系。利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国596个测站月降水资料,采用突变检验、合成分析等方法,分析了1950 2014年春季南支槽的强度和东、西位置的年代际变化特征,探讨了两者与同期中国降水年代际异常及环流背景场的关系。结果表明:春季南支槽的强度和位置都具有显著的年代际变化特征,南支槽强度在20世纪70年代末期有一次强弱突变过程,位置在90年代初期发生了明显的由东向西移动的转折,分别选取强度和位置突变前后的时间段进行分析,得到春季南支槽强度突变前(后),南支槽越强(弱),位置突变前(后),南支槽越偏东(西),会出现黄河流域、长江中下游及其以北和以南的大部分地区降水偏多(少),而青藏高原及其周围地区降水偏少(多)的现象,从两者突变前后与大气环流、垂直运动和水汽条件的显著关系能够合理地解释突变前后降水差异的原因。在此基础上,总结了春季南支槽年代际尺度与中国降水、大气环流的概念模型,可为中国春季的气候变化和气候预测提供更多的科学依据。

低纬高原两次冬季南支槽强降水的对比分析

利用常规高空观测资料,对发生在云南低纬高原2007年1月31日—2月1日和2008年1月26—27日的两次南支槽强降水过程进行对比分析。结果表明,两次南支槽降水的环流形势及影响系统均不同,前者为高原南支槽前西南暖湿气流与低层切变、冷锋共同影响,属典型的"槽潮"天气;后者无明显强冷空气配合,因中低层西南急流的建立并长时间维持,新生南支槽东移补充、西南涡及静止锋的共同影响造成。物理机制上,湿位涡的CSI机制分析表明,两次过程均属于对称不稳定降水;在2007年的强降水过程中,θse密集带在地面锋区附近形成,冷暖气流形成次级垂直环流圈,导致强降水强降温并伴有大范围降雪的寒潮天气出现。后者无次级垂直环流圈形成,但有两个θse密集带锋区长久维持,滇中以西持续的上升气流不断增强且深厚,滇中以东中低层形成有弱的气流辐合带,故强降水以液体降水为主,降温不明显;两次强降水过程均有锋生,前者锋生是由切变增强西移,低层冷高压促使冷锋增强,后者锋生为东移西南涡与稳定持续的强劲西南风低空急流触发而成。

冬半年南支西风中Rossby波传播及其与南支槽形成的关系

利用1948—2005年的10月—次年5月NCEP/NCAR再分析资料对西风急流中Rossby波的传播及其与冬半年副热带南支西风槽形成的关系进行研究,结果表明:冬半年亚洲副热带西风急流下方存在3个南支波动,分别位于阿拉伯海、孟加拉湾和我国华南地区,其中孟加拉湾南支槽变率最小,是半永久性低压槽;从北非、阿拉伯海到孟加拉湾的"-+-"遥相关波列表明南支槽与北非槽呈正相关,与阿拉伯海槽呈反相关。在西风波动从北非东传到孟加拉湾的过程中,往往会在阿拉伯海有所停顿,这种由西向东的传播过程约20d一次,具有明显的低频振荡特征;源自北非的定常Rossby波能量沿着急流波导传播到孟加拉湾,可能是南支槽明显增幅的一个主要机制;另外,从青藏高原东西两侧南下的冷空气活动也是南支槽加深发展的一个重要因素。

南支槽与强冷空气结合对云南冬季天气的影响

通过对10次过程的合成、诊断分析,本文研究了冬季南支槽与强冷空气结合所产生云南全省性强降水天气。分析结果对于预报这类严重的灾害性天气有参考价值。

南支槽与孟加拉湾风暴结合对一次高原暴雪过程的影响

利用NCEP/NcAR逐6 h 1°×1°。再分析资料与常规和非常规观测资料,对2007年11月云南德钦高原暴雪产生的原因进行了研究,探讨南支槽与孟加拉湾风暴结合对高原东南部强烈天气的影响过程。结果表明:(1)在南支槽和孟加拉湾风暴结合的天气尺度条件下,槽前偏南风低空急流受高原大地形阻挡产生的高原切变线是高原暴雪的直接影响系统;(2)由于地形和冷空气的作用,上升运动向北倾斜使高原对流层中上层首先出现上升运动,整层上升运动在高原切变线和次级环流上升支的共同作用下强烈发展。孟加拉湾风暴北上与南支槽结合、高原切变线北移和风暴低压临近使德钦上升运动出现三次增强;(3)南支槽前偏南风低空急流向北输送水汽,部分水汽被抬升到高空,部分水汽绕过高原东南角向下游输送。高空水汽经高原上空沿着高空西风急流向下游远距离输送。高、低空水汽通道不重合往往会影响高原及其下游强降水落区的预报。受高空水汽输送影响,高原东南部纵向岭谷区具有高层大气最先增湿的特征,近地层水汽通量长时间强烈辐合有利于高原暴雪的形成;(4)上游冷空气沿南支西风到达孟加拉湾,促使南支槽加深和维持有利于引导盂加拉湾风暴北上,南支槽前偏南风低空急流把暖湿空气输送上高原,同时横槽转竖冷空气从高原南下,冷暖空气在德钦交汇形成强锋区也是暴雪产生的一个有利条件。(5)高原暴雪的锋区结构具有中纬度锋面天气特征,在暴雪发生的锋区附近,满足倾斜位涡发展和条件性对称不稳定。

2010年秋冬季西南地区严重干旱与南支槽关系分析

利用1951～2009年西南地区24个站点逐月降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了2009/2010年冬季我国西南地区严重干旱的演变特征,并使用SVD、小波分析和合成分析揭示了南支槽与我国西南地区冬季严重干旱的关系。结果表明:2009/2010年西南地区冬季严重干旱从秋季10月份云南省开始出现大范围干旱为征兆,11～2月逐步发展到西南三省,3月减弱。从秋季10月到次年2月的降水持续偏少,加重了此次旱情。2009/2010年冬季西南地区严重干旱的开始、发展和减弱与同期500hPa南支槽活动及整层水汽输送有着密切的关系。我国西南地区11～3月降水和前期11月南支槽指数在10～12年周期变化上存在显著的反相关系,前期11月南支槽区负距平,南支槽指数偏弱,南支槽加深,水汽输送充足,西南地区降水偏多;反之,前期11月南支槽区正距平,南支槽指数偏强,南支槽变浅,水汽条件不足,西南地区降水偏少。SVD分析表明,高度场第一模态同性相关场的关键区在青藏高原南侧孟加拉湾地区,反映了南支槽强弱变化信息,第一模态的这对空间分布型表明18～20°N,84～92°E范围11～3月500hPa高度场异常偏低时,同期我国西南地区降水偏多;高度场第二模态同性相关场的关键区在22°N以南区域,反映了西风强弱变化信息。第二模态的这对空间分布性表明70～110°E之间22°N以南区域11～3月500hPa高度场异常偏低时,同期我国西南地区降水偏少。11～3月关键区500hPa高度场与我国西南地区同期降水在时空场上都有着很好的同步关系,并且前期500hPa高度场是我国西南地区11～3月旱涝情况的一种预测信号。

南支槽对西南高原地区冬半年日降水的影响

中国大陆地区主要受季风影响,冬半年(11月至翌年4月)的降水很少,在冬季南支槽(SBT)是影响中国降水的主要系统之一。为了评估SBT对中国冬季降水的影响,对1981 2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用客观方法识别了SBT的活动,对中国区域的逐日降水数据利用SBT的降水距平百分率,评估了SBT对不同区域的影响。结果表明,冬半年南支槽对降水影响最显著的区域为青藏高原和云南地区,有南支槽活动日的降水比无南支槽活动显著增加。对中国华南地区、东北地区和新疆地区,南支槽活动日较冬半年平均降水减少;南支槽影响区域的站点前50强降水日数的南支槽位置分析表明,当南支槽影响降水主要为青藏高原区域,南支槽更多地位于80°E附近,而75°E以西和85°E以东的南支槽活动偏少;当南支槽产生强降水主要为云南区域时,南支槽主要活动区域在90°E以东;南支槽位于不同位置时,其降水影响区有较大差异:当南支槽位于80°E以西,降水影响区主要位于西藏西部;南支槽位于80°E 90°E之间,降水影响区主要位于西藏中部、青海中南部地区和云南西北部地区;南支槽位于90°E以东,降水增加地区主要位于西藏中部地区、青海东部和云南。

春季南支槽与广西暴雨关系的研究

通过１９８０～１９８９年３～５月影响广西７３次南支槽活动过程分析，揭示：其中有６０．３％影响广西和华南，产生局部性（≥３站）暴雨以上的天气过程；大范围暴雨和全区性暴雨过程主要发生在４～５月；南支槽暴雨除与冷空气共同作用外，还与南亚西南季风的建立、爆发以及与对流层低层（８５０ｈＰａ）低纬越赤道气流的加强紧密相关，而且在全区性暴雨产生之前有一定的先兆性；初步研究，归纳出南支槽暴雨前一天５００ｈＰａ的４类流型特征，并给出一些判据，为提高前汛期暴雨预报准确率提供帮助。

两次南支槽天气过程的物理量对比分析

本文对两次南支槽天气过程进行了物理量场分析，对比分析表明：冷槽型比暖槽型有更利于降水产生的物理量场条件。通过分析，对南支槽影响广西天气的预报做了一些有益的探讨。

广西春季南支槽暴雨短期预报业务系统介绍

以天气学统计学、物理量诊断三种预报方法相结合构成的广西春季南支槽暴雨短期预报业务系统，能够通过微机准自动运行分析，得到在南支槽影响下，广西有无区域或大范围暴雨过程的短期预报，试用效果良好。

一次南支槽背景下地形对贵州水城南部特大暴雨的作用

利用欧洲中期天气预报中心逐日客观分析资料、常规观测资料、FY2C卫星、雷达和区域加密自动站资料,对2009年6月28日夜间发生在贵州省水城县发耳乡特大暴雨天气进行分析。结果表明,2009年6月28日贵州省水城县发耳乡特大暴雨的发生,有南支槽、中低层切变和强盛的西南暖湿气流等天气条件的有效合理配置;强降水的落区与中-γ尺度云团有很好的对应关系,云团的移动、合并、发展、停滞以及减弱能很好地指示降水的落区及强度;产生于低层辐合区的强对流回波单体在位于水城县西北部的乌蒙山脉(主峰2901m)的阻挡下在发耳乡附近停滞不前,使水城县中部以南地区降水雨团合并加强,这是发耳特大暴雨形成的重要原因;发耳特殊的地形,使得其附近流场发生变化,不仅使地形性垂直上升运动加强、维持,而且也使得水汽不断向云内卷入,延长了暴雨云团在其上空的停留时间;喇叭口地形的收缩作用也加强了迎风坡的辐合上升运动;区域自动站的资料显示,中小尺度天气系统对水城县发耳乡及附近降水雨团的形成和加强起到了重要作用,并对此次特大暴雨的短时临近预报具有指示意义。

云南南支槽飑线雹暴中尺度特征及环境条件

利用自动站、FY-2E卫星、地闪及1°×1°NCEP再分析气象资料对春季两次南支槽影响下云南飑线雹暴中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明:南支槽前的高低空偏西急流不仅为强对流雹暴提供水汽条件,而且相互耦合加强上升运动为强对流雹暴提供动量条件,雹暴发生在500 h Pa和700 h Pa南支槽前的偏西急流耦合区内;高空深厚强急流带和强垂直风切变导致中高层强斜压性加大而加强上升运动促使雹暴发展,且中低层强垂直风切变影响雹暴的组织和发展,雹暴发生在中低层垂直风切变大于等于3×10^(-3)s^(-1)的区域;青藏高原500 h Pa低槽东南移引导北方冷空气南下,形成中层冷空气入侵和低层暖脊控制的上冷下暖大气强烈不稳定,为强对流雹暴发生发展提供重要的对流不稳定条件,雹暴发生在850 h Pa与500 h Pa温差T_((850-500))≥27 K的强烈不稳定区域内;上冷下暖的强烈不稳定和强烈垂直风切变导致南支槽对流积状云形成,后侧中层冷平流侵入和高空急流动量下传作用进一步发展形成逗点状对流云系和弓形飑线,而偏西急流强弱和强垂直风切变大小是导致两次飑线雹暴发展差异的直接原因。

3～5月粤西地区南支槽降水分析

引 言 南支槽是指冬半年(10月至翌年5月)发生在南支西风带上的一种低压槽。由于高原地形的作用,在80～90°Ｅ地区容易形成动力性低槽。所以,当南支槽移到这里,常常会准静止并加强。3～5月来自印缅地区的南支槽,经过粤西地区时引发降水是粤西地区重要的天气系统之一。?..

冬半年南支槽与乌江流域汛期径流的关系探讨

基于1954—2014年乌江流域站点的逐月径流与NCEP/NCAR的逐月位势高度、风矢量资料、比湿及垂直速度资料,采用相关分析、回归分析、合成分析等方法,研究了冬半年南支槽与汛期乌江流域径流的关系,并探讨了其对乌江流域径流影响的可能机制。结果表明,冬半年各月南支槽强度指数(Southern Branch Trough Index,SBTI)与5月乌江流域径流有着稳定且显著的负相关关系,且基于冬半年月份SBTI构建的线性回归模型可以很好地预测5月径流;因此,冬半年南支槽指数可以作为乌江流域5月径流的预报因子。合成分析表明,南支槽强年,青藏高原南侧西风带波动强烈,且槽前风场差值呈气旋性异常,伴随着乌江流域的南风矢量,为槽前暖湿气流向乌江流域的输送提供了水平动力;副热带高压强度的减弱可能使得来自西太平洋的水汽流向乌江流域,强化了水汽向乌江的输送;南支槽强年乌江流域低层到高层水汽含量显著增加,垂直上升运动可持续到300 h Pa,加强了乌江流域的水汽辐合和对流运动,有利于该流域降水的产生,进而使得径流量显著增加。

南支槽对四川地区降水影响的定量分析

对1981—2017年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用客观方法识别南支槽活动,并结合四川地区156个国家观测站的逐日降水资料,统计分析了南支槽的时空分布特征及其对四川地区降水的影响。结果表明:①南支槽平均每年出现47.9次,月分布呈双峰型,1月和5月出现频次最高;②出现最多的区域为孟加拉湾以北、青藏高原南侧的90°E附近,22°～24°N地区;③11月至次年1月为南支槽的增强期,南支槽强度大致上随着经度的增加而减小,但在86°E和96°E附近为增强区;④南支槽活动同期,约73.97%的对应时段四川地区有降水过程,降水频率大值区主要位于盆地西南部和南部;⑤南支槽位置偏西时四川地区更容易出现降水过程,但呈现出较强降水过程对应的南支槽强度较弱的现象。