基于CINRAD和卫星的淮河流域致洪暴雨综合定量估测及预警研究

利用S波段多普勒天气雷达(CINRAD/SA)、GMS卫星云图结合地面雨量站资料定量估测淮河流域降水量,并结合对数值预报产品的释用进行暴雨定量预测。研究成果可以实现对淮河流域致洪暴雨的预警服务。

2003年渭河流域5次致洪暴雨过程的水汽场诊断分析

利用实况高空探测和地面观测资料、NCEP／NCAR再分析资料，从水汽输送、水汽收支以及水汽含量等方面着手，对2003年发生在渭河流域的5次致洪暴雨过程进行了对比分析，结果表明：强降水发生时，降水区700hPa上的比湿值均不低于7g／kg；在垂直结构上，强降水地区低层水汽含量在降水前6～12h出现峰值，强降水出现在高层比湿的峰值附近；致洪暴雨过程的水汽通道与西太平洋副热带高压的位置有着明显的相关性；渭河流域南边界是水汽的主要输入方，主要的水汽输送层在850～700hPa，西边界是水汽的主要输出方。

2007年淮河流域致洪暴雨及其中尺度系统特征的分析

针对2007年6-7月的淮河致洪暴雨,采用NCEP资料、卫星TBB（Temperature of Black Body）资料、地面加密资料和1 h的降水资料对此次暴雨过程进行了详细的分析,得到结果如下：1）2007年6-7月主汛期的暴雨带主要位于淮河流域,而不是像通常那样集中在长江中下游。时间长达30余天,超过2003年（持续20余天）。2）整个汛期从6月19日开始至7月26日结束,根据影响系统和雨区分布的不同,可将降水分为3个阶段。其中,第2阶段（6月29日-7月10日）降水最强,影响最大,与梅雨的降水有更多相似。在第2阶段中又有4次降水过程,其中第4次过程（7月7-9日）降水最强,导致10日在王家坝开闸泄洪。3）高纬度的阻塞形势（西阻型）有利于环流的稳定维持和暴雨的持续发生。4）副热带高压稳定在26°N,有利于雨带维持在32°N,另外南海季风涌沿副高西侧将大量水汽输送至淮河流域。5）在阻高和副高之间的西风带上,巴尔喀什湖为低槽区,不断有小股冷空气经我国西北和黄河上游沿偏西路径移至淮河流域,西风槽加深甚至在中国大陆出现切断低压,这在过去淮河暴雨期间不太多见,表明存在明显的中低纬度的相互作用。与此同时,在7月8日高空急流入口区（右侧）与低空急流出口区（左侧）相迭置耦合,非常有利于垂直运动的加强和暴雨的发生。6）在暴雨期间有中尺度低压（扰动）的发生发展,并有与之相关的中尺度云团、雨团甚至更小的中尺度对流系统出现,致使8日寿县24h降水量达262 mm之多。该次强暴雨与淮河流域前期多场强降水形成的高水位“遭遇”,引发了严重的洪水,其影响超过了2003年,成为了1954年以来淮河流域最严重的洪涝。

梅雨锋致洪暴雨的β中尺度涡旋机理的分析

利用模式高分辨率资料 ,对 β中尺度涡旋系统发生和发展的机理进行探讨 ,发现在湿中性条件下 ,中尺度气旋得到强烈发展是与物理量的中尺度输送和集中及局地区域产生急剧陡峭的上升运动有关。用辐散风动能转换函数诊断分析了暴雨不同时期β中尺度涡旋系统发展的能量来源 ,得出能量转换与涡散场相互作用的物理图像。这种能量转换增强与涡散场发展相互促进的正反馈过程是系统发展增强的主要因素 ,同时使得强烈上升运动不致很快消失 ,是暴雨生命史维持 1 0

淮河流域致洪暴雨预警系统

介绍淮河流域暴雨预警系统和所采用的处理方法。该系统利用合肥CIN RAD雷达体扫资料,配合地面雨量观测资料,采用最优判别系教法建立了适合淮河流域的Z I关系,用以估算每6分钟的降水量。此外系统还在区分GMS5卫星云图上不同种类云系的基础上,配合地面观测,采用数理统计方法建立了淮河流域GMS5卫星估算降水多通道经验公式。在CINRAD雷达和GMS5卫星的雨量估算结果的基础上,通过与站点观测雨量的对比分析,利用数理统计方法对这两类估算雨量资料进行了集成。集成估算得到的雨量值较单独用CINRAD雷达或GMS5卫星进行雨量估算的结果在精度上有所改进,能更精确地对淮河流域雨量进行估算,进而结合HLAFS数值预报产品进行致洪暴雨的预警。该系统在2003年汛期成功地对淮河流域出现的几次暴雨过程进行了预警,汛期服务效果显著。

2008年华南前汛期致洪暴雨特征及其对比分析

着重对2008年华南前汛期持续性致洪暴雨的降水特征及成因进行了天气尺度的研究,并且对比分析了其与20世纪90年代以来华南前汛期洪灾较为严重的几年(1994、1998和2005年)的降水和环流场特征异同,主要得到以下结果:(1)根据影响系统和雨区分布的不同,将2008年华南前汛期降水过程分为4个阶段。第1阶段(5月26—30日)降水中心分布零星,降水局地性明显。第2阶段(6月7—11日)雨区以带状分布为主,带状雨区上还分布了多个强降水中心。第3阶段(6月12-14日)以片状分布为主,而第4阶段(6月15—19日)雨区既有带状分布,也有片状分布。(2)4个阶段中、低空平均环流场分析表明,环流形势的明显差异决定了雨区分布特点的差异。(3)南海季风涌的频繁活动有力地将水汽一次次地向中国南方地区输送,为暴雨提供了充沛的水汽条件。(4)2008年华南前汛期,500hPa上,中国西南部、华北、华南,华东以及低纬度的孟加拉湾地区均是负的位势高度场异常。华北、华东地区负的异常、青藏高原东部负的异常均有利于冷空气活动,而低纬孟加拉湾地区负的异常又有利于暖湿气流的输送,冷暖气流的活动均非常有利于中国南方地区持续性强降水的发生。(5)对比2008、2005、1998、1994年和气候态的5月15日6月30日总降水分布发现,2008年总降水中心主要位于两广地区及浙赣皖3省交界地区。而浙赣皖3省交界区域的强降水中心位置明显较气候态偏北,被称为"非典型梅雨",而这也是2008年明显不同于另外3年的一个降水分布特点,此外,分析发现,2008年华南前汛期降水强度明显强于另3年。(6)对比4年的500hPa环流及异常场表明,2008年的环流形势相对于另3年要更有利于冷暖空气在中国南方地区交汇,因此,有利于2008年的降水强度大于另外3年。(7)对比4年的850hPa风场异常场分布表明,2008年低层异常风场的偏南风的向北推进得明显偏北,使得总降水量中心原气候态上位于浙闽赣3省交界区域的降水中心向北推进到浙赣皖交界地区,从而出现了华南暴雨与"非典型梅雨"同时出现的特点。

淮河流域致洪暴雨的异常水汽输送

为了从多方面提取对致洪暴雨有指示意义的异常信息,进一步提高对致洪暴雨的判别能力,利用Box-Cox变换将信号场方法引入致洪暴雨水汽条件气候异常的诊断,并具体分析了2003年、2005年和2007年淮河流域致洪暴雨850 hPa水汽通量场的气候异常特征。结果表明:淮河流域致洪暴雨期间,850 hPa经向水汽通量信号场105°E～125°E易形成以淮河流域为中心南正北负的双极型配置;850 hPa纬向水汽通量信号场低纬的显著信号反映出各条水汽输送通道的相对重要性因致洪暴雨而异。

渭河流域致洪暴雨的天气学分析

目的对渭河流域致洪暴雨进行分析,以便得出其时空分布特征、天气环流特征,以及暴雨型和天气型之间的对应关系,为致洪暴雨预报和机理研究奠定基础。方法利用1954年至2004年渭河流域70个气象站的观测资料、流域洪水灾害资料和高空天气图资料,应用统计学和天气学方法,得出近50年来渭河流域致洪暴雨的时空分布规律和天气环流特征,总结出了暴雨型和天气型等不同类型,讨论了它们之间的对应关系。结果近50年来渭河流域年均出现1次致洪暴雨过程,最多年份出现5次;致洪暴雨发生频率最高在7月上、下旬和8月上、中旬;致洪暴雨分为上游暴雨型、连阴雨中暴雨型、本区域暴雨型和叠加暴雨型4种类型,产生暴雨的大气环流形势分为低槽型、西南气流型、低涡切变型和副高控制型4种。结论渭河流域洪灾的形成与本地暴雨有密切关系,多数致洪暴雨都有低空急流相伴,低槽型和西南气流型是产生致洪暴雨的主要环流形势。

2005年6月华南致洪暴雨的大尺度环流特征及成因探讨

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料,分析了2005年6月华南致洪暴雨的环流背景及其可能成因。结果表明:2004—2005年经历的一次弱E l N ino事件是2005年华南致洪暴雨的气候背景。与2005年夏季相比较,6月17—26日强降水期间,华南地区的视加热<Q1>和视水汽汇<Q2>异常强烈,并且<Q1>和<Q2>的高值带与该时段降水量分布非常相似,高值中心与雨量中心位置基本一致。阿拉伯海东岸和孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层异常反气旋性环流,使得南亚高压加强偏西。我国大陆处于异常气旋性环流之下,不利于南亚高压北上,有利于南亚高压在青藏高原南部、华南地区维持,使得华南地区位于高空西风急流南侧的上升运动区,有利于该区域强降水发生和维持,形成洪涝。

2003年淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系

利用NCAR/NCEP的逐日再分析资料和降水资料,分析了2003年夏季淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系。结果表明,2002—2003年的ElNino事件是本次暴雨的前期背景;南海地区的视热源和视水汽汇异常可能是副高偏南维持的重要原因之一。与2003年夏季相比较,6月21日—7月22日淮河流域为正的异常视热源和视水汽汇,并且二者的高值中心与该时段雨量中心位置基本一致。孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层反气旋性环流有利于南亚高压在青藏高原、江南、华南地区维持,从而使得淮河流域位于高压北侧高空西风急流入口区南侧的上升运动区,有利于淮河流域强降水发生和维持,形成该流域洪涝。

西江流域致洪暴雨的准双周振荡及大气环流模型

为了做好西江流域致洪暴雨的中期预报,采用小波分析、Lanczos滤波器分析了1961—2008年西江流域13次致洪暴雨期间降水与850 hPa风场的低频振荡特征,研究了850 hPa风场的10～30天低频传播对致洪暴雨的影响,并采用合成分析建立了由西风带系统导致的致洪暴雨准双周振荡的大气环流模型。结果表明,致洪暴雨期间降水主要以10～20天的准双周振荡为主,它们多数与西江流域850 hPa风场8～35天振荡的正位相有较好的对应关系。来自西江流域以南逐渐向北传播的低频纬向风或来自30°N附近逐渐南传并加强的低频纬向风与多数来自西北太平洋向西传播的低频纬向风在西江流域相遇,是导致致洪暴雨具有准双周振荡的可能原因之一。当500 hPa巴尔喀什湖以东的高压脊开始隆起并逐渐东移,我国东北-华北-长江中下游逐渐转为明显的华北低槽控制,华南由青藏高原东部弱的西风槽转为明显的高空槽控制,副高不断加强西伸,同时850 hPa上空来自孟加拉湾穿过中南半岛的西南风不断加强,位于华南急流轴以西弱的气旋性弯曲也不断加强,地面上转为东高西低、等压线经向度明显,西江流域致洪暴雨开始并逐渐达到强盛期。这些特征可作为西江流域致洪暴雨的中期预报提供参考依据。

夏季中国南方流域性致洪暴雨与季风涌的关系

中国淮河以南地区夏季最易受到洪水灾害的威胁，这种致洪暴雨一般出现在沿着河谷走向的静止锋上。在引发致洪暴雨的环流系统中，季风涌的作用非常重要，它提供了暴雨产生所必须的水汽。分析了1998、2003、2005及2006年中国南方流域性致洪暴雨和东亚季风涌，以及与赤道附近大气环流的30～60天振荡（称作Madden—Julian Oscillation，简称MJO）活动的关系。当来自赤道印度洋的MJO引起南海地区西风的加强；南海西风的加强，触发中国南部大陆出现季风涌；季风涌与来自北方的冷空气交绥，造成静止锋上的致洪暴雨。由此提出我国南方夏季流域性致洪暴雨中、短期预报的基本思路。

“04.6”湘西北特大致洪暴雨形成机理分析

对湖南省西部和北部的一次特大致洪暴雨过程综合分析得出:此次特大暴雨过程的发生与对流层中低层西南急流和亚欧大陆上空维持阻塞形势密切相关。阻塞形势的维持,使得对流层中低层两个冷涡稳定少动,从而形成了东北向干冷气流,其与西南暖湿气流在湘西北地区上空形成一条东北西南向的切变线。切变线上生成的深厚的中尺度气旋的演变、发展,是特大暴雨产生的根本原因。对流层中层涡度、Q矢量散度及345K等熵面上位势涡度的由南向北发展与强降水区由南向北发展有较好的对应关系,可作为暴雨预报指标。超强散度柱、强涡度柱和陡立深厚θse耦合结构是垂直上升动力和暴雨产生和持续的重要动力机制。

华南6月持续性致洪暴雨与孟加拉湾对流异常活跃的关系

利用NCEP/NCAR再分析逐日及逐月资料、NOAA卫星观测的向外长波辐射(Outgoing Long-wave Radiation,OLR)资料、我国160站月降水资料及华南45站逐日降水资料,分析了2005年6月华南持续性致洪暴雨的发生与孟加拉湾对流异常活跃及西太平洋副热带高压演变的关系,并对华南6月有无持续性大范围暴雨年进行合成分析,结果表明华南持续性大范围暴雨发生的年份,孟加拉湾对流相对活跃,西太平洋副高强度偏强、位置偏西;反之亦然。华南6月持续性大范围暴雨发生前,孟加拉湾对流经历了一次活跃过程,同时西太平洋副高也明显经历了一次增强西伸过程。孟加拉湾对流活跃可能通过东西向垂直环流诱使西太平洋副高增强西伸,从而对华南暴雨的形成产生影响。

致洪暴雨过程中尺度涡旋的涡散作用及准平衡流诊断分析

利用较高分辨率的观测资料与模拟结果进行分析表明,影响2008年6月中旬广西致洪暴雨的主要中尺度天气系统是准静止的中尺度涡旋,它是中纬度天气尺度西风带波动与低纬度暖湿气流带在地形效应下相互作用的结果,其生成、发展和移动对此次致洪暴雨过程的降水强度和持续有重要作用,该中尺度涡旋具有强涡散共存、涡散度达同量级并伴随有较长生命史组织化深厚湿对流的特征。分析了由低空急流中大风速中心的非地转效应以及地形效应所产生的重力波与中尺度涡旋相互作用激发出大振幅组织化的β中尺度深厚湿对流,根据准平衡动力学的理论,准平衡流适用于描述这种同时包含辐散风和旋转风效应的中尺度运动。因此,本文引进基于准平衡流分析的PV-_ω方法,将其应用于反演诊断分析暴雨中具有涡散共存特征的长生命史的组织化深厚湿对流。结果表明,准平衡流能真实反映涡散共存的大振幅垂直运动特征,暴雨区的垂直环流中有50%—70%归于准平衡流。因此,准平衡流可以描述广西致洪暴雨过程中具有较长生命史组织化过程的深厚湿对流系统,准平衡流场具有涡散运动共存的特征。

2003年淮河流域致洪暴雨的环流演变

使用EC模式的格点高度场和风场资料，分析2003年6～7月欧亚地区环流形势演变特征与安徽淮河流域致洪暴雨的关系发现：淮河流域的强降雨能持续14d之久，是500hPa高空超长波维持2波、长波交替出现5～6波、高纬度为阻塞环流形势以及副热带高压脊长时间稳定在23～27°N偏北位置诸因子共同作用的结果。

江西致洪暴雨天气特征分析与流域洪涝预报研究

在对1959～1990年的资料进行大量普查分析和统计的基础上,指出对流层中低层形势特征在江西致洪暴雨中的特殊重要性,分析了各个天气系统对形成致洪暴雨的作用,并根据中低层天气形势特征来分型建立致洪暴雨的预报模式。应用水文上降水产生流量过程线的变化原理,提出了仅用降水资料来推算流域洪涝指数,用量化指标来预报未来流域洪涝强度的研究思路和方法。该方法思路是利用流域内测站雨量计算出流域的有效综合面雨量(考虑了前一段时间内的逐日流域面雨量的不同贡献)。复核流量(或水位)等洪涝资料与流域有效综合面雨量的关系,最终确定出各级洪涝指数的流域有效综合面雨量的大小,确定洪涝等级。

中国年最大致洪暴雨落区研究

分析了1900-1999年逐年全国最大致洪暴雨落区的区域分布和年际间迁移轨迹。结果表明:中国年最大致洪暴雨落区的年际间迁移轨迹是无序的;年最大致洪暴雨可以随机地出现在中国(主要在90°E以东地区)任何地区;华中和华东地区是出现年最大致洪暴雨频次最高的地区。也分析了1470-1899年逐年的年最大洪涝中心的区域分布和年际间迁移轨迹,其结果支持20世纪中国年最大致洪暴雨落区分布和年际间迁移轨迹分析所得出的认识。上述事实表明,中国7大江河中的任何一条,每年都可能出现全国最大的暴雨洪水,而且无法预见其在年际间迁移的方向与落区。因此,中国不得不立足于此客观事实确立全国防洪战略。

“05.6”广东致洪暴雨过程的500hPa环流场及低频特征

分析2005年6月15～25日广东出现的连续暴雨过程及结束期的500 hPa候平均环流场,并对4～9月暴雨中心区域的降水低频振荡特征进行了分析.结果表明：连续暴雨期欧亚中高纬度维持稳定的两槽一脊形势;中低纬度非洲与西太平洋副热带高压强大,西太平洋副高西伸到广东沿海,青藏高原为稳定的高压脊,高原下游为西风槽活动区,使冷空气沿着高原频繁扩散南下,并与西太平洋副高边缘的暖湿气流相遇,产生连续的暴雨过程.当巴尔喀什湖-贝加尔湖的高压脊东移而转为宽槽区,青藏高原高压脊减弱消失,高原以东为平直的西风环流,我国东北到日本为高压脊控制时,西北太平洋副热带高压加强北抬,华南降水减弱,连续暴雨过程结束.小波分析表明,连续暴雨期存在准20 d的周期振荡.

1995年7月25—31日东北地区致洪暴雨Tbb场特征

该文分析了１９９５年７月２５—３１日我国东北地区中南部致洪暴雨时段Ｔｂｂ场特征，并与长江中下游梅雨期致洪暴雨Ｔｂ场进行比较。结果发现，除了热带、副热带系统位置偏北且西伸外，北方致洪暴雨云带的走向，同热带、副热带云系的联系以及各系统之间的配置都和梅雨期致洪暴雨云带非常相似。