两次不同生命史东移高原涡的动力结构与成因分析

利用NCEP再分析资料对2008年6月25-27日和2013年6月4-10日两次东移出高原的高原涡过程进行结构特征和演变机制的诊断分析,探讨两次长、短路径高原涡过程的结构特征和造成不同生命史的影响因子。结果表明:(1)路径短的扎多涡活动过程中,南亚高压呈扁平状,高空急流偏南,高原涡处在下滑槽中移出高原;路径长的曲麻莱涡活动过程中,南亚高压有些北拱,高原涡处在南亚高压脊前西北气流下空,副高偏南,高原涡随低槽东移加强,并伴有西南涡东移。(2)两次高原涡过程结构特征差异明显,主要表现在扎多涡在高原上增强时、曲麻莱涡与西南涡耦合及之后再度加强时的结构特征,前者低涡处在600~350 hPa较深厚的正涡度、上升运动层内,还具有对流层高层强辐散的结构特征;后者具有对流层高、中、低层正涡度贯通、对流层内为上升运动、对流层低层辐合,对流层高层弱辐散的结构特征,其中对流层低层由整个对流层内为最强正涡度,演变为整个对流层内为最强正涡度、最强上升运动、最强辐合。(3)总涡度收支诊断表明,散度项变化对低涡总涡度变率变化起决定性作用。扎多涡的强度变化与散度项变化一致。曲麻莱涡在与西南涡伴行过程中,垂直输送项、水平平流项的影响在加强。(4)涡中心区500 hPa正涡度变率的收支分析看出,高原涡在没有西南涡活动时,对高原涡的500 hPa正涡度变率贡献的主要是涡度辐合造成的;在有西南涡活动时,随着与西南涡垂直方向叠合、伴行,正涡度垂直输送显得更加重要。

近20年华西秋雨演变特征及其异常机理的进展

华西秋雨是中国西部地区出现的独特而复杂的秋季降水现象,与经济社会和国民生活息息相关。本文在20世纪以来对华西秋雨认识的基础上,从多角度对比回顾了近20年来关于华西秋雨研究的主要成果。首先,明确了华西秋雨的时空范围、降水强度,提出了表征其基本特征的量化标准和指数,揭示了华西秋雨显著的年际差异、“正-负-正”年代际变化和4~8年的周期循环;其次,指出了低中高纬度大气环流系统、热带海温强迫、青藏高原作用等对华西秋雨的不同重要影响,进而得到了多系统、多因子协同作用对华西秋雨异常演变的重要意义,丰富了华西秋雨异常演变认识;最后,针对华西秋雨现状,指出了不同季风、冷暖气流、演变成因、天气过程、夜雨特征、区域响应等方面存在的主要问题,并展望了青藏高原大地形下,华西秋雨多尺度协同作用及其物理机制的综合、精细分析研究等未来主要发展趋势。

四川盆地典型“西南型”盆地涡特征研究

盆地涡是西南涡的一种类型,是指在700 hPa等压面上生成于四川盆地,连续有两次闭合等高线的低压或3个站风向为气旋性环流的低涡。它是造成四川盆地降水的主要系统,而“西南型”盆地涡是盆地涡中发生频率最高、强度较强的一类。本文利用ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料、GPM卫星降水资料以及《西南低涡年鉴》等,探讨了2020年6月26-28日发生于四川盆地的一次典型“西南型”盆地涡的特征和发生发展机制。结果表明:此次盆地涡生成于四川盆地西南部,随后向东北方向移动,到达四川东北部后转向东行,进入重庆后消亡,生命史共计48 h。该盆地涡的形成发展与其位于200 hPa南亚高压东北侧及高空急流入口区右侧的辐散区,以及500 hPa短波槽前正涡度平流造成低层减压密切相关。700 hPa上四川盆地西南部位于低空急流的左前方,有利于辐合上升运动的发展和低涡形成。700 hPa盆地涡东北方向的锋生大值区、低空急流的加强北上以及500 hPa高空槽前西南气流的引导作用,是低涡向东北方向移动的主要因素。随着200 hPa南亚高压中心东移到江淮上空以及高空急流减弱,500 hPa短波槽随之东移,盆地涡位于槽后的负涡度平流区,垂直方向转为下沉运动,地面加压,低涡逐渐减弱消亡。对涡度收支方程各项分析发现,低空辐合是盆地涡强度增加的主要贡献项,由低空辐合导致盆地涡正涡度的增加几乎贯穿了低涡整个生成发展阶段。此外高空正位涡大值区的存在、盆地涡降水的凝结潜热释放等,也对本次盆地涡的发展和移动起到了重要作用。

1979—2016年青藏高原水汽收支的气候变化特征及其成因

利用1979—2016年ERA-Interim的月平均再分析资料,通过统计分析、诊断研究等方法,分析了青藏高原水汽收支的气候变化特征及其成因。结果表明:青藏高原水汽四个季节均是从南、西、北边界流入高原,从东边界流出高原;青藏高原春、夏、秋季都表现为一个明显的水汽汇,夏季是高原水汽输送最活跃的季节,而冬季水汽从高原向外输出;高原东部(南部)水汽输送和收支量远大于高原西部(北部)。青藏高原年和夏季有逐渐变湿的趋势,主要是由于东边界水汽流出量的显著减少;高原东、西部的水汽净收入均呈增加趋势,高原西部的增幅明显大于高原东部;东边界水汽流出量的减少是高原东部水汽净收入增加的原因,而南边界水汽流入量的明显增加是高原西部水汽净收入增加的原因;高原北部水汽收支的年际变化比高原南部更明显,高原北部有明显增湿的趋势,而高原南部增湿趋势不明显。夏季青藏高原南边界水汽收支变化主要受青藏高原以南、以东的季风控制区偏南风水汽输送的影响,与西太副高的变化也有密切联系。西边界水汽收支的变化主要受中纬度西风带水汽输送的影响,北边界水汽收支的变化主要受到“丝绸之路”遥相关波列的影响,东边界的水汽输出偏少与高原地区东北侧至贝加尔湖附近上空的反气旋异常和华南地区上空的气旋异常有关。

2021年四川省2 m温度数值模式预报检验评估

通过对比分析3个区域数值模式(CMA-MESO-3KM、SW3KM和SW9KM)2021年3—12月逐日2 m温度(包括日最高温和最低温)预报结果和气象观测站实况数据,检验评估了3个数值模式对四川省2 m温度的预报性能。结果表明:(1)模式对最低温度预报效果好于最高温度,SW3KM模式对3—10月2 m温度预报略好于SW9KM和CMA-MESO-3KM模式,SW3KM模式对最高、最低温预报效果优于SW9KM模式,其准确率最多可分别提高13.4%、31.9%,较CMA-MESO-3KM模式最多都可提高18.8%。(2)温度误差分布有明显的日变化特征,3个模式预报温度误差从凌晨至上午逐渐减小,而下午至晚上逐渐增大,SW3KM和SW9KM模式预报温度上午较实况偏高,其它预报时段较实况偏低,CMA-MESO-3KM模式预报温度较实况偏低。(3)温度预报准确率与海拔高度密切相关,预报准确率随着海拔高度增加而降低,系统性偏差增大。(4)CMA-MESO-3KM模式冷季温度预报偏高、暖季预报偏低,12时起报略好于00时;SW3KM和SW9KM模式00时起报的20℃以上温度预报偏低、20℃以下温度预报偏高,而12时起报的低于30℃附近温度预报较实况偏低,但00时起报温度误差小于12时起报。

不同类型九龙涡的水汽输送与热力结构特征的对比分析

应用1989~2018年6~8月ERA-interim再分析资料,在西南涡之九龙涡新定义的基础上,通过观测、诊断、合成分析,深入研究了川西高原涡源子区域1和子区域2源地型、偏东型、东北型、偏南型九龙涡的水汽输送、热力特征及其变化。结果表明:(1)夏季九龙涡水汽主要来源于印度洋,受多尺度系统协同作用影响,源地型、偏东型、东北型生成区主要为西南水汽输送,偏南型则为西北水汽输送。伴随九龙涡生成,生成区水汽辐合逐渐加强,结束时次,移动型九龙涡在对应的移动方向下游具有异常的水汽通量辐合。(2)九龙涡涡区主要为热量消耗,其中源地型九龙涡热量消耗较大且无充足补给成为其消亡的原因之一,初生时次低层(高层)水汽消耗(增加),但发展后均为消耗;子区域1(子区域2)下垫面、环流影响复杂(简单),视热源、视水汽汇项垂直分布多样(单一),具有多个(一个)极值中心;辐射冷却和小尺度涡旋垂直输送可使视热源项中心高于视水汽汇项中心。(3)九龙涡的视热源、视水汽汇的大值区主要位于低涡东北部,且视水汽汇强于视热源,分别对应低涡强对流区和强夜发性;移动型的视热源和视水汽汇分布及变化一般都强于源地型,其中,子区域1的东北型、偏南型始终保持较强分布,子区域2的移动型和源地型初生时次差异不大,结束时次东北型显著增强。(4)源地型低涡的消亡最先表现为视水汽汇在低涡外围的减弱,而偏东型、东北型则在移动方向扩展、增强,形成视热源、水汽汇大值区,分别预示着九龙涡的减弱消亡和发展移动;偏南型西南侧有一热源大值系统,可能成为其偏南移出的外强迫因素。综上,区域和环境水汽、大气热力条件等异常变化与九龙涡演变密切相关,两者可能是九龙涡生成、消亡、发展、移动的重要原因。

珠峰地区近50年极端降水变化特征分析

基于聂拉木和定日国家气象观测站逐日降水资料,选用世界气象组织推荐的11个极端降水指数,利用多种统计方法分析了1971~2020年珠穆朗玛峰(以下简称珠峰)地区极端降水指数的变化特征。结果表明:珠峰地区全年以中雨日数为主,持续干期远大于持续湿期且北坡更为突出,但珠峰南坡多数极端降水指数年均值和变幅均大于北坡。珠峰地区极端降水指数表现出以减小为主要特征的不显著变化趋势且北坡更明显。珠峰地区极端降水指数突变主要发生在20世纪80年代和90年代。珠峰地区极端降水指数周期差异大,相关性越高的极端降水指数其周期更接近甚至相同。年总降水量除与持续干期呈不显著负相关外,与其它极端降水指数均呈正相关关系,且绝大多数都通过了99%水平的显著性检验,而持续干期则与大多数极端降水指数为不显著负相关关系。

高山草甸下垫面夏季近地层能量输送及微气象特征

利用青藏高原东坡理塘站2007年6～8月的观测资料,分析了高原东坡草甸下垫面夏季近地层气象要素和湍流通量日变化特征,并用涡动相关法估算地面的曳力系数。结果表明：水平风速、动量通量、摩擦速度等均在下午最大,早晨最小。二氧化碳浓度表现为早晚高、中午低的日变化特征,比湿的最大值出现在早晨。地表辐射、热量平衡各分量最高值出现在中午,最低值出现在早晨。地表反照率表现出早晚高中午低的“U”型分布,日平均值为0.164。夏季地面热源强度在白天午后表现为强的热源,在夜里表现为弱的冷、热源交替出现。夏季近地层地气热量交换中,感热输送作用小,潜热输送占主要地位。

SVD相空间分析方法及其在海气耦合关系中的初步应用

利用非线性动力学中的相空间概念和场诊断分析中的SVD技术,提出了一种SVD相空间分析方法。应用该方法研究了热带太平洋ElNi no区SST与东亚500hPa环流场的关系。结果表明:这种SVD相空间分析,优于EOF相空间分析,它不仅能在两个场耦合联系的基础上分析两场自身的变化过程和状态特征,而且能够揭示两场之间的内在相互联系;前期冬半年东亚冬季风异常偏强(弱)时,将导致未来ElNi no(LaNi na)事件的发生;前期ElNi no(LaNi na)事件,将导致未来冬半年东亚冬季风异常弱(强);由此建立了东亚冬季风与ElNi no(LaNi na)事件相互作用的概念模型,指出了东亚冬季风异常变化与ElNi no(LaNi na)事件互为双方发生发展的重要机制。

近十年高原低涡与中亚低涡研究进展

高原低涡是青藏高原地区特有的天气系统,作为青藏高原地区夏季的主要降水系统,其发生发展和移动对高原周边及其下游广大地区的天气气候具有重要的影响。而中亚低涡是引起青藏高原西北新疆暴雨、短时强降水、冰雹、持续低温等灾害性天气的重要系统之一,同时也显著影响其周边甚至我国东部和南部地区的天气气候。高原低涡和中亚低涡是位于不同纬度、范围,主要在500 hPa等压面活动的低涡系统,与青藏高原及其周边地区密切联系,且都位于我国西部上游,其对下游广大地区的天气气候影响深远。目前,在高原低涡和中亚低涡基本定义、活动特征和天气影响等多方面都已取得了大量成果,但对于两低涡之间的可能关系及其影响却鲜有涉及。本文在回顾已有研究成果的基础上,总结了近10年关于高原低涡与中亚低涡研究的主要进展并指出了存在的问题,强调了开展高原低涡与中亚低涡两者关系的分析研究是未来的重要方向之一。

春季川渝地区气温与500hPa高度场的奇异值分解

应用奇异值分解 (SVD)技术研究了北半球 5 0 0hPa高度场与春季川渝地区气温场的关系。结果表明 :前期 10月和同期春季 5 0 0hPa高度场与川渝地区气温场具有密切的同步及非同步时空相关 ,其第一模态代表了两场间的主要耦合特征 ;当前期 10月 (15 0°～ 180°E ,6 0°～ 70°N)范围 5 0 0hPa高度场降低 (升高 ) ,同期春季青藏高原、川渝地区到我国东部 5 0 0hPa高度场升高 (降低 ) ,相应川渝地区春季气温升高 (降低 ) ;大气环流的异常演变 ,通过影响区域天气气候 ,是造成川渝地区春季冷暖异常及气候变冷的重要原因之一 ;而前期 10月 5 0

西南涡大气科学试验的观测布局理论与实践

我国是气象灾害十分严重的国家。西南涡是一个非常重要的灾害性天气系统,与我国夏半年的暴雨洪涝灾害密切相关,对国民经济、社会发展和人民生命财产安全都有着严重的影响。基于西南涡理论研究与科学试验现状,阐述了西南涡大气科学试验的观测基础对西南涡基本信息、理论研究和业务预报的重要意义。从站点分布、设备技术、观测要素等方面,提出了西南涡大气科学试验观测布局的设计思想与技术原则。在此基础上,系统设计了西南涡大气科学试验的观测布局工程,并于2010年、2011年开展了两次西南涡大气科学试验,检验了观测布局设计思想的正确性,推动了西南涡研究与业务的进展。最后,从西南涡大气科学试验的需求、现状和效果,进一步指出了加强其观测布局理论研究和具体实践,对我国经济发展、防灾减灾的重要意义。

青藏高原东侧地区夏季气温变化及其可能成因

应用奇异值分解(SVD)和相关分析方法,研究了青藏高原东侧川渝地区气温变化及其原因。结果表明:夏季川渝地区气温与云量之间主要呈反位相关系,其第一模态代表了它们最主要的耦合特征;热带西太平洋海温偏暖(冷),引起副热带高压系统位置偏北(南),使川渝地区总云量偏少(多),造成川渝地区气温偏高(低)。最后建立了川渝地区夏季气温变化的概念模型,指出热带西太平洋海温异常变化,也是造成青藏高原东侧川渝地区气温变冷的主要原因之一。

近40多年四川盆地降温与热带西太平洋海温异常的关系

应用滑动滤波技术， 分析了半个世纪以来， 四川地区温度变化及其与西太平洋海温的关系。结果表明， 四川盆地气温在７０ 年代中期发生了一次突变， 由偏暖阶段进入偏冷阶段。其中， ５０ 年代最暖， ８０ 年代最冷， 这种偏冷趋势在夏季最显著； 热带西太平洋海温同样在７０ 年代中期发生了一次突变， 由偏暖阶段进入偏冷阶段， 也是５０ 年代最暖， ８０ 年代最冷， 这种偏冷趋势同样在夏季最显著； 热带西太平洋海温在变化趋势上与四川盆地气温变化具有同位相关系； 热带西太平洋海温异常偏暖（ 冷） ， 引起西太平洋副高位置偏西（ 东）偏北（南） ， 造成四川盆地气温异常偏暖（ 冷） ； 热带西太平洋海洋热状况的变化， 通过影响西太平洋副高等环流系统变化是造成四川盆地气温异常的重要原因之一。

2012年夏季西南涡加密观测科学试验

在2010、2011年西南涡加密观测科学试验的基础上,中国气象局成都高原气象研究所又成功实施了2012年我国西南涡加密观测科学试验。本文总结了2012年西南涡加密观测科学试验的总体方案,重点介绍了这次西南涡加密观测科学试验在西南区域天气预报业务、数值天气预报中的具体应用,最后指出:西南涡加密观测科学试验的实时业务应用,对于提高灾害性天气预报能力具有重要作用。

利用多时次资料的EOF迭代温度长期预报

考虑多时次历史资料，基于ＥＯＦ（经验正交函数）迭代方案，将观测事实与统计方法结合，建立预报因子与预报对象的联系，开展长期预报试验。对四川盆地夏季温度的预报表明：这种容纳多时次资料、基于ＥＯＦ迭代的物理一统计预报方法是一种有效的长期预报途径。

近40年青藏高原东侧地区云、日照、温度及日较差的分析

统计分析了半个世纪以来 ,气候变冷区域青藏高原东侧地区云、日照、温度和日较差的变化及相互关系。结果表明 ,青藏高原东侧地区气候变化具有显著的区域特征 ,总云量与日照比全国平均情况有更密切的反相关系 ,并且都与日较差有很好的线性相关。在春、夏季 ,它们都与温度有密切相关 ,但秋、冬季相关不明显。最后指出了云和日照可能是青藏高原东侧地区春、夏季温度变化的重要原因 ,而秋。

2011年夏季西南涡加密观测科学试验

本文总结了四川省2011年西南涡加密观测科学试验,包括在2010年试验基础上,2011年科学试验的基本特点、总体目标、具体方案等,并且,重点阐述了这次西南涡加密观测科学试验的主要成果及其业务应用,尤其是对改进数值天气预报业务能力的有益作用。

“雅安天漏”研究进展

围绕青藏高原东侧"雅安天漏"现象,综述了近40多年来"雅安天漏"的天气、气候与气候变化研究的主要进展;在分析前期研究薄弱环节的基础上,从基本特征、复杂地形、热源与边界层结构、形成机理、天气气候联系、区域气候响应等方面,提出了"雅安天漏"研究中存在的6个主要科学问题,并指出了综合观测、科学试验、资料分析、理论研究和预报技术是"雅安天漏"未来研究的重点方向。

青藏高原地面加热及上空环流场与东侧旱涝预测的关系

应用奇异值分解 (SVD)技术研究了青藏高原地面加热场与高原上空 1 0 0hPa高度场及其东侧川渝地区夏季降水场的时空联系和旱涝预测的关系。结果表明 :地面加热场与高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征 ,具有高度的时空相关 ;前期青藏高原地面加热场通过影响后期高原上空 1 0 0hPa高度场 ,导致未来高原东侧川渝地区夏季降水异常 ;加热场—高度场—降水场之间的这种非同步关系 ,反映了川渝地区旱涝灾害的影响因子和物理成因 ;前期高原地面加热场与前期 1 0 0hPa高度场SVD第一模态的变化 ,是高原东侧地区未来夏季旱涝异常的预测信号。并由此提出了一种基于SVD技术的旱涝预测思路。