水汽输送对云南夏季风爆发及初夏降水异常的影响

主要利用1961-2000年云南120个站的逐日降水资料和NCEP／NCAR再分析资料，研究水汽输送对云南夏季风爆发和初夏5月降水异常的影响。结果表明，5月份云南上空为一致的西南风水汽输送，主要由来自印度半岛北部的副热带西风水汽输送和热带印度洋至孟加拉湾的西南风水汽输送汇合而成，而来自南海地区西太平洋副高西侧转向的偏南水汽输送是构成云南东部地区水汽输送的重要分支。5月下旬云南夏季风爆发期间，热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送显著增强，云南上空增湿明显，这为季风爆发提供了必要的水汽条件，而东亚中纬地区冷空气的入侵则可能是触发季风降水的重要机制。进一步研究发现，云南5月降水量显著的年际变化也与大尺度水汽输送异常密切相关，即当热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送强，而南海至东亚大陆地区的水汽输送弱时，降水量偏多，反之偏少。

El Nino对云南初夏降水的影响

利用云南初夏5－6月的降水资料、全球月平均海温资料及热带OLR资料，研究了云南初夏5—6月降水对海气相互作用特别是ElNino的响应，发现云南初夏降水与赤道东太平洋（EEP）海温（SST）变化以及南海对流活动有密切关系。

云南初夏降水与前期大气环流的关系

利用１９７３～１９８７年云南省１２４个站的逐日雨量资料，分析得到云南省初夏５～６月降水偏多的年份为１９７８，１９８１，１９８４和１９８５年，降水偏少的年份为１９７７，１９８２，１９８３和１９８７年。并利用１９７３～１９８７年北半球５００ｈＰａ等压面高度资料以及２００ｈＰａ副热带风场资料，研究了云南省初夏降水与前期大气环流的关系。结果表明，云南初夏降水的多寡在前期５００ｈＰａ高度场和２００ｈＰａ纬向风场上均有较为明显的反映。

东北冷涡对海河流域初夏降水异常的影响

东北冷涡是东亚中高纬度地区的重要天气系统,其频繁活动可能导致显著的气候效应,不仅对东北局地,而且对海河流域地区初夏降水产生影响.本文利用海河流域34个地面气象台站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对东北冷涡与海河流域初夏降水的关系进行研究,结果表明:初夏东北冷涡活动与海河流域降水存在显著的相关关系,对其空间分布亦有重要影响.当东北冷涡活动偏多(少)时,海河流域北部地区(尤其是海河下游)初夏降水可能偏多(少),对应时间系数为正(负)时海河流域初夏降水EOF第二模态北多(少)南少(多)的空间分布.在东北冷涡活动偏多年,东北冷涡引导北方"干冷"空气南下推进至海河流域北部,伴随该地区源自西风带水汽输送和水汽辐合的增强,形成了"上干下湿"的不稳定层结,在上升运动的触发下,导致海河流域北部初夏降水偏多;而东北冷涡活动偏少年情况正好相反.东北冷涡活动为海河流域尤其是海河下游地区初夏降水预测提供了具有参考意义的结果,其活动指数与海河下游初夏降水距平的符号一致率在近30年高达83%.

近60年索马里急流越赤道水汽输送的变化特征及对中国初夏降水的影响

利用近60年(1951 -2010年)的NCEP/NCAR再分析风、比湿、地面气压及降水资料,建立了一个越赤道水汽输送强度指数来表征索马里急流的强度,并从季节、年际、年代际变化及突变等不同侧面出发,比较系统地分析了索马里急流越赤道水汽输送强度的变化特征,并进一步分析了它与我国初夏降水异常的关系及这种关系随时间的年代际变化特点。分析结果表明:进入20世纪90年代之后,索马里急流风速强度有明显的减弱趋势,而水汽输送强度无显著变化;与索马里急流风速强度相比,水汽输送强度与我国初夏6月降水量的关系更为密切。索马里急流弱年对应长江以北的华北地区初夏降水偏少,反之亦然。此外,索马里水汽输送对我国北方初夏降水的影响在1982年后明显加强。

基于DERF 2.0对黑龙江省初夏降水的客观预测

基于国家气候中心第二代模式业务系统(DERF 2.0)资料,开展了黑龙江省初夏(6月)1983—2013年的历史回报检验工作。通过经验正交分解法(EOF)和最优子集回归(OSR)分析模式降尺度解释应用的预测结果,利用短期气候预测综合业务评分PS以及距平相关系数ACC等方法评估模式降尺度对黑龙江省初夏降水的预测性能,并且与模式直接预测要素结果进行对比。结果发现:DERF 2.0模式降尺度解释应用的预测要明显好于模式直接预测要素。此外,DERF 2.0模式降尺度解释应用对2004年和2009年的极端旱涝年预测也有一定的技巧。

黑龙江初夏降水的主模态特征及其前兆海洋信号分析

基于NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、滑动t检验、相关系数等方法对黑龙江省初夏降水及其前兆信号进行了诊断分析。结果表明,黑龙江全省初夏降水距平的空间分布以总体一致型为主,此外,还呈现东西反向型。总体一致型模态时间系数在1993年前后有明显的突变点。分析突变点前后降水主成分与500hPa位势高度、200 hPa纬向风、850 hPa矢量风以及前期海温的关系,发现在突变前后影响初夏降水的同期主要系统均为东北冷涡和高空西风急流轴,但冬季(北半球,下同)澳大利亚周边海温对初夏降水的影响在突变前后存在明显变化。突变前在澳洲西北部,暖海温造成东亚南高北低环流,东北冷涡强,高空急流偏北;突变后在澳洲东北部,冷海温导致东亚"+,-,+"波列,东北冷涡弱,高空急流偏南。

中国东北初夏降水与冷涡活动及西亚春季陆面热力异常的可能联系

基于国家气候中心提供的站点降水资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析ERAInterim陆面温度资料及美国国家环境预报中心和大气研究中心(NCEP/NCAR)位势高度、风场再分析资料,采用相关、合成、线性回归等多种统计分析方法,初步探讨了东北初夏降水与西亚前期(春季)陆面热力异常的可能联系。研究发现,东北初夏降水与前期春季西亚地区的陆面温度存在较为密切的联系,西亚地区(30~70°E,25~45°N)陆面春季异常增暖,对应东北初夏降水减少,尤其是东北地区东北部降水减少显著。进一步分析表明,西亚地区春季陆面异常增暖能引起初夏贝加尔湖附近地区反气旋性异常环流,导致初夏东北冷涡活动偏弱,东北初夏降水减弱。上述结果表明,西亚春季的陆面热力异常可以为东北初夏降水预测提供有效的前期信号。

辽宁初夏降水大尺度环流影响因子及2012年初夏异常多雨成因分析

利用辽宁省50站1961—2012年夏季逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,对辽宁初夏降水异常的大尺度环流特征进行了诊断分析。在此基础上对引起2012年辽宁初夏降水异常偏多的大尺度环流进行了研究。研究发现:东亚地区对流层不同高度上大尺度环流系统相互配合是造成辽宁初夏降水异常的主要原因。2012年辽宁初夏的4次主要降水过程对应的环流形势基本相同,200 hPa高空急流在东北以西上空出现气旋式分支现象;500 hPa上亚洲中纬地区受两槽两脊控制,东北地区上空是槽区,对应明显的位势高度负距平;850 hPa风场和整层水汽通量场上,东北地区上空均为气旋式环流;多雨年200 hPa高空急流出现分支现象,副热带西风急流强度偏强;500 hPa亚洲中纬地区受两脊一槽控制,东北地区上空是槽区,对应位势高度负距平;850 hPa风场在东北地区上空表现为气旋式环流。这表明东北地区上空对流层从低到高,都受一个深厚的低值系统控制;各层环流情况均表明:东北冷涡这一深厚的冷性涡旋系统是2012年辽宁初夏降水异常偏多的主要影响因子。

松花江流域初夏降水分布型的环流特征及差异

利用1961—2017年松花江流域31个气象站初夏降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用多种统计方法,讨论了松花江流域初夏降水时空分布及影响环流特征。结果表明:松花江流域初夏降水具有全流域一致型、西北—东南反位相型和东北—西南反位相型3个主要分布模态。影响3个分布型的主要环流特征分别为贝加尔湖以东低值系统—鄂霍茨克海阻塞高压(西南低—东北高)、乌拉尔山脊—西西伯利亚槽—外兴安岭脊(两脊一槽型)、渤海/华北低值系统及其东北部高压,东部局地高压或阻塞形势对松花江流域初夏降水的3个模态起到非常重要的作用。东亚—太平洋型和极地—欧亚型是对第一模态降水分布起重要作用的遥相关型。

青藏高原春末土壤湿度对初夏降水的影响

为了研究青藏高原(简称高原)春末(5月)土壤湿度与初夏(6月)降水的关系,利用1979—2019年ERA-Interim土壤湿度月平均资料和同时段高原109站观测降水资料,分析了高原春季土壤湿度与汛期(5—9月)降水之间的关系。结果表明:春末表层(0~28 cm)土壤湿度与高原初夏降水呈显著的正相关,在空间上土壤湿度南北反向模态对应高原初夏降水的南北偶极子模态,并且存在两个高相关区域;在此基础上,定义了一个反映春末土壤湿度西北与东南梯度的指数(I_(smg)),发现该指数与6月降水南北反向模态存在明显的负相关,且这种关系从2000年以来更为显著。通过一组I_(smg)加倍的数值敏感性试验,结果得知高原初夏降水正常和偏多年I_(smg)加倍后能够通过增强高原热源,抽吸周边大气向高原中部聚拢,造成高原中部唐古拉山脉一带大气增温增湿、导致降水增加明显,不过这种机制在旱年作用不太明显。

贵阳“端午水”与初夏降水的关系

利用1951—2018年贵阳逐日降水资料,分析了贵阳历年端午期间降水特征,结果表明,贵阳出现“端午水”的概率为72%,多发生在节后。端午节出现在5月下旬和6月下旬的年份,发生端午水的概率为50%,降水强度不大;端午节出现在6月上旬和6月中旬的年份,极易发生端午水,概率达78%~91%,且降水强度增大。端午水对初夏降水影响显著,与盛夏降水关系不明显。无端午水年份,初夏降水出现偏少的可能性较大;端午水特多年份,初夏易发生洪涝灾害。端午期间西太平洋副高压西侧的东南季风偏强,青藏高原东侧多低压槽活动,有利于贵阳出现端午水。

孟加拉湾风暴影响曲靖初夏降水的特征分析

2001～2007年初夏孟加拉湾共发生了6次风暴过程,结合风暴活动期间曲靖地区的降水概况,应用micaps常规气象资料和物理量场对这6次过程的环流背景及水汽、动力条件展开分析,结果表明:初夏孟湾风暴影响曲靖降水有3个较典型的环流类型,即与冷空气配合型、孟湾风暴云团北上引发强对流降水型以及孟湾风暴登陆减弱变性成南支东移影响型;孟湾风暴活动期间,90°E～120°E,15°N～30°N区域存在位置基本对应的东北-西南向强西南风速带、水汽通量大值带和强水汽通量辐合带,说明风暴的活动为云南降水提供了充足的水汽和动力条件。

GRAPES-REPS对我国南方2017年初夏持续性降水预报的检验评估

我国自主研发的GRAPES-REPS(Global/Regional Assimilation and Prediction System-Regional Ensemble Prediction System)于2014年投入业务运行,为加深对该系统降水集合预报能力的认识,便于更好应用降水概率预报,本文以2017年5月中旬至6月下旬我国南方地区3次持续性降水过程为例,采用统计检验和个例分析相结合,评估该系统在72 h内不同预报时效的各量级24 h降水预报性能。结果表明:(1)GRAPES-REPS集合平均预报对小雨、中雨有较明显优势,但随着降水量级增大优势逐渐下降,对暴雨预报已不具有优势。其中,小雨预报范围接近观测,中雨(暴雨)有空报(漏报)倾向,大雨在较长预报时效上有空报倾向。(2)采用MRF边界层参数化方案和KF-eta积云对流参数化方案组合方案的控制预报成员和2个扰动预报成员为集合最优成员,其TS评分普遍高于采用其他组合方案的集合成员。(3)整体上集合成员降水预报离散度不足,尤其0~24 h预报时效,Talagrand分布呈U型,对小(大)量级降水预报概率偏大(小);随着预报时效增加,集合成员预报离散度显著增大,Talagrand分布逐渐接近理想概率分布。(4)集合预报在不同时效对各量级降水概率预报均具有参考价值,大雨、暴雨的概率预报效果优于小雨、中雨。(5)集合预报整体上能够较好把握典型暴雨日降水空间分布形态,对中央气象台漏报的广东中南部暖区暴雨有一定的概率预报能力。

初夏东北地区冷涡降水“累积效应”

采用1960~2012年5~6月中国东北地区实况降水资料,依据东北冷涡活动客观识别方法,研究东北冷涡活动对东北地区初夏降水的影响,结果表明:5~6月每次东北冷涡过程维持时间以3~7天为主,且具有频发特征,东北冷涡降水累计量占总降水量的62.5%,给出冷涡降水月强度指数,与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相近,前两个模态分别为全区一致和东北、西南降水相反分布,各占方差贡献的46.8%与42.7%。冷涡降水具有显著"累积效应",该累计效应可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征,进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。

淮河下游初夏小时内降水分级与雷达信息特征

利用淮河下游盐城市多普勒天气雷达和雷达扫描范围内建湖县降水量资料,对2008年6月的6次小时内三等级降水过程进行环流背景和局地雷达信息特征分析,其中对不同等级降水又给出夜雨及午后雨降水日变化分类。在环流背景基础上,通过综合分析对应各级各类降水的多普勒天气雷达降水回波的滤波强度分布特征,以及相应时空的雷达径向风场沿体扫倾斜面的分布结构,归纳出小时内降水量级的动力信息特征。结果表明:在两类主导性天气尺度环流背景下,局地雷达要素空间分布特征为:同等量级降水,夜间的平均回波强度明显弱于白天;上游补充回波范围指示降水连续性质;上游长而强的回波带维持下一小时短时强降水;沿经建湖的局地雷达倾斜体扫半径剖面,径向风的风向风速辐合中心的高度越低,辐合层次越宽厚,对应的降水级别越大;在同等降雨量级中,沿倾斜的体扫半径的局地风速强切变,通过上下动量传递和水汽混合,维持着更强的降水。

湿热力平流参数在贵州初夏强降水中的运用

使用NCEP(1°×1°)再分析资料计算湿热力平流参数及其积分,通过对比分析2008—2009年初夏(5—6月)地面实况降水与该因子积分后的中心大值区的对应关系。理论分析表明:湿热力平流参数综合体现了锋区附近大气的动力、热力及水汽作用,相对于常用的相当位温、湿度等常用物理量来说,在一定程度上包含了广义位温及位温平流的相互作用,对实际非均匀饱和大气的动热力变化及水汽有较好的反映。统计分析也表明:积分后的湿热力平流参数中心值区与地面6小时强降水落区有较好的对应关系,它的变化趋势及移动方向与强降水区的变化也较一致,能作为短时强降水落区预报提供参考;利用NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料和Micaps地面实况降水资料,选取2009年6月7-9日发生在贵州的强降水过程为例,通过把湿热力平流参数与此次过程中动、热力场结合进行诊断分析,进一步表明该参数能综合地反应锋面强降水系统中的水汽、动力及热力的垂直结构特征,能作为造成强降水的锋面系统的示踪物。

云南初夏雨量与前期热带OLR的联系

利用热带海区１９７９—１９８８年１０年卫星观测的ＯＬＲ资料，结合同期１０年的云南降水资料，重点分析了南海和孟加拉湾海区的ＯＬＲ变化对后期云南降水的影响，发现南海、孟加拉湾海区的前期ＯＬＲ值高低与云南初夏少雨、多雨有密切的联系。

近50年河南初夏旱涝异常特征分析

对1958～2006年河南38站的6月降水量进行分析,发现EOF第一模态呈全省一致的分布型,因此用38站平均降水量代表全省初夏降水。选取旱、涝年,对异常合成场进行分析,在涝年,北太平洋和日本以南洋面为负的潜热通量异常;500 hPa贝加尔湖以北有正的高度异常,我国东部和近海为正的高度异常,北太平洋为正的高度异常;850 hPa河南省西部是异常的东北风,东部是异常的西南风。通过定义高度指数,得到与河南省初夏降水关系密切的500 hPa高度场分布型,即贝加尔湖高压脊偏强,东亚大槽偏弱和西太副高偏北同时存在。对海洋要素场的相关分析表明,前期太平洋黑潮区的SST较高,海洋持续向大气输送潜热通量偏多,后期其东北侧太平洋从大气吸收热量,导致上空的位势高度偏高,有利于河南省降水。