近50年夏季西北暴雨特征和水汽轨迹分析

采用中国西北地区19602009年68月常规气象观测站24 h(20:0020:00)降水资料和NCEP/NCAR(2.5×2.5)19602009年再分析逐日4次的850,700,600,500 hPa位势高度、比湿q和U,V风场资料.在分析西北地区降水概况的基础上,通过NOAA HYSPLIT_4水汽轨迹模型和常规诊断分析方法,对2005年7月12日降水过程进行了分析,结果表明:中国西北地区暴雨的主要特点是降水频率低,降水频数有明显的年际变化特征;降水时间相对集中,主要集中在7月和8月;降水持续时间短,且降水时间持续2天(包括2天)以上的过程性降水次数有明显的年代分布特征.西北地区降水的环流形势主要以西低东高型和偏南气流型为主.利用HYSPLIT后向轨迹模型,对2005年7月12日降水过程向前360 h追踪水汽输送轨迹,发现水汽主要来自偏南气流;但是,不同等压面上水汽轨迹并不总是一致的,降水量越大,不同等压面上的水汽输送轨迹越趋于一致.通过物理量的诊断分析,表示水汽来源的水汽通量分布与后向轨迹模型给出的水汽来源一致.因此在本个例中,后向轨迹模型可以作为判断降水过程中水汽来源的方法之一,并且此次降水过程伴随强烈的上升运动和对流层中下层的强辐合及高层的辐散气流.

玛曲地区夏季强降水的环流分型及水汽轨迹分析

利用青藏高原(下称高原)东北边坡玛曲地区1967—2008年12个常规气象观测站的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,在环流分型的基础上,应用后向轨迹模型分析了不同等级降水的不同环流型的水汽输送轨迹。结果表明:(1)暴雨发生的环流型以高原低槽型为主,大雨的发生以切变型为主。(2)暴雨的不同环流型的水汽输送轨迹差异较大,同一型暴雨不同等压面水汽轨迹较一致;大雨的不同环流型之间水汽轨迹无明显差异,同一型大雨不同等压面的水汽轨迹差异很大。(3)通过追踪不同时间长度的水汽输送的后向轨迹发现,可以用向前追踪360h的水汽输送轨迹代表玛曲地区的水汽输送,水汽轨迹以偏南气流为主。由此可见,虽然不同等级、不同环流型强降水之间的水汽轨迹存在差异,但是玛曲地区强降水的水汽主要来自印度洋-孟加拉湾和南海-孟加拉湾的偏南气流。

西藏昌都强降水的环流分型及其水汽轨迹分析

利用西藏自治区昌都市及周边18个气象观测站1989~2018年降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,首先进行强降水个例筛选,在大气环流分型的基础上,应用后向轨迹模型分析了暴雨和大雨在不同环流形势下的水汽输送轨迹。结果表明:昌都产生强降水的大气环流形势分为高原低涡、高原槽及高原切变线3种类型,其中以高原切变线型为主,而降水强度最大的是高原槽型。不同环流形势下暴雨发生时三个等压面的水汽轨迹方向基本一致,均以偏南气流为主,水汽来源相对集中,容易在短时间内造成强降水;而大雨发生时三个等压面的水汽轨迹多以偏南气流为主,与暴雨相比,水汽来源较为分散且水汽条件较差。夏季昌都的水汽来源主要以印度洋、孟加拉湾、阿拉伯海、南海为主,最远可以追溯到大西洋。

利用轨迹追踪法研究雅鲁藏布江大峡谷区域水汽输送减少的成因

雅鲁藏布江大峡谷区域作为高原的主要水汽输送入口,自1979年至今水汽通量辐合及降水量呈持续减少趋势,这对高原水储量具有重要影响。为了探究该区域水汽输送减少的原因,本文利用ERA5逐小时再分析资料驱动LAGRANTO模型,选取典型干旱年份和湿润年份的夏季(6-8月),后向追踪该区域的水汽输送轨迹,对沿轨迹输送的水汽通量变化进行对比分析。研究发现,源自洋面的水汽主要来自高原南部的孟加拉湾,高原西南侧的阿拉伯海,赤道以南的印度洋以及南中国海四个区域,水汽输送主要受南亚和印度夏季风控制,并受索马里跨赤道急流影响。通过对比分析干、湿年份的水汽输送轨迹的特征,发现干湿年轨迹路径除南海源地外基本不变,轨迹上水汽通量随轨迹高度抬升而减少,且湿润年的损耗始终低于干旱年,其中孟加拉湾源地的轨迹得到洋面的水汽补充,在湿润年水汽通量有较强的增长。干湿年份的蒸发、降水、环流场形势的对比也佐证了这一发现。最终湿润年到达雅鲁藏布江峡谷边界的水汽通量大于干旱年,尤其是经由雅鲁藏布江峡谷区域南边界进入的水汽通量显著增大,这表明,除源地水汽贡献和大尺度季风环流影响外,水汽输送途中的降水损耗相关过程对雅鲁藏布江峡谷区域水汽收支具有决定性作用。

黄土高原两次不同类型暴雨水汽特征分析

为深入认识西北半干旱区暴雨的水汽特征及来源,提高该地区暴雨预报能力,利用高空及地面观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第5代全球大气再分析产品——ERA5(0.25°×0.25°)对2022年7月11日、8月9日陕北两次不同环流背景下、不同强度大范围暴雨过程的水汽输送及收支特征进行分析,并利用HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模型,定量分析水汽来源及贡献率。结果显示:高空槽、低层切变线及低涡、低空急流是7月11日暴雨过程的主要影响系统,700 hPa气旋式辐合、850 hPa低涡加强并缓慢移动造成区域性暴雨;短波槽、低层切变线是8月9日暴雨过程主要影响系统,切变线两侧次级环流抬升西太平洋副热带高压(简称“西太副高”)外围暖湿气流,触发不稳定能量释放,形成大范围对流性暴雨天气。7月11日地面至300 hPa水汽输送更强,700 hPa西南急流和850 hPa东南急流形成两支明显的水汽输送带,强辐合维持时间更长,湿层深厚,以稳定性降水为主;8月9日受副热带高压控制,陕北高温、高湿,整层可降水量大,水汽输送较弱,强辐合维持时间短,湿层较薄,但能量充足,以对流性降水为主。7月11日水汽净收入主要来自地面至500 hPa,其中800~500 hPa占比52%,降水加强阶段800 hPa以下东边界的收入迅速增加,纬向收入增加和强的经向收入共同作用使区域净收入维持高值,产生区域性暴雨;8月9日净收入几乎全部来自经向收入,水汽净收入主要来自地面至800 hPa(占比88%),700 hPa切变线南压,榆林北部辐合增强,南风出流减少,水汽经向收入明显增多,暴雨加强。HYSPLIT模型水汽输送轨迹显示7月11日水汽主要源自热带海洋,其中来自南海的水汽贡献率最大,本地及周边近地层高比湿大气也有重要贡献;8月9日水汽主要源自内陆近地层高比湿大气,其次为源自南海的水汽。

基于拉格朗日方法的一次南疆西部特大暴雨水汽来源分析

利用新疆自动气象站资料、NCEP/NCAR再分析资料、GDAS数据,基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLITv4.9),对2018年5月16—22日南疆西部特大暴雨过程的水汽源地和输送路径进行了分析。此次HYSPLIT后向轨迹模拟结果表明,暴雨水汽源于巴伦支海、喀拉海、挪威海和地中海,两地的水汽先分别沿西北气流和偏西气流向下游地区输送。水汽轨迹在哈萨克丘陵汇聚后进入北疆,再绕过天山东侧到达罗布泊地区后随低层的偏东急流抵达暴雨区上空。虽然从巴伦支海、喀拉海、挪威海出发的水汽轨迹略多于地中海,但两地的水汽贡献率分别占62%和38%。因此,巴伦支海、喀拉海、挪威海的水汽对于此次暴雨起到明显的增强作用。另外,后向轨迹模拟结果中并未出现从孟加拉湾出发的低层东方路径水汽,说明该区域的水汽并不是构成南疆西部暴雨水汽的必要条件。北极挪威海、巴伦支海、喀拉海地区海表温度异常偏高,有利于水汽源地蒸发增强和上升气流背景场的形成,北极海域的温度异常对于区域气候变化有很好的指示意义。

2017年湖南一次特大致洪暴雨过程的水汽特征

利用湖南省区域自动站和常规观测站降水资料、NCEP/NCAR和JRA-55再分析资料及湖南省气象台大气河预报业务产品,分析了2017年6月22日至7月2日湖南一次特大致洪暴雨过程的雨洪和水汽输送异常特征,以及大气河水汽输送对强降雨的影响,在此基础上定量分析了强降雨区各边界的水汽收支状况及各水汽轨迹的贡献。结果表明:此次强降水过程分为三个阶段,第一、第三阶段降雨的范围、强度均明显大于第二阶段。欧亚中高纬稳定的"1槽1脊"环流形势、低纬较稳定的西太副高及其外围强劲的水汽输送是此次暴雨发生的环流背景。水汽通量、水汽通量散度、比湿等物理量的水平及垂直分布对降水的阶段性特征和位置、强度变化有很好的指示作用。三个强降雨时段,来自孟加拉湾、南海和西太副高西南侧的水汽输送表现出不同的强度和位置,造成到达湖南境内的偏南水汽输送空间异常程度不同。大气河的强弱及其水汽输送通道、辐合区位置以及强降雨区各边界水汽净收入对强降水发生、发展起关键作用。水汽后向轨迹分析表明,低层偏南的水汽输送是此次极端强降雨较长时间维持的重要因素,而来自北方的干冷空气侵入利于大气斜压性增强和对流不稳定维持,是第二阶段降水强度弱于第一、第三阶段的另一原因。

郑州“7·20”极端暴雨的水汽输送特征

在亚洲中高纬度“两槽一脊”的稳定环流形势下,西北太平洋副热带高压和台风“烟花”“查帕卡”等共同作用,引导水汽在郑州地区辐合,导致2021年7月19—21日郑州地区出现降水极值超过800 mm的罕见极端暴雨(以下简称为“郑州“7·20”极端暴雨”),造成重大人员伤亡和财产损失。针对此次郑州“7·20”极端暴雨过程,采用HYSPLIT模式追踪其水汽来源和输送特征。结果表明:郑州“7·20”极端暴雨的水汽主要来自北太平洋西部和南海北部,北太平洋西部的水汽受西北太平洋副热带高压和台风“烟花”的共同影响,南海北部的水汽受台风“查帕卡”和“烟花”的共同影响。水汽主要在850 hPa以下高度输送,而来自南海北部的水汽在向北输送的过程中逐渐抬升,临近郑州地区时接近700 hPa。基于HYSPLIT后向追踪的水汽轨迹进行定量计算,得到来自北太平洋西部和南海北部的水汽贡献分别约占73%和27%。

重庆市2013年10-12月大气降水中氢氧同位素特征及水汽来源分析

文章对重庆市北碚区西南大学2013年10-12月间降水进行收集并测试样品中δD、δ18 O值,得到重庆大气降水线方程δD=8.19δ18 O+17.39,r=0.97(p<0.01);发现该地区降水中δ18 O与气温、降水量之间存在反温度效应、降雨量效应,但两种效应表现较弱。该地区10-12月大气水汽中的同位素组成复杂,场降水中δD、δ18 O的变化受天气因素影响大。为了探明水汽输送过程中δD和δ18 O变化,采用HYSPLIT模式追踪并验证该地区场降水的水汽输送轨迹,发现该时段西南季风较弱,主要受西风影响,10、11月水汽主要来源于中国横断山区三江流域,测试表明11月存在台风海燕的水汽输送记录,不同水汽来源对δD、δ18 O的影响较大、响应值较好,12月主要来自局地的水汽蒸发。

2023年台风“杜苏芮”残余水汽对吉林省暴雨成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料以及吉林省降水量观测资料,分析了降水期间环流形式,应用HYSPLIT模型研究水汽来源与运动轨迹,得出以下结论:暴雨期间588线位于40°N附近,850 hPa存在明显低空风切变,雨区上空假相当位温随高度先增大后减小,垂直上升运动强烈;水汽主要来源于西太平洋,且水汽高度主要集中在中低层;水汽气团先向西北方向移动,到达山东半岛附近受西风急流影响将水汽输送至雨区;暴雨期间水汽输送较强,雨区水汽含量充沛。

库姆塔格沙漠大降水环流分型及不同环流型典型天气过程分析

利用1960-2014年最靠近库姆塔格沙漠的4个气象观测站的逐日降水资料、2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料和1°×1°的FNL再分析资料,在库姆塔格沙漠大降水500 hPa环流分型的基础上,运用物理量场诊断分析方法对不同环流型的典型大降水过程进行诊断分析,并运用HYSPLIT后向轨迹模型追踪其水汽来源.结果表明:大降水的500hPa环流型可分为低涡切变型、新疆低槽型和贝加尔湖至新疆横槽型;大降水的水汽路径主要分3支:西风气流携带的来自大西洋、里咸海和极地北冰洋的海源水汽,沙漠南侧西南气流携带的来自印度洋-孟加拉湾的暖湿水汽,华中一带东南气流携带的来自孟加拉湾-南海和西太平洋的暖湿水汽;库姆塔格沙漠上空区域平均水汽通量随高度增加而递减,各层中以700 hPa水汽通量最大.大降水期间垂直上升运动强,为大降水的发展和维持提供动力条件.

秦岭南北降水空间分异研究

为了探讨秦岭南北降水空间分异特征,本文以秦岭山脊线南北22个气象站点2011-2018年间的逐日降水量及全球资料同化系统风向数据为基础,借助协同克里金插值和混合单粒子拉格朗日积分扩散传输模型(HYSPLIT模型)的后向轨迹模式等方法,对秦岭山区降水进行了空间格局分析、水汽轨迹追踪及水汽源地贡献率计算。结果表明:(1)秦岭山区等降水量线南北空间变化格局反映了山地水汽阻隔效应,同时北麓年降水总量空间差异较小,而南麓年降水总量自西向东则有高-低-高的分布特征、空间变异较大;(2)秦岭山区水汽输送路径主要有三条:源自印度洋孟加拉湾的西南水汽、源自西太平洋的东南水汽、来自蒙古-西伯利亚的北方极地大陆水汽;(3)夏季的秦岭西部山地对西南水汽的阻隔作用效果大于东部山地作用于东南水汽,而秋季的印度洋水汽输送基本对山脉北麓降水没有显现影响,而西太平洋水汽的输送路径只是向东有所偏移。

陕西省两次暴雪过程的对比分析

利用常规地面观测和探空资料、NCEP FNL 1°×1°以及GDAS 0.5°×0.5°再分析资料,对2016年11月21-23日和2017年3月12-13日陕西省两次区域性暴雪(分别简称"过程Ⅰ"和"过程Ⅱ")进行分析,分别从2次过程的观测特征、环流特征、水汽条件、对流条件等方面对比研究。结果表明:(1)2次过程在500 hPa均受切断低压和东北冷涡影响,中低层700~850 hPa存在低涡切变,地面受倒槽影响,并伴随回流性质的冷锋。(2)过程I的冷空气更加强盛,降水相态以雪为主,具有对流性质,降雪持续时间长、强度大;过程Ⅱ冷空气相对较弱,以稳定的降雨和降雪为主。(3)过程Ⅰ的水汽来源以冷湿气团为主,而过程Ⅱ则由暖湿水汽占主导地位,且回流性更加显著。(4)过程I产生对流的主要原因是西南暖湿气流在强冷垫上方爬升,在中低层形成了逆温层,锋面过境后触发了对流不稳定,从而产生了对流性天气。

1614号超强台风“莫兰蒂”在浙江沿海降水预报偏小的原因

通过对1614号超强台风"莫兰蒂"在浙江沿海降水预报偏小的原因进行回顾,同时基于美国NOAA HYSPLIT4模式,对"莫兰蒂"水汽来源进行轨迹聚类,针对不同路径来源的水汽在"莫兰蒂"浙江沿海降水中的贡献差异进行定量分析,结果表明:数值模式对"莫兰蒂"路径预报偏西、降水预报偏小,直接影响了主观预报服务中降水强度和落区的判断,而数值产品对中纬度环流作用和浙江沿海台风倒槽的预报出现偏差,同时对1616号台风"马勒卡"路径预报偏东,导致主观预报忽略了"莫兰蒂"与其他天气系统的相互作用,影响了对降水动力和水汽因子的判断,也是降水预报偏小的原因之一。"莫兰蒂"水汽输送有3支气流,分别来自东北、东南和偏南洋(海)面,后2支气流为主要水汽来源,浙北沿海以东南向水汽输送最重要,对水汽和降水贡献高达70%以上,表现出1616号台风"马勒卡"对"莫兰蒂"在浙北沿海降水的重要作用,而浙南沿海台风本体的偏南气流与"马勒卡"的东南气流的水汽输送作用相当。可见台风降水预报中,需要密切关注台风环流与其它天气系统以及双台风间的相互作用。

基于水化学和环境同位素的准格尔煤田地下水循环特征

为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征,运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明:地表水矿化度低,呈弱碱-偏碱性,水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Ca型水为主;地下水整体矿化度低,偏弱碱性,主要以HCO_(3)-Na·Ca型、Cl-Na型、HCO_(3)-Ca·Mg型、HCO_(3)·Cl-Na型水为主;黄河水δ(D)平均值为-79.6‰、δ(^(18)O)平均值为-10.47‰,第四系地下水δ(D)平均值为-66.25‰、δ(^(18)O)平均值为-9.1‰,白垩系地下水δ(D)值为-70.6‰、δ(^(18)O)值为-9.3‰,石炭-二叠系地下水δ(D)平均值为-77.07‰、δ(^(18)O)平均值为-9.9‰,寒武-奥陶系地下水δ(D)平均值为-75.73‰、δ(^(18)O)平均值为-10.06‰;大气降水受极地气团和季风影响,主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环;断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道,大气降水和黄河为地下水主要补给来源;高承压水头寒武-奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水,第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水,黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。