新疆“96·7”特大暴雨水汽输送通道的研究

应用GMS－5卫星逐时水汽通道TBB资料，分析61996年7月11－28日新疆特大暴雨期间对流层中上层大气水汽场的演变情况。结果表明：青藏高原中南部和印度半岛是对流层中上层大气水汽场日变化最为剧烈的地区；进入新疆境内的水汽通道有北方、西方和南方三条路径。水汽的主源地为印度半岛、孟加拉湾、青藏高原东部、四川盆地和黄河流域。青藏高原中南部是水汽的次源地。

江淮梅雨暴雨的水汽源地及其输送通道

根据Ｔ４２客观分格网格点资料计算了１９９１年７月１０日０８时～１１日０８时江淮地区梅雨暴雨过程中水汽输送等物理量，以此分析水汽来源及其输送通道。结果表明，江淮地区梅雨暴雨水汽主要来自主加拉湾和南海及其以东地区。江淮梅雨区在８５０～５００ｈＰａ层有两个重要水汽源地，而地面到８５０ｈＰａ更重要的水汽源地是南海。南海的水汽主要靠西南及东南季风输送至暴雨区；而孟加拉湾水汽除通过印度季风低压向上输送至８５０ｈＰａ以上再由西南气流输送到江淮地区外，还通过季风低压南侧的偏西气流经中南半岛输送到南海及以东地区与东南季风汇合后，向北输向江淮地区。另外，在印度上空还有一支偏西南气流沿喜马拉雅山南麓携水汽向东流到了江淮地区的梅雨暴雨区上空。

西北干旱区夏季强干、湿事件降水环流及水汽输送的再分析

为深入分析西北内陆干旱区夏季降水的主要水汽源地及其输送通道,首先,梳理和评述了过去50年西北干旱区水汽输送的研究进展和问题;接着,利用国家气象局信息中心近50年的实测降水及NCEP/NCAR再分析资料等,挑选更多有代表性的强干、湿日(月)事件,再进行环流和水汽输送的对比分析。主要结论如下:(1)过去西北干旱区各地的干、湿环流研究共识多,进展快;而水汽输送分析依旧众说纷纭。(2)过去的水汽输送分析联系降水环流不够;针对西北干旱区降水特点不够;还应加进数值模拟等分析手段。(3)在本文诊断分析和先前数值模拟基础上,指出西北内陆旱区夏季降水的主要水汽源地在东南沿海一带,它借助西行台风、西伸了的西太平洋副热带高压及柴达木低压等多个天气系统和西太平洋副热带高压西南侧东南风急流、西侧南风低空急流及河西偏东风等三支气流的次第密切配合,首先,水汽被输送到四川盆地;接着,被北输到西北区东部;继而,再被接力西输到河西走廊及南疆盆地东部。谓之"三支气流+两个中转站的三棒接力"式水汽输送模型。它是夏季输向西北内陆旱区的主要水汽输送通道。

夏半年青藏高原“湿池”的水汽分布及水汽输送特征

采用1948-2007年共计60年的NCEP/NCAR再分析资料,计算了夏半年(4-9月)青藏高原大气中的可降水量、水汽输送通量和水汽输送通量散度,分析了夏半年青藏高原可降水量的分布和变化特征,青藏高原及其附近的水汽输送。结果表明:在对流层中层的青藏高原上空,夏季是一个明显的大气水汽含量高中心,"湿池"特征非常显著,湿池主要有三个大的可降水量中心,即高原的西南部、东南部和高原南侧。4-9月,高原上的可降水量变化很大,高原的增湿的速度小于减湿的速度。水汽进入高原主要通过三条水汽通道,即西风带水汽输送通道、印度洋—孟加拉湾水汽通道和南海—孟加拉湾水汽通道。水汽主要在高原西南侧、喜马拉雅山中段和高原东南侧进入高原。

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。

2012年7月21日北京特大暴雨过程的水汽输送特征

利用NCEP再分析资料,根据水汽收支方程计算2012年7月21日北京特大暴雨时期华北东北部暴雨区域的水汽收支情况并分析水汽输送特征。得到以下结论:经向水汽输送在此次暴雨过程中起主要作用,暴雨区内水汽主要来源于中、低层(500 hPa以下)的南边界。暴雨区内水汽的辐合与暴雨发生的时间和空间具有较好一致性,在低层水汽的辐合起主要作用,中高层水汽垂直输送作用更为显著。HYSPLIT后向轨迹模拟得到的结果显示根据水汽源地划分影响此次暴雨过程水汽输送路径主要有:从孟加拉湾、南海地区处于中低层直接北上的西南路径,以及中层以下从我国东部海域(黄海、东海为主)进入内陆之后北折向东北偏北方向运动的L形高湿路径;同时高层沿着西风带西北路径的干空气输送也对此次强降水有重要影响。三者中从东部海域到达暴雨区的水汽贡献率最大,而孟加拉湾、南海的水汽输送对于此次强降水起到了明显的增强作用。

我国东部持续性暴雨水汽输送特征的比较分析

运用基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLIT),并结合欧拉方法,分析了江淮、江南和华南3个不同区域多个PHR过程期间的水汽通道和水汽输送特征以及通道建立和维持的天气学条件.不同区域PHR过程发生时,水汽通道及其贡献率、异常环流特征等都不同,且这些差异主要集中在南海和西太平洋地区.从水汽收支来看,华南与另外2个区域的差异较大.从水汽通道和异常环流的角度上看,江南与另外2个区域的差异较大.

“05.6”华南特大暴雨过程大尺度水汽输送特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星逐时云顶亮温TBB资料(0.05°×0.05°分辨率)、自动气象站逐时降水资料、实时地面加密观测资料和实况探空资料等,对"05.6"华南持续性暴雨过程期间大尺度水汽输送特征进行了深入分析。结果表明:南海夏季风的活动与本次暴雨过程水汽输送有密切关系。南亚季风在经过中南半岛后与伸入南海的副高西侧气流汇合,使得西南气流发生"S"形转换,从而演变为副热带季风并持续向华南地区输送水汽。暴雨期间,来自南海中北部和孟加拉湾的水汽输送带一直稳定在18°—27°N,水汽通量大值输送带和水汽通量辐合大值带均随高度向北明显倾斜,显示偏南方向的水汽输送特征,来自南海中北部的水汽是最主要源地,而来自孟加拉湾的输送通道仅对本次过程起到补充作用。过程期间,由于南北向净流入明显大于东西向净流出,故华南地区水汽总收支为净流入,水汽净流入量以低层横向(南北)为主,以行星边界层的水汽输入为最大。

8月中国低纬高原水汽输送过程及其与降水量极端异常的联系

利用1979—2010年ERA-Interim再分析资料、全球降水气候中心(Global Precipitation Climate Center,GPCC)的降水量资料和站点降水观测资料,通过引入水汽贡献率和水汽通过率,构建描述降水量对水汽源地蒸发量的敏感性指数等方法,揭示了8月流入低纬高原水汽的输送过程的气候特征,及其与8月低纬高原降水量极端异常的联系。结果表明:(1)8月流入低纬高原水汽的重要源地是中南半岛北部和华南一带的陆地区域,以及北部湾和孟加拉湾北部西南至东北的狭长海面。(2)8月流入低纬高原水汽的主要输送通道有两条:孟加拉湾上空狭长的西南季风;经17°N附近偏东季风在南海西北部110°E附近发生转向后的东南季风。那加丘陵和中南半岛北部的纵向岭谷明显阻挡了两支水汽输送通道。(3)8月流入低纬高原水汽主要受大气环流影响,受水汽源地蒸发量的直接影响有限。当流入低纬高原水汽异常偏多(少)时,使得可降水量偏多(少),最终导致降水量偏多(少)。

新疆对流层中上部水汽输送特征研究

使用 3年逐日逐时 GMS－ 5水汽图像资料，经过增强处理后，对新疆地区对流层中上部的水汽输送过程进行了初步分析，发现对流层中上部进入新疆的水汽输送通道主要有西南、西部和西北 3个通道，新疆对流层中上部水汽主要来自西方。

基于HYSPLIT的一次通辽市暴雨水汽输送特征分析

本文利用通辽市逐日降水观测资料、EC再分析资料和GDAS资料,对2016年7月21—22日发生的区域性暴雨过程进行分析。先通过欧拉方法定量分析850 hPa上水汽通量及散度在暴雨前后的特征,并分析水汽输送特征,再应用HYSPLITv4.9模拟计算暴雨日期间气团在800 m、1500 m、3000 m的后向120 h运动轨迹,计算三个高度暴雨水汽来源的轨迹簇分析,对所有轨迹进行聚类得出主要水汽通道,再讨论上述两种方法结论的异同,最后分析得出通辽市此次暴雨过程的水汽输送特征及源地。

2016年7月湖南一次特大暴雨的水汽输送特征分析

本文利用NCEP/NCAR的FNL1°×1°的逐6h再分析资料、常规、地面自动观测站资料和GDAS资料,以及HYSPLITv4.9气流轨迹扩散模式诊断分析了2016年7月初湖南一次大暴雨的水汽输送特征。结果表明:(1)此次特大暴雨是由深厚的500h Pa高空低槽、700h Pa和850h Pa的切变线及异常旺盛低空、超低空西南急流的共同影响造成的;降水具有明显的对流性和时间波动性,强降水发生时段与该区域内850h Pa平均风速的增大有很好的对应关系。(2)强降水区整层水汽通量的增大对应着强降水的加强,强降雨落区走向与整层水汽辐合中心位置走向对应较好。(3)特大暴雨区内水汽收支主要来源于500h Pa高度层以下的南边界。(4)通过模拟气团输送路径结果显示低层水汽输送通道主要来自南海地区,中层是通过孟加拉湾的水汽以偏西北路径输送,高层沿着西风带干空气向降水区输送。

青藏高原及附近水汽输送对其夏季降水影响的分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979-2010年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原(下称高原)及附近夏季水汽输送通量分布情况,并结合基于迄今为止最全面的地面观测数据形成的高分辨率降水资料分析出4条影响夏季高原降水的水汽通道:西风带、阿拉伯海、孟加拉湾北部及南海通道。结果表明:高原夏季降水量高值年(1979、1984、1996、1998、2002、2004、2007年)、低值年(1994、2001、2006年)与孟加拉湾北部通道水汽输送强弱年有较好对应。夏季西风带通道的影响较弱,与其他3条低纬度通道的相关系数较小,是相对独立的水汽通道,主要影响高原西北部从狮泉河至塔里木盆地南侧地区;孟加拉湾北部通道影响高原中南偏东部地区;南海通道则对高原东南部以及中南部那曲、林芝、昌都、玉树等地区有影响;而阿拉伯海水汽通道与其他水汽通道都呈负相关关系,其中与孟加拉湾北部通道相关关系最显著,相关系数达到-0.65,该通道通过调节孟加拉湾北部通道和南海通道的向西水汽输送分量来影响高原中南偏西部地区的夏季降水。

通辽市2017年8月3日极端暴雨水汽输送特征及源地分析

利用通辽市逐日降水观测资料、EC的再分析资料和GDAS资料,对2017年8月3日通辽市中部、南部地区发生的区域性暴雨过程进行分析——先通过欧拉方法定量分析了850hPa上的水汽通量及散度在暴雨前后的特征和水汽输送特征,再应用HYSPLITv4.9模拟计算暴雨日期间气团在800m、1500m、3000m的后向120h的运动轨迹,计算3个高度暴雨水汽来源的轨迹簇分析,对所有轨迹进行聚类得出主要水汽通道,再讨论上述两种方法结论的异同,最后综合分析得出了通辽市此次暴雨过程的水汽输送特征及源地分析。

应用拉格朗日方法研究四川盆地暴雨的水汽来源

基于拉格朗日方法的轨迹追踪模式HYSPLIT v4.9可用来追踪水汽的来源以及运行轨迹。结合应用拉格朗日方法与欧拉方法,通过分析四川盆地2013年6月29日—7月2日、7月7—11日和7月15—19日三次暴雨过程来研究孟加拉湾地区的水汽通道对四川盆地暴雨的影响。分析结果表明:影响这三次暴雨过程的水汽通道均有多条,但其中最为主要的均为来自孟加拉湾的水汽通道。孟加拉湾水汽输送在低空环流系统的作用下,一部分是直接越过云贵高原输送到四川盆地,另一部分是绕过云贵高原在南海地区与南海水汽以及越赤道水汽在西太副高外围东南气流的作用下一并输送到四川盆地;其中在南亚季风强大的西南气流作用下,孟加拉湾大气河中的水汽主要越过云贵高原输送向四川盆地。同时分析对比了孟加拉湾水汽输送通道与大气河(At—mospheric River)之间的异同点,发现孟加拉湾水汽输送通道与大气河之间存在着一定的相似性。

丽江机场强降水天气特征分析

利用丽江机场自动观测站资料、NCEP再分析资料,引入HYSPLIT轨迹模式,对丽江机场2007—2019年出现的强降水天气特征进行分析。结果表明,丽江机场强降水日数年际差异较大,年平均强降水日数为7.8 d,最大日降水量为92.3 mm。强降水天气有明显的季节变化特征,雨季6—9月的强降水日数占比90%,暴雨主要分布在7—8月。根据500 hPa高度上主要的影响系统,总结出7种丽江机场强降水天气形势,其中切变冷锋型和两高合并型是丽江机场强降水的最主要天气形势,占比40%。强降水期间丽江机场上空整层为垂直上升速度大值区。水汽主要来自700 hPa高度,低层水汽辐合,高层辐散,有利于水汽向上垂直运动。通过HYSPLIT模式分析,丽江机场雨季水汽输送通道共有3条,其中西南路径占比最大,孟加拉湾地区的水汽输送是丽江机场雨季最主要的水汽来源;7—8月副热带高压强盛、台风活动频繁,因此有一定的南海方向水汽输送,即东南路径;8—9月受川滇切变线和西南涡影响,有少量来自川渝地区的水汽输送,即东北路径。

“21·7”河南特大暴雨成因分析及三维概念模型的构建

通过对“21·7”河南特大暴雨在地形效应、不同高度的大气环流和水汽输送通道的分析,结论如下:(1)台风“烟花”与副高形成的东南气流在底层灌入河南喇叭口地形,在地形热力抬升和动力阻挡抬升的共同作用下,有利于山前降水的形成。(2)在500 hPa中层,郑州涡旋处于两个高压的“鞍型场”内,该环流配置导致台风“烟花”、“查帕卡”和热带低压相互作用形成三股气流直达河南;在200 hPa高层,河南暴雨区辐散气流向东下沉到同一纬度的东海高层冷涡内,其次级环流进一步加强了河南云团的强度。(3)台风“烟花”和“查帕卡”输送丰沛水汽至河南中西部,受太行山和伏牛山地形阻挡,在山前形成强烈水汽辐合。(4)构建的河南极端暴雨概念模型通过水汽输送通道和次级环流,将环流、台风、低压系统和喇叭口地形等降水成因有机联系,并放入同一个构架之中,从宏观上了解这些成因的运行机理及其相互作用,可加深对该特大暴雨成因的理解。

我国西南地区电线覆冰天气过程的大气环流异常分析

从四川省二郎山观冰站2002-2008年逐年1月份资料中选取12次覆冰过程和8次无覆冰过程,同时考虑2008年和2005年两个典型覆冰年共有覆冰日期(1月11～19日),利用NCEP/NCAR再分析格点资料,分析了大气环流特征。结果表明,西南地区有覆冰时,500hPa高度场距平合成图上呈"北高南低"的形势,贝加尔湖和巴尔喀什湖之间有一最大的温度负值中心,冷空气强盛且能延伸到西南地区;水汽源主要来自阿拉伯海、孟加拉湾的西南暖湿气流和南海的东南暖湿气流。通过分析二郎山地区2008年1月24～29日的风、温、湿廓线可知,750～650hPa均有逆温层,气温的日较差小,逆温层底部的相对湿度达到80%以上。750hPa有风向突变,低层为东北风,表明地面有冷空气回流;750hPa以上为西南风,即有较深高原槽或高原切变线活动。进一步分析还发现,在甘肃南部—四川中部—云南北部有一露点温度梯度极大值带,此极大值带内有风向的辐合,冷暖空气在此强烈交汇,配合大气环流和大气层结条件,可很好地解释西南地区产生电线覆冰的原因,对于提高此类覆冰过程的预报有重要的意义。

2016年7月湖南一次极端持续性暴雨成因分析

利用NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料、FY-2E卫星云图和常德多普勒天气雷达资料,结合HYSPLIT(hybrid single-particle lagrangian integrated trajectory v4.9)气流轨迹扩散模式对2016年7月1—5日湘中以北一次罕见的持续性暴雨过程进行综合分析。结果表明:(1)中纬度高空槽的东移、带状分布且稳定少动的副热带高压为中低层西南低涡不断生成发展及"人"字型切变线的维持提供了有利的环流条件;(2)低空、超低空西南急流异常旺盛,并稳定维持5 d,强降水发生时850 h Pa逐6 h区域(27°N—29°N、110°E—114°E)平均风速增大,可作为强降水预报中重要参考指标;(3)线状排列的多个中-β尺度对流单体不断长大、互相合并,发展成积雨云团,稳定维持在湘中以北一带;(4)模拟气团输送路径的结果显示,低层的水汽主要从南海向北输送到湘中以北;中层水汽从孟加拉湾以偏西南路径为主向湘中以北输送;高层水汽沿着西风带向湘中以北输送。

西太平洋副热带高压对黄海夏季海雾年际变化的影响

基于2004-2018年的地面观测数据和大气再分析数据,探究了西太平洋副热带高压(简称西太副高)对黄海夏季海雾年际变化的影响。结果表明:1)黄海夏季海雾雾日数存在明显的年际变化;多雾年偏南水汽通量输入可以达到少雾年的2.54倍,水汽通量净收支约是少雾年的2.76倍。2)在对流层中低层,多雾年的水汽输送存在2个通道,分别源自南海与台湾岛东南的西太平洋;少雾年只存在一个源自南海的水汽输送通道,其位置与多雾年基本一致但水汽输送量略小一些。3)雾日数与西太副高的面积、强度指数呈显著负相关(相关系数分别为-0.47和-0.54);少雾年面积、强度指数分别为多雾年的3.2倍和4.7倍;多雾年西太副高的位置较少雾年向东北偏移约4.8°经纬距(西太副高西脊点与脊线交点的位置变化),东海以东存在一个深厚反气旋,有利于水汽从台湾岛东南的西太平洋海域输入黄海,这是多雾年的主要成因。