江淮流域持续性强降水期间西太副高位置变异与非绝热加热的关系

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料及全国740站逐日降水资料,讨论了江淮流域持续性强降水期间西太平洋副高位置变动特征及其与非绝热加热的关系。通过个例合成研究发现:副高位置变异与强降水持续期间大气非绝热加热关系密切。强降水持续期间,副高北侧的江淮流域和西侧的孟加拉湾北部地区均存在强烈的视热源和视水汽汇。强降水发生前3 d,江淮流域Q1z开始增大,到降水发生后2 d的Q1z达到最大,尔后逐渐减小,降水结束后变化趋于平缓,此期间不利于副高北抬;此外,强降水发生前2 d,孟加拉湾北部地区Q1z开始增大,降水发生后1 d达最大,副高逐渐西伸,此后,Q1z减小,副高相应有所东退。根据全型垂直涡度倾向方程,对流层中层,江淮流域非绝热加热的垂直变化有利于副高北侧气旋性涡度增长,阻碍副高北进,有利于雨带在江淮流域维持,形成持续性降水;孟加拉湾北部地区非绝热加热的垂直变化有利于副高西侧反气旋涡度增加,可能是诱导副高西伸的原因之一。

江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的位涡比较分析

基于我国气象台站观测降水数据和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),从位势涡度(位涡)强迫垂直运动的角度,揭示了江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的动力学机制及差异。基于改进的两种事件定义方法,识别出1979—2020年梅雨区共发生了24次持续性暴雨事件及24次极端强降水事件。事件合成分析表明,持续性暴雨事件最强雨带主要位于长江及其以南地区,而极端强降水事件最强雨带则位于长江及其以北地区。持续性暴雨事件与热带大气低频振荡密切相关,其中南亚高压偏东、西北太平洋副热带高压偏西,因而高空偏南的西风急流附近具有高值位涡的干冷空气向南和向低空入侵,在中低层与西南暖湿气流辐合并形成梅雨锋区。极端强降水事件更大程度地取决于偏北的西风急流南侧的高空辐散及位涡强迫的强冷空气。对于极端强降水事件位涡收支的定量诊断表明,在强降水达到峰值及之前,高层负的位涡倾向主要由负的垂直位涡平流所导致,而中低层正的位涡倾向则主要取决于垂直非绝热加热的位涡制造和垂直位涡平流。结合典型个例的垂直速度分解,进一步证实梅雨区上空水平位涡平流随高度增加的垂直分布激发的上升运动分量在极端强降水事件起着重要作用。

江淮流域梅雨期持续性强降水及其10～30d低频环流特征

利用1961-2010年中国556站的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用合成分析等方法探讨了江淮流域梅雨期持续性强降水的低频振荡特征及其发生前后低频大气环流场的演变特征.结果表明,汀淮梅雨持续性强降水存在显著的10～ 30 d低频振荡特征.持续性强降水发生时,汀淮流域对流层高层受东海低频反气旋西北部的偏西气流控制,使得南亚高压位置偏东,加强了高层的辐散型流场;对流层中层,中高纬度地区存在“＋、-、＋”的低频位势高度中心,蒙古低频低压使得极地冷空气易于南侵;对流层低层,汀淮流域受低频P-J波列西段的台湾岛低频反气旋影响,并伴随强烈的对流活动,此反气旋使得西太平洋副热带高压向更西的位置伸展;因此低层辐合、高层辐散使得汀淮流域表现为强烈的低频上升运动,同时低频水汽从孟加拉湾-南海一带输送到汀淮流域,为持续性强降水的发生提供了有利的低频环流条件.另外,在持续性强降水发生前后,低层低频正涡度向北、向西传播,高层低频负涡度向南、向东传播,高低层斜压结构明显,共同作用于汀淮流域,维持持续性强降水过程.

基于SOM的长江流域持续性强降水过程典型环流的客观分型

利用1961—2021年逐日降水格点化观测资料和ERA5再分析资料,基于无监督深度学习的自组织特征映射神经网络(SOM)方法,将与中国长江流域夏季持续性强降水过程对应的大尺度环流客观划分成4种典型环流型(P1—P4)。各环流型呈现出的关键环流系统配置影响异常雨带的形成及落区。P1和P3中、高纬度分别为典型的单阻型和双阻型环流形势,且西太平洋副热带高压(简称副高)显著偏强并向西延伸。P2和P4表现出较为明显的低压异常,P2中的巴尔喀什湖到贝加尔湖以西为宽广低槽,贝加尔湖以东为脊区,形成入梅期间的稳定环流形势,长江流域受到低值系统的控制,副高位置靠南。P4在巴尔喀什湖以西和以东分别表现出位势高度异常偏低和偏高,长江流域表现为气旋性环流异常,同时副高位置偏北。P1、P2有来自高纬度冷空气的影响,P3和P4的冷空气较弱。以副高北跳为主要特征的东亚夏季风向北推进与4种环流型的出现以及相应的雨带位置有紧密联系,P1、P2主要对应6月至7月上旬持续性强降水,P3、P4则主要对应7月上旬至8月持续性强降水,导致P1和P2降水异常中心位于长江中下游的江南地区,P3和P4的降水异常中心分别位于长江流域和长江以北地区。P1、P3的水汽输送相比另外两类明显偏强,造成的降水强度也更强。此外,对典型环流型的稳定性分析表明,长江流域持续性强降水过程与上述4种典型环流型的稳定维持密不可分。持续性强降水过程中93.2%的环流表现出持续性的特征,P1和P2、P3和P4持续天数分别主要集中在5和3 d。从长期趋势来看,P1和P3环流型出现频次增多,P2和P4趋于减少。这意味着从有利环流的角度来说,持续性强降水倾向于在长江以南和长江中下游地区发生。

淮河流域持续性强降水过程的环流变化特征

利用淮河流域4省20:00—次日20:00逐日降水量资料,界定了1961—2006年淮河流域持续性强降水过程,并利用NCEP资料,应用合成分析方法对强降水过程和前期环流特征进行了研究。结果表明,从持续性强降水开始之前到强降水过程中乌拉尔山附近阻高减弱,贝加尔湖以北到鄂霍次克海附近的阻高偏强;西太平洋副热带高压在500hPa上表现为西伸北抬,但在850hPa上西伸明显,基本无北抬;南亚高压范围明显扩大,尤其是淮河流域以北地区200hPa高度明显增大,在中国东部到日本上空200hPa急流中心也有明显变化。850hPa西南急流的建立与西太平洋副热带高压的西伸有关,同时乌拉尔山附近高压减弱,冷空气南下,东西气压梯度增大也有利于西南急流的建立。

淮河流域持续性强降水的重要前期信号

利用淮河流域4省20—20时逐日降水量资料,NCEP再分析500 hPa高度场资料,对1961—2006年淮河流域持续性强降水过程进行界定,并分析了持续性强降水前期、过程中的中高纬度阻塞高压发展变化。结果发现:平均而言6月29日至7月25日为淮河流域降水最集中的时段,持续性强降水过程大多发生在6月中旬到7月中旬;淮河流域持续性强降水的重要前期信号为:降水开始前一阶段乌拉尔山附近均有明显的阻塞形势出现,双阻形势居多,而持续性强降水期间乌拉尔山附近阻高减弱,贝加尔湖以北到鄂霍茨克海附近的阻高偏强,单阻居多,持续性强降水大多开始于乌拉尔山附近阻高指数锐减后的2～5天;持续性强降水年份乌拉尔山附近阻塞高压大多存在15～30天左右的主要振荡周期,绝大多数年份乌拉尔山附近阻塞高压和180°E附近阻高在强降水发生之前开始出现西退的现象。淮河流域持续性强降水过程的环流特征对把握淮河流域的强降水特点及预报前兆信号有实际意义,为淮河流域持续性强降水预报提供了依据,具有重要的应用价值。

江淮流域持续性极端降水及预报方法研究进展

持续性极端降水过程会引发严重的洪涝灾害,是我国主要的灾害性天气之一,其形成机理和预报理论与方法研究受到广泛关注。近年来,针对持续性极端降水的形成机理和预报方法研究取得了一系列进展,主要包括：开展了我国区域性持续性极端降水事件的自动识别方法研究,研制建立了江淮流域持续性极端降水的大尺度环流概念模型,并提取了1-2周的前兆信号;从东亚一太平洋遥相关型（EAP）角度探究其对持续性极端降水的影响机理,并探讨利用EAP对江淮流域持续性极端降水进行预报的可行性。此外,在上述研究的基础上发展了基于关键影响系统的持续性极端降水的物理统计预报方法。

1981—2010年江淮地区持续性强降水低频特征分析

基于1981—2010年国家气象信息中心提供的全国756站逐日降水数据建立江淮地区降水指数,选取6—7月江淮地区持续性强降水事件共26例,首先利用集合经验模态分解方法分析了江淮地区持续性强降水的低频性质,进而利用合成分析等方法分析了相应的低频环流演变特征。结果表明:江淮地区夏季降水呈现随振荡周期增大方差贡献减小的趋势。根据江淮地区夏季持续性强降水事件的低频性质的不同,可以将持续性强降水事件分成三类:受10~30 d低频振荡主导的事件,受10~30 d和30~60 d低频振荡共同主导的事件以及30~60 d低频振荡主导的事件。在低频时间尺度上,造成江淮地区持续性强降水发生的关键系统是南海至菲律宾北部的低频反气旋系统和东亚中纬度低频气旋系统。对于第二类事件,30~60 d低频尺度上的低频系统活动慢变,为10~30 d的低频活动提供一个有利的背景场,两个尺度上的低频活动在事件发生期间"锁相",使得持续性强降水的持续时间更长。

2020年江淮地区夏季持续性强降水过程分析

2020年夏季,中国江淮流域发生持续性强降水,为研究持续性强降水的发生机理,采用美国国家环境预报中心(NCEP/NCAR)提供的逐日再分析资料以及1981-2010年平均的逐日再分析资料,对这次江淮强降水的降水过程和环流形势进行分析。结果表明:(1)本次持续性降水可以分为三个阶段。第一阶段6月18-24日,雨带分布上呈现带状,表现为无降水中心或多降水中心的特征,最大累计降水量为268 mm,位于安徽六安;第二阶段6月26-30日,雨带呈现分散的两条带状分布,最大累计降水量为220.7 mm,位于浙江衢州;第三阶段7月2-8日,雨带呈现纺锤形,最大累积降水量达到了606.8 mm,降水强度强于前两阶段,位于安徽六安。(2)冷空气来自东北路径。第一阶段江淮地区上空被暖气团控制不受冷空气影响,第二阶段和第三阶段冷空气均来自东西伯利亚低槽,且第三阶段冷空气更强。(3)南亚高压的强度上,三个阶段分别为强弱强,与西南水汽输送强度相对应。西太副高在第一阶段强度较弱,范围较大;在第二阶段强度较强,范围较小;第三阶段副高强度和范围都较大。南海的水汽输送强弱主要受副高强度控制。因此,受南亚高压和副高影响的不同,三个阶段来自孟加拉湾的西南水汽输送为强、弱、强;来自南海的水汽输送为弱、强、强,第三阶段水汽最为充沛。(4)第一阶段,日本南部低空急流较弱、存在索马里低空急流,高空急流在东北亚有中断;第二阶段,日本南部低空急流较强、无索马里急流,高空急流连续;第三阶段,日本南部低空急流较强、索马里急流较强,高空急流连续且在东北亚下凹。各阶段高低空急流配置与水汽和冷空气的输送情况相一致,对此次持续性强降水的发生发展起到推动作用。

江淮流域6-7月极端强降水事件时空变化及环流异常

基于江淮流域近53年(1961—2013年)逐日降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用百分位法定义了江淮流域6—7月极端强降水阈值,通过经验正交分解(EOF)方法将极端强降水事件分为沿淮型、沿江型和江南型三种类型。选取各类型极端强降水事件的典型个例,对环流形势进行诊断分析,结果表明:三种典型极端强降水事件发生时,850 h Pa上均存在由华南西部向长江中下游的低空西南急流,沿淮型急流强度最强、急流轴位置最北,沿江型次之,江南型最弱、急流轴位置最南;500 h Pa西太平洋副热带高压脊线和西伸脊点异常主要通过改变急流轴位置,来影响极端强降水的落区;200 h Pa上高空西风急流均表现出强度偏强,急流带偏窄,高空急流入口的右侧与对流层低层西南急流北侧相重合。在高低空急流的共同作用下,极端强降水发生区域上方垂直速度异常偏强,比湿异常偏大,梅雨锋位置的差异决定了极端强降水的发生区域;无论是沿淮型、沿江型还是江南型极端强降水事件发生时水汽主要来自孟加拉湾到中国南海附近海域。

江淮流域持续性暴雨过程的中期信号初析

江淮流域持续性暴雨过程是造成大范围洪涝的高影响天气事件,了解导致此类事件的全球和区域影响,对改进其预报是十分必要的.针对1951～2004年间16个典型个例,利用NCEP再分析资料,对事件发生前1～30d的全球环流场进行了相关与合成分析相结合的天气学统计普查,揭示了与此类过程显著相关的前期环流信号的时空分布特征,并初步探讨了主要信号对过程形成可能的影响和联系:过程前3～4k,赤道太平洋对流层中高层的暖性高压增强,并通过遥相关影响后期西太平洋副热带高压加强西伸及白令海附近低压的形成和加深;同期,南美洲南部南极附近的冷槽加深,其后能量频散至马达加斯加岛附近,有利于前2～3k南印度洋副热带地区以及西南太平洋西风带地区显著Rossby波列的出现,相应在马达加斯加岛南侧、澳大利亚西侧及新西兰东侧洋面上分别出现显著的低槽加深,经向环流增强;马达加斯加岛附近的纬向风异常通过经向遥相关对应北半球欧洲地区所出现的多个正负相间的纬向风异常,导致欧洲中纬度环流经向度加大,从而触发欧亚Rossby波列的形成和东传,该波列中三个稳定的波槽分别位于伊朗高原、我国东部洋面和太平洋中部洋面,并使青藏高压加强北挺;最后随着波列消失,我国东部洋面低槽减弱北缩,副热带高压趋于加强西伸,促使事件的背景环流条件最终形成.

江淮流域持续性暴雨过程水汽输送状况初析

选取江淮流域5个持续性暴雨过程,利用NCAR/NCEP再分析资料对水汽通量进行分析,结合HYSPLIT模式中空气质点倒退运动轨迹的计算,揭示此类强降水事件中海量水汽的源地、输送通道的统计特征和通道建立的天气系统条件:水汽多起源于南印度洋低纬度地区,越赤道气流、阿拉伯海急流、孟加拉湾急流和我国东南沿海低空急流在输送过程不同时期对于输送路径的形成起了重要的作用,同时亚洲夏季风系统的印度季风低压和西太平洋副热带高压的强度和位置也影响着输送路径.并在此基础上,提出了一个形成该类过程的水汽输送条件的初步概念模型.

江淮流域持续性暴雨过程前期的欧亚波列特征及其模拟研究

利用50余年的NCAR/NCEP再分析资料,对江淮流域持续性暴雨过程前期的环流特征进行了相关与合成分析。发现在过程前2—1周的对流层中高层西风带上,中西亚、中国东部沿海和白令海南侧相继有低压槽发展,呈现显著的罗斯贝波列信号特征。分析表明,正是该欧亚波列的东传和消失伴随的环流调整,导致了有利于持续性暴雨产生的稳定环流的形成。进一步采用区域数值模式检验了该波列特征对后期持续性暴雨的作用和影响过程,以1991年一次典型的江淮流域持续性暴雨过程为例,根据欧亚波列信号特征设计一组初始流场扰动,进行初值集合模拟试验。结果表明,过程强雨带及其环流背景的模拟对于初始场上欧亚波列信号区的扰动特征是相当敏感的,该初始扰动对模拟环流的后继影响,与持续性暴雨期间稳定环流特征的建立和维持确有密切关系。

江淮流域持续性暴雨过程前期环流特征

利用NCEP逐日再分析资料,通过合成分析以及滑动平均的低通滤波效果分析在江淮地区持续性暴雨过程发生前的环流场特征。研究认为持续性暴雨过程前期环流特征主要有以下几点:澳大利亚高压强度变化幅度小,马斯克林高压强度变化幅度大,两者之间呈现此消彼长的关系;副热带高压明显比常年偏强,脊线平均位置偏南,西脊点平均位置偏西;南亚高压属于西部型,强度偏弱,东伸脊点偏东;南亚高压的东伸脊点与副高的西伸脊点具有明显的相向而行,相背而去的活动特征;副高脊线比南亚高压脊线偏南4～6个纬距,并且两者具有步调一致的南北移动,但是南亚高压脊线移动时间比副高脊线提前1天左右。

2016年江淮地区梅汛期首场持续性暴雨的持续原因初探

利用NCEP/NCAR的再分析资料和逐6 h降水实况观测资料,对2016年6月30日—7月6日江淮地区首场持续性暴雨的持续原因进行了初步分析。结果表明,此次持续性暴雨的主雨带位于西太平洋副热带高压(简称西太副高,下同)的西北侧、中低层江淮切变线的南侧,高空急流入口区的右侧,低空急流轴的左前侧;高空强辐散与低空强辐合长时间维持为暴雨的持续提供了有利的动力条件,西风槽前和西太副高外围两个水汽通道为此次暴雨过程提供了充分的水汽,其周期性辐合为暴雨的持续提供了有利的水汽条件;江淮流域上空大气上干冷、下暖湿状态的重复形成,为暴雨的持续提供了足够的能量;江淮切变线附近中尺度低涡的新生、发展和维持为暴雨的持续提供了持续的辐合抬升条件;锋生的周期性增强对降水强度的预报具有一定指示意义。

2007年夏季江淮强降水过程中10～30d低频变化及其与对流层上层波包活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析和全国740站逐日降水资料,运用一点滞后相关等方法,对2007年夏季江淮流域强降水期间低频振荡的波动活动特征及其与降水低频变化的联系进行了分析。结果表明,在2007年夏季降水中,降水低频分量起着重要作用。降水的低频振荡主周期为10~30 d,降水距平时间序列与10~30 d低频分量具有较好的对应关系。低频扰动在对流层上层和低层都呈现波列状分布,且在降水活跃位相时,低频环流在高、低层具有斜压结构。在对流层上层,低频扰动有缓慢的东移倾向,相速度为每天2~3个经度。西风带中存在多次移动性波列向下游的传播,且在120°E以西以每天14经度的群速度向下游频散能量,表明10~30 d低频波动具有明显的下游发展特征。在强降水开始5 d前,低频波动与能量可起源于高纬的乌拉尔山附近,沿着西北—东南向的路径向下游传播。下游发展的低频波动为江淮流域带来了能量,为强降水的发生提供了条件。这些结果加深了人们对低频波动在江淮流域强降水过程中所起作用的认识,可为寻找江淮流域强降水过程预报线索提供科学依据。

江淮持续性暴雨前期热带印度洋海温影响初析

热带印度洋是最强最稳定的江淮持续性暴雨中期海温信号区．在此基础上，利用28年气候逐候资料，根据该信号区海温与后期0LR（OutgoingLongwaveRadiation）场和环流场的相关分析以及典型持续性暴雨过程的合成分析，初步探究了其对江淮持续性暴雨形成的中期影响机制．研究结果表明，前期信号区海温异常可通过以下3种途径对江淮持续性暴雨过程的发生产生影响．过程发生前5候至前4候热带印度洋偏高的海温及其引起的热带对流异常，导致热带偏北印度洋至热带西太平洋上异常的准纬向环流形成，削弱印度洋上的walker环流和西南季风，有利于西太平洋副高偏强．偏高的海温有利于过程发生前4候北大西洋急流出口区右侧脊发展，还可影响此异常波动的东传，对欧亚波列的发展作出重要贡献．过程发生前3～2候，该波列东传所伴随的环流调整导致南亚高压加强、中国东部槽发展、西太平洋副高加强．另外偏高的海温还有利于过程发生前2～1候110～140°E经向异常环流的形成，该异常环流削弱热带季风经圈环流，使南海一西太平洋热带辐合带偏南，有利于副高西伸．

江淮持续性暴雨过程前30～60d低频主振荡型特征

利用1951-2010年NCEP／NCAR逐日再分析资料，采用改进后的一阶Butterworth带通滤波、主振荡分析（ POP）和合成分析，研究了近60年4-8月全球大气低频主振荡型特征及其与江淮流域持续性暴雨过程的关系。结果表明，4-8月全球850 hPa高度场存在IN-WPO型（赤道印度洋-西太平洋型）和TA-WE型（热带大西洋-西欧型）2个30-60 d主振荡型。过程前，不同振荡型的时域变化特征明显，反映了全球大气30-60 d低频振荡的显著变化。位相合成分析显示，持续性暴雨过程主要发生在IN-WPO的位相7和TA-WE的位相5后，过程前，当IN-WPO型循环到位相4时，850 hPa低频风场中我国南海、华南等地开始存在显著30-60 d低频风变化，西北太平洋低频气旋和北太平洋低频反气旋的形成和发展，这些低频特征有利于江淮流域持续性暴雨过程形成。

江淮流域强暴雨过程对阻高和副高逐日变化的响应关系

江淮流域是我国暴雨频发的地区之一，而乌拉尔山阻塞高压和西太平洋副热带高压是北半球两个主要的大气环流系统．本文统计分析了1971-2003年期间乌山阻塞高压和西太平洋副高的逐日强度变化特征，研究了乌山阻塞高压和西太平洋副高对江淮流域强暴雨过程的响应关系．结果表明，江淮流域多数强暴雨过程发生在乌山阻高的减弱期，在乌山阻高的建立和加强期较少有持续性暴雨发生．乌山阻高的突然减弱是江淮流域强暴雨过程发生的强信号之一．同时，西太平洋副热带高压的加强西伸登陆是江淮流域强暴雨过程发生的必要条件之一，

“2020年梅汛期降水研究”《暴雨灾害》专刊--编后记

2020年我国江南、长江中下游和江淮流域出现了异常的梅汛期。安徽省、湖北省先后于6月2日、8日入梅,江苏省及上海市9日入梅,较历史平均入梅期分别提前8~14 d;上海市、江苏省分别于7月21日、29日出梅,安徽省、湖北省8月1日出梅,较历史平均出梅期分别推迟11~21 d,部分省市创历史最迟出梅日;四省市梅雨期长达42~60 d,远超历史平均梅雨期;同时,梅雨期间雨量高达常年梅雨量的2~3倍。异常的梅雨导致了我国南方地区出现大范围持续性强降雨,极端暴雨事件频发,由此造成的灾害和影响极其严重。