全球大气环流模式BCC_AGCM2.0.1对1998年夏季江淮流域强降水过程的回报试验研究

利用中国气象局北京气候中心全球大气环流模式(BCC_AGCM2.0.1)对1998年6月24日～7月3日发生在我国江淮流域的强降水天气过程进行了回报试验。模式起报时间为1998年6月24日00时,使用前10天NCEP-II再分析逐时温度、涡度和散度场进行预报前初始协调(spin-up)积分,产生模式初值,预报时段为1998年6月24日～7月10日,回报试验结果表明:模式对全球500hPa位势高度的天气尺度演变过程具有4～7天的可预报性;BCC_AGCM2.0.1模式对中国区域的降水以及大气环流场具有3～4天的可预报性,6月24日起报后3天内的预报降水区域位置与实况一致,但中心强度有所差异。对起报后未来2天的5mm和10mm以上的降水预报能力相对较强,ETS评分值达到了0.25以上,HK评分超过了0.4,降水区域范围预报较为准确,BIA评分趋于1.0。模式对20mm以上的降水也具有一定的可预报性,但模式对大于30mm以上强降水的预报能力较差。

“丝绸之路”型与东亚—太平洋型遥相关的低频特征及其对江淮流域夏季降水的影响

江淮流域夏季洪涝灾害主要归因于大气环流异常的稳定维持。不同大气遥相关的低频振荡及其协同变化对江淮流域夏季降水的影响机理是大气科学领域热点问题之一。利用ERA5逐日再分析资料和中国气象局提供的逐日站点降水资料,揭示了“丝绸之路”(SR)型和东亚—太平洋(EAP)型遥相关的低频特征及其对江淮流域夏季降水的影响机理。结果表明:SR型和EAP型遥相关的10~30 d低频周期与江淮流域夏季降水关系密切,SR型和EAP型遥相关各低频系统都经历了正负位相转换并逐渐达到峰值(谷值)。其主要表现为:①10~30 d低频200 hPa等压面经向风沿西风急流呈偏北风与偏南风的交替分布,当SR型达到负位相峰值时,江淮流域为偏北风控制,中纬度低频气旋加强,加速西风急流;②10~30 d低频西太平洋副热带高压西伸东退、南亚高压东移西撤,二者相向而行,在峰值位相重叠于对江淮流域降水有利的位置;③由东亚沿岸向西北移动的向外长波辐射异常波列亦表现出显著的10~30 d低频振荡特征,处于峰值位相时,向外长波辐射在江淮流域为负异常,有利于江淮流域降水;④10~30 d低频低层正涡度、高层负涡度的配置有利于低层辐合、高层辐散,导致上升运动增强,进而触发江淮流域低频降水。

江淮流域夏季降水异常与西北太平洋副热带30～60天振荡强度年际变化的联系

利用1978～2007年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料,研究了夏季江淮流域降水多寡与30～60天振荡(ISO)强度年际变化的联系。结果表明:江淮流域夏季降水异常与台湾海峡地区及西北太平洋低频能量变化相关显著。定义了ISO强度指数,对ISO强度指数高低年夏季低频降水以及低频环流的位相合成表明:高指数年主要通过存在于南海—西北太平洋地区的低频气旋、反气旋系统的交替活动来影响副热带高压的进退,从而引起江淮流域夏季降水异常;低指数年江淮流域夏季降水主要受西太平洋副热带高压位置及强度变化的影响,降水异常区主要位于江南地区。进一步研究表明,非30～60天低频降水扰动与低频振荡强度也有很好的相关。低频环流对双周以及天气时间尺度环流变化可能存在调制作用,这种作用对江淮流域夏季降水的年际异常起到非常重要的作用。

江淮流域夏季降水的准两年振荡特征及其关联因子分析

利用1951—2010年我国江淮流域11个测站夏季(6—8月)降水资料和NCAR提供的北半球月平均海平面气压场资料以及相关的西太平洋副高指数资料,采用Morlet小波变换、交叉小波变换及相关分析等方法讨论了降水准两年振荡现象的年际变化规律及其与东亚夏季风、副高的关系。结果表明,准两年振荡分量在江淮地区夏季降水场的年际振荡中十分重要,且经历了由强到弱再到强的变化过程;同时降水与夏季风强度及副高脊线位置的准两年变化均存在较好的同期相关,彼此间的相互影响还体现在年际尺度上,并分别在4 a和1 a时间尺度上有明显的滞后、超前关系。

南印度洋海温异常对2020年夏季江淮流域降水的影响

从南印度洋海温异常影响的角度,利用1979-2020年NCEP和NCAR再分析资料,通过南印度洋偶极子(SIOD)指数的定义,研究2020年夏季SIOD对中国江淮流域降水异常的可能影响及大气环流原因.结果表明,1979-2019年江淮流域夏季降水与夏季SIOD指数呈显著负相关,相关系数-0.44,当SIOD指数表现为负(正)异常时,江淮流域夏季降水偏多(少);2020年夏季南印度洋海温表现为SIOD指数负位相,对应江淮流域显著的降水异常偏多.将2020年夏季的大气环流形势与1979-2019年夏季SIOD负异常年份的合成分析进行对比可见,SIOD指数负异常年,对流层高层南亚高压偏强、偏南,东亚副热带西风急流偏南;中层西北太平洋副热带高压偏强、偏北;低层西北太平洋上空水汽输送异常偏多.2020年的环流形势与一般的SIOD指数负异常年类似,但对流层中层表现为中高纬度波动强烈,环流经向度较大,有利于冷空气输送至江淮流域.利用E-P通量进行动力诊断,发现2020年和SIOD指数负异常年,均存在位于60°~80°N上空400 hPa处的辐合中心和位于24°~40°N上空250 hPa处的辐散中心,尤其是在2020年,辐合和辐散的强度更强,不仅对阻塞形势的建立有一定促进作用,有利于冷空气南下与西北太平洋副热带高压西侧的暖湿气流交汇于江淮流域,也有利于东亚副热带西风急流及低空急流加强,为江淮流域降水提供有利的水汽条件和上升运动的增强.

1998年夏季嫩江和松花江流域东北冷涡暴雨的成因分析

选择了 1 998年 9例典型的松嫩流域东北冷涡暴雨过程进行诊断分析。结果表明 ,东亚阻高、西太平洋副高和东北冷涡以及它们在强度和位置上的最佳配置构成了 1 998年松嫩流域持续性暴雨的大尺度环流背景。亚洲季风诸系统 (南亚季风 ,副热带季风 )的水汽输送也是大范围强降水频繁出现的主要原因 ,并且是与一般冷涡降水的最根本区别。冷涡系统自身独特的水平和垂直结构特征导致暴雨中心主要发生在系统中心以东大约 6个经距的范围内 ,而不是出现在冷涡中心附近及其以西地区。

江淮流域夏季降水异常及与全球中低纬海温异常关系的诊断研究

对 1951- 1999年中国夏季江淮流域降水异常与海温异常关系的分析表明 ,前期及同期各季节三大洋海表温度异常 (SSTA)与长江流域降水异常的关系是非常显著的 ,而对淮河流域降水异常总体上的影响较小 .前期冬季SSTA的影响显著区主要有 :热带印度洋、黑潮、热带中东太平洋和大西洋 .各关键区海温异常对亚洲夏季风的影响特征为 :当前期冬季赤道印度洋、黑潮、赤道大西洋和热带东太平洋海表温度异常升高 (降低 ) ,当年夏季印度西南季风和东亚热带辐合带减弱 (加强 ) ,副热带高压位置偏南 (北 ) ,副热带辐合带加强 (减弱 ) ,长江流域易发生洪涝 (干旱 ) .相关显著性分析表明 ,前冬赤道印度洋和黑潮区的海温异常对中国夏季降水的影响更为显著 .

雅鲁藏布江流域夏季降水的年际变化及其原因

本文通过多套观测与再分析降水资料的比较,分析了雅鲁藏布江流域夏季降水的特征,从水汽含量与水汽输送的角度检验了雅鲁藏布江水汽通道的特点,研究了流域夏季降水的年际变化及其原因。分析表明:(1)该流域夏季降水大值位于雅鲁藏布江出海口至大峡谷一带,观测中流域平均降水可达5.8 mm d-1。不同资料表现的降水空间分布一致,但再分析降水普遍强于观测,平均为观测的2倍左右。(2)该流域夏季的水汽主要来自印度洋和孟加拉湾的偏南暖湿水汽输送,自孟加拉湾出海口沿布拉马普特拉河上溯至大峡谷,即雅鲁藏布江水汽通道。水汽收支诊断表明,夏季流域南部(即水汽通道所在处)是水汽辐合中心,流域平均的辐合约9.5 mm d-1,主要来自风场辐合与地形坡度的贡献。(3)不同再分析资料表现的流域降水和水汽分布特征总体一致,但量值差异较大。NCEP(美国国家环境预报中心)气候预报系统再分析资料CFSR、日本气象厅再分析资料JRA-25较欧洲中期天气预报中心再分析ERA-Interim资料更适于研究该流域(青藏高原东南部)的水汽特征,因为后者给出的流域降水和水汽偏强。(4)近30年该流域夏季降水无显著趋势,以年际变率为主。年际异常的水汽辐合(约为气候态的35.4%)源自异常西南风导致的局地水汽辐合(纬向、经向辐合分别贡献了16.5%、83.5%),地形作用很小。流域夏季降水的年际变化是由印度夏季风活动导致的异常水汽输送造成的,其关键系统是印度季风区北部的异常气旋(反气旋)式水汽输送。

1998年夏季长江流域梅雨期环流演变的特殊性探讨

利用 1 998年南海季风试验 (SCSMEX)和华南暴雨试验 (HUAMEX)的同化资料和 2 0 0 1年“973”中国暴雨试验 (CHeRES)的T1 0 6背景场资料 ,对 1 998、 2 0 0 1年夏季 6～ 7月环流和降水的分析表明 :(1 ) 1 998年中高纬度双阻形势有利于冷空气南下 ,对“二度梅”的形成有重要作用 ;2 0 0 1年副高偏东 ,中纬度槽脊的位置与典型梅雨相反 ,没有形成典型的梅雨。 (2 )东亚沿岸大槽的形成以及相应西风急流的南移、东伸和北风(冷空气 )的南进 ,对“二度梅”开始时副高的突然南压有重要作用 ,这些因子可以作为1 998年 7月下旬“二度梅”形成的前期预报因子。 (3)对降水与夏季风关系的分析表明 ,季风的短期变化与雨带的进退和维持有密切关系 ,特别是 2 0～ 30 oN较大范围的低空急流对梅雨锋降水有重要作用 ;1 998年梅雨期风速和湿度场有明显的日变化 ,且与强对流系统发生的时间一致。 (4)对历史上“长梅”和“二度梅”年情况进行了分析 ,并将 1 998年的环流与 1 950年以来造成严重洪涝灾害的“长梅”和“二度梅”的环流作了对比 ,再次确认这几次梅雨期的中高纬度均为双阻或单阻形势 ,而 1 954、 1 980、 1 991年的副高为带状 ;1 954、 1 980年副热带高压属于西进稳定型 ,1 991、 1

1998年夏季500hPa行星尺度环流系统对长江流域“二度梅”的影响

利用 NCEP/ NCAR1 998年 5～ 8月逐日 5 0 0 h Pa高度场再分析资料及中国国家气象中心整编的同时段全国 1 6 0站降水资料 ,就 1 998年夏季 5 0 0 h Pa行星尺度环流系统对长江流域“二度梅”的影响进行了深入研究。结果发现 ,鄂霍次克海附近阻塞高压加强 (减弱 )和副热带西太平洋高压西部强度减弱 (加强 )的反位相变化是造成长江中下游和东北大部分地区的降水增加 (减少 )

1998年京津冀夏季风的低频振荡与降水的特征

使用美国NCAR 1 998年再分析资料 ,研究了京、津、冀夏季风的低频振荡和低频降水的特征。结果表明 ,京、津、冀 1 998年夏季风存在 1 5～ 35天的低频振荡 ,5～ 6月低频降水较弱 ,7～ 8月低频降水较强 ,低频降水的传播路径倾向于与其上空 2 0 0hPa低频辐散带的传播路径相一致 ,京、津、冀地区水汽主要来自南部边界和西部边界 ,南风低频水汽输送变化对低频多雨期发生发展具有指示意义。

2000年以来淮河流域夏季降水年代际特征及大气环流异常

利用1961—2016年中国642站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2000—2016年淮河流域夏季降水年代际变化特征及相应的大气环流异常,并探讨了2000年前后预测信号的转变。研究表明2000—2016年淮河流域夏季降水具有明显的年代际变化,2000—2008年为降水偏多期,2009—2016年为降水偏少期,且两个时期降水差异显著。降水偏多和偏少期对应的大气环流有明显差异,淮河流域多(少)雨期,贝加尔湖高压脊(低压槽)明显,乌拉尔山和鄂霍次克海为低压槽(高压脊),南亚高压偏弱(强)偏西(东),东亚副热带高空西风急流偏弱(偏强),热带东风急流偏强(减弱),同时与南半球的索马里越赤道急流、马斯克林高压和澳大利亚高压偏强(弱)有密切关系。前冬北太平洋涛动(NPO)可以作为淮河流域夏季降水的一个前兆信号,但2000年前后前冬NPO与淮河流域夏季降水的关系发生了年代际转折,2000年之前两者为明显的负相关,之后转为正相关。2000年之前冬季强(弱)NPO年与2000年之后冬季弱(强)NPO年对应夏季乌拉尔山和鄂霍次克海为明显的高压脊(低压槽),贝加尔湖为低压槽(高压脊),西太平洋副热带高压位于我国南海到菲律宾北部(台湾附近海域),有利于淮河流域夏季降水偏少(多)。

第二松花江流域夏季降水年际增量预测模型研究

利用1980—2016年第二松花江流域(SSR)夏季(6—8月)平均降水量资料、NCEP/NCAR再分析月平均环流场资料、NOAA的月平均海温场资料,采用年际增量预测方法,通过分析与SSR夏季降水年际增量相关的环流及海温,确定了超前12个月内的6个预测因子,包括:11月东亚200 hPa纬向风、12月西藏高原-2指数、12月赤道中东太平洋200 hPa纬向风、2月印度洋海温、10月西太平洋暖池海温、4月东亚100 hPa经向风。在此基础上利用这6个预测因子,利用1980—2010资料建立SSR夏季降水年际增量的统计预测模型,最后根据年际增量给出SSR夏季降水的预测结果。经检验,1981—2010年SSR夏季降水年际增量的预测拟合系数是0.83,SSR夏季降水预测结果拟合系数为0.67,SSR夏季降水预测结果相对均方根误差为15%,均通过了显著性检验;对2011—2016年进行试报实验,该模型也很好地预测出降水的年际增量变化趋势,除2014年以外,SSR夏季降水预测结果相对均方根误差绝对值都控制在23%以内,2016年仅为-9.9%。因此,通过预测降水的年际增量,进而再预测降水的方法,具有一定的预测技巧,可作为有效方法投入实际业务应用。

1998年夏季松花江、嫩江流域大暴雨中尺度雨团活动分析

用地面逐时降水资料、静止卫星云图、雷达图及常规气象资料 ,分析了 8月上旬不同时段松花江及嫩江流域出现的中尺度雨团 (≥ 5 0 /h)活动情况。根据它们的活动特点及在卫星云图、雷达回波上的演变和物理量诊断场的特征 ,将其分为两类。第 1类是典型的冷涡中尺度雨团 ,第 2类为东南方有地面气旋活动的冷涡中尺度雨团 ,它们都出现在冷涡的成熟及消亡阶段 ,活动在冷涡的不同部位 ,有着各自不同的演变特点。由此构建了相应的中尺度雨团出现位置的概念模型。

1961—2016年松花江上游流域夏季降水变化特征分析

利用松花江上游流域26个气象站1961-2016年夏季(6-8月)降水逐日资料,采用滤波、MannKendall检验、Morlet小波分析等方法,分析了松花江上游流域夏季降水变化特征。结果表明:夏季及各月降水具有明显的年际和年代际变化特征,夏季降水从20世纪60年代中期到70年代末处于少雨期;从80年代初到90年代中期处于多雨期;从90年代中期以后,则少雨占优势,而且比70年代以前的降水年际变化振幅大;夏季降水主要集中在7月至8月上中旬,夏季及7月、8月降水呈减少趋势,6月呈上升趋势,7月对整个夏季降水贡献较大;6月降水从1966年开始出现一次增多的突变,显著增多时段在1977-1994年;夏季存在3个显著性周期,分别为2~3 a、4~6 a和8~12 a;8月降水在20世纪70年代中期至21世纪初存在一个显著的10~16 a周期;夏季降水与流域内各站降水之间,夏季6月、7月、8月各旬降水与本月降水之间,以及6月下旬至8月中旬的各旬降水与夏季降水相关性较好。

索马里越赤道气流与淮河流域夏季降水关系的年代际增强

基于1961～2016年淮河流域172个测站逐日降水资料,分析了淮河夏季降水的多时间尺度变率,发现其具有显著的准两年周期,1990年代以来亦呈现出明显的年代际变化。EOF分析结果显示,淮河夏季降水的异常主要表现为全流域一致偏多或偏少型(第一模态),其方差贡献高达37%。相比于长江中下游地区,淮河夏季降水与东亚500h Pa位势高度场上的EAP遥相关型关系很弱,但和对流层低层西南水汽输送有更好的对应关系,表现为从索马里半岛至淮河流域的多个正负交替的相关波列。这一波列表明当索马里越赤道气流加强时,通过热带印度洋西风的纽带作用加强了进入淮河流域的西南暖湿气流,并在淮河上空低层形成水汽辐合,造成淮河多雨,反之当索马里越赤道气流强度弱时,淮河夏季降水偏少。索马里越赤道气流和中国台站降水的空间相关同样显示出最显著的相关区位于淮河流域。进一步的分析发现,研究时段内二者关系并非稳定维持,而是表现出显著的年代际变化,近二十年来索马里越赤道气流对淮河流域夏季降水的影响明显增强,且在季节预测上的指示意义也在增强。这一增强的可能原因是索马里越赤道气流与流域南侧的经向水汽输送和西侧的纬向水汽输送的关系均发生了年代际反转,并且这两条水汽输送带对流域夏季降水的影响发生了年代际增强。

西印度洋大气垂直环流与江淮夏季降水关系的年代际变化

利用1958—2013年NCEP/NCAR逐月再分析资料和国家气候中心整编的160站月降水资料,研究了西印度洋大气垂直环流(WIOVC)与江淮夏季降水关系年代际变化的原因。结果表明:两者关系的年代际变化经历了两次转折,1950年代末期的不显著关系在1970年代末转为显著负相关,又在1990年代中后期变为显著正相关。进一步研究发现,两者关系的年代际变化是由WIOVC的年际异常和热带背景场的年代际变化共同作用造成的。在:1980年代以前热带东太平洋大气异常偏强的下沉运动背景下对应东亚夏季风偏强,WIOVC与江淮夏季降水关系不明显。1980年代—1990年代中期,热带东太平洋大气异常偏强的上升运动背景对应东亚夏季风偏弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著反相关。1990年代中期以后,热带东太平洋大气仍为异常上升运动,且热带中太平洋为异常下沉运动,对应东亚夏季风进一步减弱,WIOVC与江淮夏季降水呈显著正相关。

1998年长江流域特大洪水的降水分析

利用长江流域 ( 1 0 2°E以东 ) 1 2 5个站的实测降水资料 ,分析了 1 998年夏季长江流域降水的时空分布和气候统计特征 ,并与历史同期进行了比较 ,特别是和 1 931、1 954年等特大洪水年份进行了较全面的对比 .结果表明 ,1 998年夏季长江流域的强降水主要分为 4个时段 ;总降水量的分布成不对称的鞍型场 ;上、中、下游地区异常频繁的、特别集中的强降水是造成长江持续高水位和特大洪涝灾害的最主要原因 .

江淮流域夏季强降水事件的主导模态（英文）

基于29年夏季平均的日降水率及降水标准偏差的空间分布,本文将江淮流域分为南、北两个子区域。谱分析结果显示,3–7天高频天气尺度模态是江淮流域北部夏季降水的主导模态,10–20、15–40天的变化模态次之。相比之下,3–7、10–20天变化模态在江淮流域南部均很显著,7–14、15–40、20–60天的低频模态次之。高频天气尺度扰动在江淮流域北部强降水事件形成过程中起绝对主导作用,而在江淮流域南部,高频、中等频次、低频扰动的作用相当。

江淮流域夏季降水与全球海温异常关系分析

利用1951 ～2009年中国160站降水资料和1951 ～2009年NCEP/NCAR再分析资料月平均的海温格点资料,拟通过一元线性回归、相关分析方法、合成分析方法研究江淮流域夏季降水与全球海温异常的关系.结果发现,西北太平洋、北大西洋、印度洋南部海区为海温关键区,江淮流域夏季降水异常与这3个关键区的海温异常存在良好的正相关关系,尤其西北太平洋前期冬季、北大西洋前期冬季、印度洋南部前期春季在3个海区中最为显著.