贵州秋季暴雨时空分布特征及其与大气环流的关系

利用2010—2021年NCEP/NCAR月平均再分析数据和贵州省84个地面气象观测台站9—11月逐日降水数据,分析贵州秋季暴雨的时空变化特征,并探讨其与大气环流的关系。结果表明:(1)近10 a来,贵州秋季暴雨主要发生在9—10月,其中9月最多,11月没有;暴雨频次和持续时间整体呈明显上升趋势,均具有3 a的周期振荡特征,2020年秋季暴雨持续时间最长、范围最大且强度最强,2012年秋季暴雨过程次数、影响范围和持续时间均最少。(2)贵州秋季暴雨高发区和累计降雨量高值区分布基本一致,高值中心主要集中在中西部地区,低值中心主要集中在东南部和西北部,其中降雨量高值中心也出现在东北部边缘。(3)贵州位于高层南亚高压(东部型)北侧,中层西太平洋副热带高压的西北侧。低层中西部地区主要受来自西太平洋和南海的东南暖湿气流影响,充沛的水汽有利于暴雨形成;而其余地区为大陆小高压后部的东南气流,地面受弱冷空气影响,不利于暴雨形成。

地理经纬双向过渡带和复杂地形下气候的过渡性和特异性--以宜昌市为例

宜昌处在我国地形第二、第三级阶梯的过渡地带,又位于我国南北过渡带秦巴山地南麓的中低纬度过渡带,长江中上游结合部,山地河谷平原并存,地形复杂,垂直高差大。气候资料分析和文献调研表明,宜昌天气气候因特殊地理环境具有过渡性和特异性:(1)年平均气温主要随地形高度递减,年总降水量主要随纬度升高减小。(2)年暴雨日数、连阴雨天数,在中西部随纬度升高而递减,等值线近似纬向排列;东部随地形升高而递增,等值线近似经向排列。(3)山地平原过渡带地形的阻挡滞留、辐合抬升等对极端短时强降水有明显加强作用,这种作用在秦岭与黄淮过渡带、太行山与华北平原过渡带有相似的天气气候效应。(4)宜昌位于江淮梅雨的西界、华西秋雨的东界,具有天气气候“分水岭”特征。(5)宜昌是暴雨雨团、西南涡移动的主要通道之一。

2020年秋季一次冷锋切变影响的滇东南灾害性暴雨过程分析

基于常规气象观测资料、NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料和卫星资料,对2020年秋季滇东南一次灾害性暴雨过程的环流背景,水汽、热力及动力条件,中尺度对流云团演变特征进行分析。结果表明:副高西进过程中断裂出滇缅高压,滇东南恰好处于两高辐合区内,配合850 hPa切变线和地面冷锋造成此次滇东南暴雨。孟加拉湾和南海两支水汽通道在滇东南上空汇合,且滇东南地区上空大气层结不稳定,有较强的不稳定能量蓄积和剧烈的垂直上升运动,有利于强降水的产生。中尺度对流云团在滇东南地区不断生成与合并且长时间的维持是造成此次区域性暴雨的关键因素。

廊坊市一次秋季暴雨预报偏差与历史统计分析

利用NCEP空间分辨1°×1°,时间分辨6 h再分析资料,欧洲中心细网格模式资料等对廊坊市一次秋季暴雨的预报偏差及原因进行分析,并对廊坊市十年来的秋季暴雨过程进行形势场和物理量指标总结。结果表明:(1)本次过程为高空槽、切变线和地面倒槽共同影响的秋季暴雨,雨量分布不均,伴有短时强降水。预报偏差主要表现为强降水预报较实况偏晚、量级偏小,造成暴雨漏报。(2)模式和各级指导预报落区预报基本准确,系统的预报偏差使降水的预报偏慢。(3)预报场和实况的水汽、能量条件均达到夏季暴雨指标,模式对于水汽的辐合预报偏差较大,而实况水汽辐合区的位置与强降水落区较为一致,说明水汽辐合对于本次强降水落区的预报较为重要。(4)模式预报出了弱辐合中心,强度偏弱,位置不精准,结合EC模式的对流性降水预报产品,对于强降水预报有一定指示意义。(5)统计表明,廊坊市秋季强降水不需要急流的水汽输送,且均发生在夜间(20∶00至次日08∶00),本次过程强对流指标均在廊坊市秋季暴雨统计范围内,属于指标偏弱的一类。

海南秋季暴雨日数异常的环流特征及预测模型构建

利用1982—2013年海南岛18个自动站日降水量、NCEP/NCAR逐月2.5°×2.5°再分析资料、NOAA海温及CFSv2模式的历史回报数据,分析海南秋季暴雨异常的同期环流特征及其与海温的关系。并利用模式预测较好的与秋季暴雨日数密切相关的环流因子、海温构建秋季暴雨日数预测模型。结果表明:(1)秋季暴雨多寡与环流异常关系密切。秋季暴雨偏多年,海南附近盛行偏东风;热带西太平洋-南海气压偏低,热带系统趋于活跃,且该区为东南风异常,带来充沛水汽;西太平洋纬向风切变偏弱,易形成暖心结构,对应有台风的发生发展。另一方面,海温强迫影响显著,热带中东太平洋海温异常影响着大气环流和热带对流活动,造成秋季降水异常。(2)热带太平洋地区中低层高度场、海平面气压、低层风及纬向风切变与秋季暴雨日数关系密切,且CFSv2模式能较好预测这些环流场上的高影响区。(3)利用最优子集回归构建基于模式有效信息的秋季暴雨日数模型,交叉检验和独立样本试验均表明,该预测方法与模型整体预测效果较好,可为秋季暴雨日数的预测提供参考。

海南岛秋季暴雨气候特征及其环流背景分析

利用1968—2013年9—11月海南岛18个国家气象站的逐日降水资料,采用日最大降水量法、秋季最多频次法和耿贝尔分布重现期法分析海南岛暴雨大值区,对暴雨大值区历年秋季的暴雨频次异常和秋季降水量异常年进行环流分析。结果表明:海南岛暴雨大值区分布在东南沿海一带,暴雨相对小值区位于西南地区,这种分布可能与海南岛的五指山地形有关;海南岛东南部地区暴雨发生频次与西南部地区暴雨发生频次呈正相关,相关系数为0.36,通过了95%水平的信度检验;海南岛东南沿海地区暴雨大值区的秋季暴雨日数多(少)且秋季降水量大(小)年份对应整层东风(西风)异常,且低层在海南岛及其西部地区存在气旋式(反气旋式)异常。

2021年中国降水异常气候特征及4次典型极端天气过程分析

2021年,我国天气形势复杂,气候异常性显著,极端事件频发。本文简要回顾了我国主汛期和华西秋雨的异常性特征,并对河南和湖北4次高影响天气过程展开了初步分析。结果表明:(1) 2021年4-10月全国平均降水较常年同期偏多7.8%,其中河南、河北和山西等部分地区偏多1倍以上。(2)在外强迫因子“拉尼娜”异常海温的影响下,副热带高压外围水汽和北方冷空气异常活跃,导致华西秋雨降水量打破1961年以来历史记录。(3)河南“21.7”特大暴雨发生在台风、低涡、切变线和辐合线共同作用的背景下,大量来自西北太平洋的水汽,在低空急流与边界层急流耦合、地形的动力阻挡抬升和热力抬升共同作用下,强降水雨带出现在山前。(4)在有利的多尺度环流背景下,地形与低层风场辐合带的相互作用触发了对流,并使得降水维持在狭长山谷地形区域内,引发随州“8.12”极端强降水。(5)中γ尺度的强对流单体的合并加强导致了武汉两次对流大风事件,中层突然增强的水平风引发了下沉运动,下落后造成地面局地强冷池和地面极值大风。

秋行夏令:2021年10月初北方致灾性持续暴雨及水汽极端性分析

2021年10月3—6日,我国北方地区经历了历史罕见的持续性极端强降水过程,暴雨中心稳定维持在陕西中部、山西、京津冀、辽宁等地南部和山东北部,给上述地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。基于台站观测降水、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料诊断了本次降水过程的极端性。结果表明,本次暴雨过程无论是降水强度、持续时长还是经向水汽输送均表现出典型北方夏季暴雨和大气环流配置特征。上述五省二市区域平均的过程累计雨量强度远远超过秋季其他暴雨个例,即使在夏季也位列第二。本次过程的极端性与强降水中心稳定在上述地区密切相关。上述五省二市区域平均降水连续4日均超过15 mm,这在秋季历史上从未出现过。除过程的极端性强外,9月山西等地降水异常偏多对10月初秋涝也起到了叠加作用。本次秋涝对应的大气环流呈现出典型的北方夏季主雨季环流型,表现为西太平洋副热带高压(副高)偏西偏北,副高西侧的经向水汽输送异常强盛,同时10月4—6日北方地区发生一次强冷空气过程,冷暖气流交汇在上述地区。水汽收支计算表明,本次过程的经向水汽输送强度为秋季历史之最,甚至超过了盛夏时期北方大部分暴雨过程水汽输送强度。上述分析结果表明,即使在仲秋时节亦可产生有利于北方极端持续暴雨的环流形势和水汽输送,并导致秋涝发生。

与海南岛秋季暴雨有关的一类热带中尺度涡旋的动力学分析

对惯性重力内波方程组分别通过线性和非线性求解探讨造成2010年10月海南岛一次特大暴雨中一类热带中尺度涡旋生成发展的动力、热力机制,研究发现:(1)在副热带高压和大陆冷高压南侧反气旋性纬向水平风切变大值区、静力不稳定大气层结、积云对流潜热释放、低空急流、适当强度的冷空气有利于热带中尺度涡旋的形成和发展;(2)非线性惯性重力内波的孤立波解与这类热带中尺度涡旋有很好的联系,在静力不稳定的大气层结下,热带中尺度涡旋的形态主要由对流凝结潜热加热所决定,即潜热加热下的孤立波解要求热带中尺度涡旋在垂直方向是一个浅薄的涡旋系统;另外强盛的对流凝结潜热对热带中尺度涡旋垂直运动振幅的增强起主要作用,更有利于涡旋的发展和维持。基于天气事实分析的理论研究为深化影响海南的热带中尺度涡旋乃至南海中尺度对流系统的机理认识进行了探索。

海南岛不同强弱秋汛期暴雨的环流形势和动力特征分析

基于天气学诊断分析方法,对2000年10月11—14日、2010年10月1—8日和2003年10月4—5日、2005年10月10-11日4次不同降水强度的秋汛期暴雨过程进行了对比分析,研究结果表明:不同强度秋汛期暴雨过程的降水分布和高低层天气系统配置具有相似性,导致秋汛期暴雨出现强度差别的主要原因是天气系统强度、位置的差异。秋汛期暴雨强个例中,南亚高压中心位于海南岛上空,辐散强度是弱个例的2~3倍,南海热带低值系统相对更强,位置偏北,副高偏弱主体退缩至海上。南海中北部出现偏东风低空急流是秋汛期暴雨过程中最显著的环流特征。在不同强度的降水个例中,急流的分布形态、强度存在明显差别。强个例中低空急流的急流核强度、长度、厚度,以及急流核上方的风速梯度均远大于弱个例,且水平风随高度顺时针旋转现象十分显著,出现强的暖平流。此外,最强降水日中强个例的低空急流核位于海南岛东部近海上空,在水平方向上稳定少动,垂直方向和风速上则脉动剧烈。弱个例的急流核在水平方向上东西振荡明显,在垂直高度和风速上变化很小。秋汛期暴雨强个例的水汽主要由偏南风、偏东风和东北风3支气流输送而来,既有经向输送也有纬向输送,弱个例的水汽以经向输送为主,多为偏东气流所致。

微物理过程和积云参数化方案对海南岛秋季暴雨模拟的影响

利用WRF(ARW)V3.6模式模拟了2010年10月5—6日发生在海南的一次秋季大暴雨过程,从降水、风场、反射率和云结构等方面分析WRF模式中3个积云参数化方案(KF,BMJ,Tied Tke)和4个微物理参数化方案(Lin et al,WSM5,WSM6,Thompson)对海南岛秋季暴雨模拟的影响。结果表明:此次秋季暴雨过程模拟对不同的积云参数化方案和微物理参数化方案组合是比较敏感的,不同的积云参数化方案和微物理参数化方案组合通过调整温湿场结构,从而影响模拟降水的时间、强度和落区。对比发现,Thompson微物理方案的组合对于降水量级的模拟更为敏感,能较合理的描述暴雨发生发展过程中的水汽输送、热力和动力条件,并通过影响雨水混合比和云水混合比的高度和大小从而影响降水。其中Thompson微物理方案和Tied Tke积云方案的组合能较好的模拟出本次暴雨过程的特征,与实测最为接近,该组合模拟的最大垂直速度和反射率区与最大云水混合比对应。另外,积云方案和微物理方案的选择不影响水汽混合比的模拟。

基于WRF模式的陕西两次区域性秋季暴雨的数值模拟

2005年陕西秋淋天气明显且偏晚,通过WRF模式对秋淋期间的两次区域性暴雨模拟结果显示,暴雨雨带走向、强降雨中心位置以及强降水出现的时间段等都与实况基本吻合,预报时效可达36—48小时;模式能成功地模拟出暴雨的主要影响系统和不同时段的风场演变变化。分析表明,利用该模式可以对不同类型暴雨进行机理分析和研究,能够作为未来客观预报陕西转折性天气和暴雨天气一种新的技术手段和工具。

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析,制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征,应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论,分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响,10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨,10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽,大气强烈增温增湿,对流不稳定度增大,湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放,产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1<0且MPV2>0,冷锋影响期间MPV1>0且MPV2<0,都有利于倾斜涡度发展,增强了上升运动。

海南岛秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对海南岛2000年和2008年两次秋季暴雨的特性和影响系统的分析发现:暴雨的发生、维持和消失主要与大陆冷高、南海低值系统、热带云团活动密切相关,暴雨一般与华南沿海的低空偏东风急流相伴。对流层中层正差动涡度平流和副高南侧的暖平流破坏了海南岛及邻近区域的准地转平衡,动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强。对流层中层干冷空气的侵入,正的差动假相当位温平流加剧了大气层结的不稳定,强的风垂直切变更促使对流上升运动的发展,这对暴雨局地的再增强起到了重要作用。可以综合提出海南岛秋季暴雨天气的预报着眼点,为海南岛秋季暴雨天气潜势预报和临近预报提供线索。

广西秋冬季暴雨天气分型及基本特征

利用1980—2016年站点观测数据和NCEP再分析资料,对秋冬季广西暴雨进行天气学分型,并用合成分析方法给出了各类暴雨的天气形势特征。结果表明:广西秋冬季暴雨可分为台风类、切变类和副高边缘类3类,其中前两类暴雨发生次数最多,主要发生在9—10月。高低空系统配置显示秋冬季暴雨发生时,对流层上层都伴有较强的高空急流,而对流层中低层的影响系统不尽相同;暴雨期间,前两类暴雨副高减弱东退,第三类暴雨副高则加强西伸;3种类型暴雨在水汽、热力、动力及形成机制方面也各有异同,但与汛期暴雨相比,各类暴雨的主要影响系统位置稍有差异,无论是水汽条件,还是动力条件,秋冬季暴雨比汛期暴雨要求都高,其中副高边缘类暴雨在不同季节差异最为明显。

致洪暴雨预报模型应用研究

通过普查、分析黄河花园口站洪峰流量大于等于4000m3/s的黄河中游8次洪水过程,着重分析了洪水过程中小花间区域致洪暴雨发生前的天气学特征,归纳出造成小花间洪水过程的天气形势主要有鞍型场和台风倒槽两大类型,并建立了相应的500、700hPa高度场模型和热力、水汽条件诊断模型及动力条件物理量诊断模型,并采用相似离度进行入型判别。该预报模型在2003年预报业务试验中,对黄河秋汛期间发生在小花间区域的致洪暴雨过程进行了较为成功的预报。

秋冬季远距离台风海南岛暴雨特征及概念模型

通过对1960-2013年在越南登陆或登陆前停编后海南岛出现暴雨的秋冬季台风历史个例的分析,结果表明:秋冬季台风中有47%是南海台风,台风登陆越南或在登陆前停编时的纬度介于11.3°N-20.6°N之间,其中15.0°N-15.9°N最多(23.5%),而19.0°N-19.9°N没有满足条件的台风;秋冬季暴雨出现的主要时段为9月下旬-10月下旬,其中10月中旬暴雨日最多(23.8%);秋冬季暴雨落区集中在海南岛东部、中部和北部内陆地区,琼中县最多(12.7%),西部沿海地区明显偏少;秋冬季暴雨的主要影响系统是热带低值系统(台风或低压环流)、东路或西路冷空气;低空急流和暴雨落区密切相关,暴雨区一般位于低空急流左前侧和切变线南侧;海南岛东北部暴雨偏东风低空急流位于两广南部;东中部暴雨偏东风低空急流位于两广南部至海南岛北部;西南部暴雨东南东风低空急流位于海南岛北部,同时南海存在西南风低空急流;西北部暴雨两广南部有东北东风低空急流;全岛性暴雨两广南部至南海中部为广阔的偏东风低空急流区。

2014年湖北深秋大范围暴雨天气过程分析

利用NCEP再分析资料、常规观测资料、雷达卫星数据，对2014年10月27～30日湖北省出现的一次罕见的深秋季节大范围暴雨天气过程进行了分析。结果表明，这次过程平均小时雨强约2～5mm，合适的雨强配合较长的持续时间最终导致暴雨的发生；过程期间湖北上空500hPa呈西低东高的形势，副高较历史同期偏强、位置偏北，阻挡小槽东移，导致降水持续较长时间；这种形势也导致低空急流发展强劲，为暴雨区输送充沛的水汽，暴雨站数最多的28日湖北上空南风急流也最强，分别为700hPa22m／s、850hPa16m／s、925hPa12m／s。850和925hPa南风急流还受到北侧东风急流的阻挡，利于低空形成较强的水汽辐合。高空分流场与高空急流入口区南侧2种辐散作用叠加，导致较强的高空辐散，与低空辐合相配合出现了深厚的上升运动，这对于形成合适的雨强也起到了重要作用。中空西南水汽通道将孟湾水汽输送至暴雨区，低空偏南水汽通道将南海水汽输送到暴雨区；过程期间湿层深厚，200hPa至地面均为饱和湿层，湖北中东部暴雨区可降水量为40mm以上，大暴雨区的可降水量约为45mm以上；最强降水日的露点值700hPa4℃、850hPa10℃、925hPa11℃。过程期间云团和回波具有“列车效应”，但强度不及夏季的中尺度系统；回波组合反射率一般为35～40dBz，10dBz回波顶高在8～9km，回波具有低质心特点。

福建一次秋季暴雨天气过程的机制分析

为探讨秋季暴雨的形成机制,利用WRF模式对福建2011-11-08-2011-11-10的大范围暴雨天气过程进行了数值模拟,在验证模拟结果有效的基础上,利用WRF模式输出的高分辨率资料,对其动力和热力条件进行了诊断分析。结果表明,福建秋季暴雨产生在高层西南急流控制、低层热带低压逐渐北抬,且与冷空气相互作用的形势下,具有降水均匀、持续时间长且有明显阶段性的特点。内陆和沿海的降水机制不同,雨带位置与西南急流辐合线、低空急流脉动有着紧密的联系。低层冷平流区和上升运动区相互叠置,低层正垂直涡度区与负散度区叠加,能很好地反映降水落区。正涡度柱和负散度柱对应了最强小时降水,可作为暴雨落区和雨强的指示物理量,为福建秋季暴雨预报提供参考。

1960年以来陕西秋季连阴雨天气的变化特征

利用陕西96个气象站逐日降水资料、国家气候中心提供的74项环流指数以及NCEP／NCAR再分析资料，研究了1960年以来陕西秋季连阴雨天气的时空变化和成因。结果表明，陕西秋季较易发生8日以上连阴雨过程，大部分地区8日以上连阴雨过程降水量占秋季降水总量的60％以上。1960年以来，4-7日连阴雨过程的次数在增加，8日以上连阴雨过程的次数明显减少，特别是1985年以后，8日以上连阴雨过程的次数明显低于多年平均值，这一时期的连阴雨过程平均持续时间和降水量也显著减少。陕西秋季连阴雨过程的暴雨频次和强度具有明显的阶段性起伏，1977-1981年和1987-2002年秋季的暴雨强度和频次明显低于多年平均值，近年来开始增加，2011年秋季陕西共计发生暴雨150站次，为近52a来最大值。陕西秋季连阴雨中60％以上的降水和82．50％的暴雨发生在9月。从9月西藏高原指数、亚洲经向环流指数和西太平洋副热带高压西伸脊点指数与陕西秋季连阴雨天气时间演变的比较来看，这3项环流指数一定程度上可以解释陕西秋季连阴雨天气的年际变化。但是影响陕西秋季连阴雨过程的因素比较复杂，对其变化规律和发展机理还需要进一步研究和探讨。