我国南方西南和中东部区域两次持续性低温雨雪过程与关键环流系统的关系研究

利用NCEP再分析资料和国家气象信息中心提供的753站逐日气温和降水资料,对比分析了我国南方西南和中东部区域两次持续10 d以上的低温雨雪过程,结果表明:(1)两次过程中欧亚大陆中高纬东亚大槽均加深,但环流形势有差异。西南过程呈现"北高南低"形势,关键脊区在贝加尔湖,而中东部区域过程"北高南低"和"西高东低"形势共存,关键脊区从乌拉尔山延伸至贝加尔湖。两次过程异常的环流与北大西洋向东传播的波列有关。(2)西南过程关键脊区提前过程3 d发展并东移至贝加尔湖,形成稳定形势;而中东部区域过程关键脊区提前过程一周发展,在开始日达最强。两次过程均伴随蒙古高压东移南压使地面降温,500 hPa关键脊区超前蒙古高压2 d变化。西南过程降温主要受到冷平流和绝热冷却影响,而中东部区域过程主要受到冷平流的影响。(3)西南过程水汽来自孟加拉湾,只受南支槽支配。中东部区域过程水汽来自孟加拉湾、南海和西太平洋,由南支槽和西太平副热带高压的共同影响。两次过程水汽正收支主要来自南边界。

基于客观识别的冬季南支槽强度年际变化及其与南方降水的关联性

利用欧洲中心ERA-Interim逐日再分析资料,基于南支槽客观识别方法定义了一个南支槽强度指数,并结合格点降水资料,对1980—2019年冬季南支槽强度的年际变化特征及其与中国降水、大气环流和水汽输送的联系进行了研究。结果表明:(1)南支槽强度变化主要呈准4年周期。(2)赤道中东太平洋海温是影响南支槽年际变化的一个重要因素,与南支槽强度有很强的负相关关系,其中Nino 3区的海温变化对南支槽强度的影响更显著。(3)南支槽偏强年从云南南部到华南一带降水量较常年偏多,其中广东、湖南和江西南部至福建一带降水量较常年偏多30 mm以上;南支槽偏弱年西南至华南一带降水较常年偏少,其中广东、广西东部降水量较常年偏少30 mm以上。(4)南支槽偏强年时存在两支异常水汽输送路径,一支为从赤道以北至10°N,从60°E延伸至菲律宾附近的异常强西风水汽输送带;另一支位于20°N附近,由南支槽的槽前西南气流将孟加拉湾地区水汽输送到我国境内,是冬季西南与华南的主要水汽通道。

能量转化视角下一次引发冬季区域强对流的南支槽研究

2020年1月24—25日广西出现一次罕见区域性强对流,过程伴随近20年最大范围冰雹天气。南支槽异常发展东移是此次过程的扰动背景,提供了必要的热动力及水汽条件。基于波作用通量及多尺度能量诊断方法,利用常规观测资料、风云卫星资料、NCEP/NCAR以及ERA5再分析资料,从能量转化角度对此次引发区域强对流的南支槽过程进行研究。结果表明:整个过程中纬度和副热带西风急流均较历史同期偏强,有利于上游扰动向下游传播。欧亚大陆上空存在南北两支活跃Rossby波列。源自地中海一带的南支副热带西风急流Rossby波列对南支槽起到主要调控作用,Rossby波能量沿急流频散并在南支槽区辐合,促进了南支槽发展东移。源自北大西洋阻塞高压内部的北支Rossby波列则起到协同作用,促进了乌拉尔山冷槽发展及其与中东槽合并,从而增强了南支波列向下游的传播,进一步增强南支槽;天气尺度有效位能向天气尺度动能的转换以及由背景场向天气尺度的动能输送是南支槽天气尺度扰动发展的主要贡献项。动能的平流输送将获得的天气尺度动能在空间上再分配,维持南支槽稳定发展东移。在此背景下,天气尺度向对流尺度的降尺度动能串级是区域强对流最主要能量源,同时对流尺度有效位能向动能的稳定转换促进了中低对流层的对流扰动发生发展。

冬半年青藏高原绕流与中国降水和气温的关系

冬半年中纬度西风带在青藏高原地区产生南北两支绕流,即动力性的南支槽和北支脊,这样的绕流对其周边及下游天气气候有重要影响。本文先分别用600 hPa动力性的南支槽和北支脊各自所在的关键区域的平均涡度与多年平均涡度的差异,表示南支槽和北支脊的强度,然后直观地将南支槽和北支脊强度之差定义为高原绕流强度指数,利用相关分析和合成分析等方法,讨论高原绕流在冬半年平均(10月至次年4月)、秋季、冬季和春季的演变与中国降水和气温的关系。结果表明:高原绕流在冬半年10月至次年4月期间定常的存在,年际变化明显,冬季最强。全球变暖背景下,各时间段绕流强度的变化与中国西北、西南和华南部分地区的降水和气温的关系明显,特别是在冬季。降水关联性最好的是中国西南地区和华南地区,与西北、西南和东北地区的气温变化关系明显。探讨各时间段各层的大尺度大气环流和水汽通量散度、垂直速度等物理量的异常场,亚洲大部分地区自下而上的正压性特征显著,可以很好地解释各时间段高原绕流的异常与中国降水和气温关系。绕流的异常也可能是引发中国冬半年期间高影响天气的原因之一。

一次云南干季极端暴雨成因分析

利用NCEP再分析资料、常规及非常规气象观测资料,综合分析2015年1月9日云南干季极端暴雨天气过程.结果表明:深厚的南支槽、低空切变线及地面冷锋共同作用导致此次过程;强位相热带季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)处于“湿窗口”期,对水汽输送及对流发展有指示作用;南支槽前西南低空急流输送充沛水汽,暴雨落区与水汽强辐合区基本一致;高低空急流耦合,云南处于高空急流次级环流上升支,受锋面抬升,锋区次级环流上升支与高空急流次级环流上升支叠加,形成极强的上升运动;西南低空急流输送不稳定能量,滇西南暴雨区以强对流天气为主,滇中暴雨区以稳定性降水为主;结合稳定度参数的综合分析,有助于判断云南干季强对流天气落区.

冬季华南降水年际变化的环流特征及对前期海面温度异常响应

利用我国160站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及英国哈德莱中心的海表面温度资料,分析了华南冬季(12月至次年2月)降水年际变化的大气环流特征以及对前期海面温度(Sea Surface Temperature,SST)异常的响应。结果表明,东亚高空急流异常偏南(偏北),东亚大槽减弱(增强),天气瞬变扰动和南支槽加强(减弱),来自孟加拉湾和南海的西南风在华南形成异常辐合(辐散),从而有利于该地区降水异常偏多(偏少)。ENSO型SST异常不能完全解释华南降水异常年南支槽和低层环流特征,进一步研究表明,导致华南降水异常的南支槽和低层风场变化与热带印度洋和赤道西太平洋SST异常关系更为密切。由前期热带印度洋和赤道西太平洋构建的SST指数和华南冬季降水相关达到0.44,两者相关系数在SST指数超前1个月时达到最大,对华南冬季降水具有一定潜在预报意义。

南支槽与孟加拉湾风暴结合对一次高原暴雪过程的影响

利用NCEP/NcAR逐6 h 1°×1°。再分析资料与常规和非常规观测资料,对2007年11月云南德钦高原暴雪产生的原因进行了研究,探讨南支槽与孟加拉湾风暴结合对高原东南部强烈天气的影响过程。结果表明:(1)在南支槽和孟加拉湾风暴结合的天气尺度条件下,槽前偏南风低空急流受高原大地形阻挡产生的高原切变线是高原暴雪的直接影响系统;(2)由于地形和冷空气的作用,上升运动向北倾斜使高原对流层中上层首先出现上升运动,整层上升运动在高原切变线和次级环流上升支的共同作用下强烈发展。孟加拉湾风暴北上与南支槽结合、高原切变线北移和风暴低压临近使德钦上升运动出现三次增强;(3)南支槽前偏南风低空急流向北输送水汽,部分水汽被抬升到高空,部分水汽绕过高原东南角向下游输送。高空水汽经高原上空沿着高空西风急流向下游远距离输送。高、低空水汽通道不重合往往会影响高原及其下游强降水落区的预报。受高空水汽输送影响,高原东南部纵向岭谷区具有高层大气最先增湿的特征,近地层水汽通量长时间强烈辐合有利于高原暴雪的形成;(4)上游冷空气沿南支西风到达孟加拉湾,促使南支槽加深和维持有利于引导盂加拉湾风暴北上,南支槽前偏南风低空急流把暖湿空气输送上高原,同时横槽转竖冷空气从高原南下,冷暖空气在德钦交汇形成强锋区也是暴雪产生的一个有利条件。(5)高原暴雪的锋区结构具有中纬度锋面天气特征,在暴雪发生的锋区附近,满足倾斜位涡发展和条件性对称不稳定。

中国南方2008年1月罕见低温雨雪冰冻灾害发生的原因及其与气候变暖的关系

2008年1月中国南方发生的低温、雨雪、冰冻灾害不是一个局地或地区性现象,它是同期发生的亚洲大范围冰雪灾害链中的一环,在影响范围和灾害程度上是最严重的一环。它有3个主要特征:(1)降雪、冻雨和降雨3种天气并存,冻雨是导致南方致灾的主要原因;(2)低温、雨雪、冻雨天气强度大,根据中国国家气候中心和南方各省气象部门的统计及分析,有8项气象要素打破同期中国历史记录;(3)低温、雨雪、冰冻天气持续时间长,破历史记录。这次低温、雨雪冰冻灾害形成的原因不是单一的,是多种因素在同一时段,同一地区相互配合和迭加的结果,其中La Nina事件是灾害发生的气候背景,它为雨雪冰冻天气提供了冷空气侵袭中国南方的前提条件;欧亚大气环流异常持续性是造成冷空气不断侵袭中国南方的直接原因;孟加拉湾和南海地区暖湿气流的北上是大范围冻雨和降雪形成并持续在中国南方的必要条件。

春季南支槽的年代际变化及其与降水、大气环流的关系

由于春季青藏高原动力作用在其南侧形成南支槽,南支槽年代际变化的异常,可能与中国降水异常有密切的关系。利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国596个测站月降水资料,采用突变检验、合成分析等方法,分析了1950 2014年春季南支槽的强度和东、西位置的年代际变化特征,探讨了两者与同期中国降水年代际异常及环流背景场的关系。结果表明:春季南支槽的强度和位置都具有显著的年代际变化特征,南支槽强度在20世纪70年代末期有一次强弱突变过程,位置在90年代初期发生了明显的由东向西移动的转折,分别选取强度和位置突变前后的时间段进行分析,得到春季南支槽强度突变前(后),南支槽越强(弱),位置突变前(后),南支槽越偏东(西),会出现黄河流域、长江中下游及其以北和以南的大部分地区降水偏多(少),而青藏高原及其周围地区降水偏少(多)的现象,从两者突变前后与大气环流、垂直运动和水汽条件的显著关系能够合理地解释突变前后降水差异的原因。在此基础上,总结了春季南支槽年代际尺度与中国降水、大气环流的概念模型,可为中国春季的气候变化和气候预测提供更多的科学依据。

春季南支槽变化特征及其与降水和大气环流的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,结合国家气象信息中心提供的1961-2007年4月中国596个测站月降水量资料,采用小波分析、相关分析和合成分析等方法,定义了春季南支槽强度指数和东、西位置指数,讨论了近60年两个指数的变化特征及其与中国同期降水和大气环流的关系。结果表明,春季南支槽总体呈强度减弱、位置逐渐西移的趋势。春季南支槽强度指数值越小(大),则南支槽越强(弱);春季南支槽位置指数值越大(小),则南支槽位置越偏东(西),出现长江中游及其以南部分地区降水越多(少),而西南的部分地区降水越少(多)的现象。另外,对两个指数与大气环流的关系分析表明,强度指数和位置指数与环流的关系比较显著,能够合理地给出中国降水差异的原因。

低纬高原两次冬季南支槽强降水的对比分析

利用常规高空观测资料,对发生在云南低纬高原2007年1月31日—2月1日和2008年1月26—27日的两次南支槽强降水过程进行对比分析。结果表明,两次南支槽降水的环流形势及影响系统均不同,前者为高原南支槽前西南暖湿气流与低层切变、冷锋共同影响,属典型的"槽潮"天气;后者无明显强冷空气配合,因中低层西南急流的建立并长时间维持,新生南支槽东移补充、西南涡及静止锋的共同影响造成。物理机制上,湿位涡的CSI机制分析表明,两次过程均属于对称不稳定降水;在2007年的强降水过程中,θse密集带在地面锋区附近形成,冷暖气流形成次级垂直环流圈,导致强降水强降温并伴有大范围降雪的寒潮天气出现。后者无次级垂直环流圈形成,但有两个θse密集带锋区长久维持,滇中以西持续的上升气流不断增强且深厚,滇中以东中低层形成有弱的气流辐合带,故强降水以液体降水为主,降温不明显;两次强降水过程均有锋生,前者锋生是由切变增强西移,低层冷高压促使冷锋增强,后者锋生为东移西南涡与稳定持续的强劲西南风低空急流触发而成。

2009/2010年冬季云南严重干旱原因的进一步分析

为了揭示2009/2010年冬季云南出现严重干旱灾害的原因,本文利用NCEP/NCAR再分析资料以及云南省台站降水资料计算得到的云南冬季降水指数,讨论了在北半球冬季(12～2月)北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,简称NAO)和云南省降水(旱涝)之间的联系。分析结果表明,在1961/1962～2009/2010年间的49个冬季,冬季平均的云南降水指数和NAO指数的相关系数为0.373(超过95%信度),表明NAO和云南省冬季降水之间存在着一定的联系。云南省冬季降水指数和北半球300hPa位势高度异常场之间的回归结果表明,和云南冬季降水联系紧密的环流系统可分为南北两个主要部分:南支槽波列和贝加尔湖高压脊系统。研究表明,NAO可以通过在亚—非副热带急流中传播的准定常波列以及波的反射分别影响这两个系统。因此,NAO和云南冬季降水之间存在一定的联系。同时,我们的结果还表明NAO和云南冬季降水之间的关系还受ENSO事件的调制。在ENSO为暖位相的冬季,NAO和云南降水关系更为紧密,而在ENSO为冷位相的冬季,NAO和云南冬季降水的联系则不太显著。

冬半年副热带南支西风槽结构和演变特征研究

南支槽是冬半年副热带南支西风气流在高原南侧孟加拉湾地区产生的半永久性低压槽,本文从气候学角度探讨其结构和演变特征。结果表明：（1）南支槽10月在孟加拉湾北部建立,冬季（11-2月）加强,春季（3-5月）活跃,6月消失并转换为孟加拉湾槽;10月南支槽建立表明北半球大气环流由夏季型转变成冬季型,6月南支槽消失同时孟加拉湾槽建立是南亚夏季风爆发的重要标志之一。（2）南支槽在700 hPa表现明显,其槽前干暖平流的输送有利于昆明准静止锋形成和维持,槽后冷湿平流也与孟加拉湾冷涌关系密切。（3）冬季辐散环流下沉支抑制了南支槽前上升运动的发展,这时低层辐合,中层辐散,南支槽前上升运动一般只伸展到对流层中层600 hPa左右。春季随着辐散环流减弱,东亚急流入口区南侧辐散中心的出现使得垂直运动向上迅速伸展。（4）从气候平均看冬季水汽输送较弱,上升运动浅薄,无强对流活动,南支槽前降水不明显,雨区主要位于高原东南侧昆明准静止锋至华南一带。春季南支槽水汽输送增大,同时副高外围暖湿水汽输送加强,上升运动发展和对流增强,南支槽造成的降水显著增加,因此春季是南支槽最活跃的时期。

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析--Ⅰ：亚非副热带急流低频波

在中期时间尺度上分析了2008年1月10～16日我国南方雨雪过程特征及其可能机理,得到了以下结果：1）3个环流系统的演变过程相互匹配,共同造成了此次雨雪过程,它们分别为南支槽在我国南方地区的形成和加深、西太平洋副热带高压的北扩以及叶尼塞地区高压脊的东扩南侵;2）源自东北大西洋和西欧的Rossby波能量沿亚非副热带急流向下游传播,导致南支槽在我国南方地区形成和加深;3）与西太平洋副热带高压北扩所对应的异常环流中心,其实质为副热带急流扰动,来自上游南支槽区的Rossby波能量频散是其形成维持的主要原因,它也受来自贝加尔湖地区及热带西太平洋对流区的Rossby波能量的影响;4）亚非副热带纬向基本流制约着其一系列异常环流中心的纬向联系,里海冷堆及异常中心的形成恰好对应着南支槽在我国南方地区的加深和西太平洋副热带高压的北扩。

南支槽对西南高原地区冬半年日降水的影响

中国大陆地区主要受季风影响,冬半年(11月至翌年4月)的降水很少,在冬季南支槽(SBT)是影响中国降水的主要系统之一。为了评估SBT对中国冬季降水的影响,对1981 2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用客观方法识别了SBT的活动,对中国区域的逐日降水数据利用SBT的降水距平百分率,评估了SBT对不同区域的影响。结果表明,冬半年南支槽对降水影响最显著的区域为青藏高原和云南地区,有南支槽活动日的降水比无南支槽活动显著增加。对中国华南地区、东北地区和新疆地区,南支槽活动日较冬半年平均降水减少;南支槽影响区域的站点前50强降水日数的南支槽位置分析表明,当南支槽影响降水主要为青藏高原区域,南支槽更多地位于80°E附近,而75°E以西和85°E以东的南支槽活动偏少;当南支槽产生强降水主要为云南区域时,南支槽主要活动区域在90°E以东;南支槽位于不同位置时,其降水影响区有较大差异:当南支槽位于80°E以西,降水影响区主要位于西藏西部;南支槽位于80°E 90°E之间,降水影响区主要位于西藏中部、青海中南部地区和云南西北部地区;南支槽位于90°E以东,降水增加地区主要位于西藏中部地区、青海东部和云南。

江淮地区两次持续性强降雪过程大气环流及低频特征

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和地面观测资料,对比分析了2018年1月江淮地区两次持续性强降雪过程的大气环流,研究了中高、低纬度系统(阻塞高压和南支槽)在持续性强降雪过程中的协同作用,探讨了阻高指数和南支槽指数正负位相的低频波动对中长期预报的可参考性。结果表明:(1)两次强降雪过程发生时大气环流持续异常,极涡呈"偶极型",中高纬度阻塞形势明显,地面冷高压强大,有利于强冷空气南下;低纬度副高、南支槽维持,有利于暖湿气流向江淮地区输送;冷暖空气交汇,出现明显的中高、低纬度系统协同作用;(2)强降雪过程主要是由中高纬度系统尤其是阻塞高压稳定维持和低纬度的南支槽相互配合造成的,两次过程均发生在阻高偏强、南支槽偏强且位势高度峰区和谷区相叠加的时间段;(3)两次持续性强降雪过程中,极涡位置、阻高和南支槽强度以及低层水汽条件、垂直环流等方面存在一定的差异,使得两次过程的降雪范围、强度和类型具有不同特点;(4)阻高异常偏强(弱)或南支槽异常偏强(弱)有(不)利于持续性降雪过程发生;持续性强降雪发生时阻高和南支槽的差值指数(UI-STI)具有明显异常偏高的特征,对强降雪过程预报具有一定的指示意义;(5)阻高和南支槽指数具有显著的10~30天低频变化特征,其正负位相的低频波动可提前两周以上,为强降雪过程预报提供参考。

云南冬季一次强降水天气过程的模拟与分析

利用MM5中尺度非静力模式对2003年1月5～6日发生在云南省的强降水天气过程进行了数值模拟分析。结果表明：（1）偏南低空急流是造成冬季暴雨的主要影响系统，低空急流上的扰动导致一个相对大的风速核从急流主体分裂东移，风速显著加大，风向呈气旋性弯曲，引起低层涡度增加，产生强的辐合上升运动。（2）低空急流的形成和移动与中层南支槽的关系较为密切，南支槽前的辐散为低空急流的形成提供了启动机制。（3）强降水天气出现在冷暖空气交汇的区域，锋生强迫作为暖湿气流上升的强迫机制之一，对强降水的形成起着不可忽视的作用。（4）水汽条件的分析表明，暴雨区的水汽主要由低层水汽辐合来提供。

2008年和2011年年初贵州低温雨凇分析

2008年1月和2011年1月,贵州遭遇了历史罕见的低温雨雪冰冻灾害,这2次灾害过程具有降温幅度大、持续时间长、影响范围广、冰冻灾害重等特点,对农业、交通、电力、通讯都造成了严重的影响,经济损失严重。文中分析了2次灾害的实况、可能成因及其影响。结果表明:(1)2次冰冻灾害都受拉尼娜事件的影响;(2)欧亚1月阻塞形势的异常发展和大气环流形势持续稳定;(3)中亚、西亚低值系统活跃,来自孟加拉湾和南海(印缅槽)的大量暖湿空气向北输送。西太平洋副热带高压脊线明显偏北、面积偏大、强度偏强等是造成2008年1月贵州雨凇灾害的主要原因。拉尼娜事件的影响和欧亚阻塞异常偏强以及印缅槽出现持续的大量暖湿空气的向北输送是造成2011年1月贵州雨凇灾害的主要原因。但2011年1月副高偏弱,中亚、西亚低值系统活跃也不如2008年1月明显,所以低温雨雪冰冻强度和范围都小于2008年1月。

东印度洋海温对中国南方冬季降水的影响

利用NCEP再分析的大气环流资料、海表温度资料和全国160站降水资料,研究了冬季东印度洋海温对我国江南-华南地区同期降水的影响。结果指出,冬季东印度洋海温(Sea Surface Temperature in theEastern Indian Ocean,EIOSST)和同期的江南-华南降水呈显著的正相关关系。当EIOSST偏高时,江南-华南的冬季降水偏多。而当EIOSST偏低时,江南-华南的冬季降水偏少。这种影响的可能机制是:冬季东印度洋海温异常通过影响南支槽上的扰动活动和水汽输送来影响同期的江南-华南降水。当东印度洋海温偏高时,局地对流加强,引起南支槽地区的上升运动加强,南支槽活跃。活跃的南支扰动向下游传播,南支槽前的西南气流将水汽从孟加拉湾向华南和江南输送,引起华南和江南的降水偏多。进一步的分析显示,东印度洋海温对南支槽和江南-华南的降水的影响独立于ENSO的影响。二者对南支槽和江南-华南地区冬季降水的影响过程一致,只是东印度洋海温的影响较弱。当东印度洋海温和ENSO的作用相叠加时,江南-华南可能会出现较异常的冬季降水。

两次冷空气过程对西北太平洋海况影响的对比分析

利用NCEP FNL、ECMWF的预报资料、NMWW3(Multi-grid WAVEWATCHⅢ)模式的后报海浪资料和JMH气象传真,对2010年1月东亚的两次冷空气过程进行了对比分析,详细分析了天气形势和对西北太平洋海况的影响,揭示了影响程度差异的本质。对比分析表明:长波槽在东亚大槽气候位置的维持有利于西北太平洋发生恶劣海况;孟加拉湾上空南支槽的增强,下游半个波长处副高脊增强,进一步加强我国东部地区500 hPa上的西南气流,造成冷空气南侵减弱;EC-MWF对两次冷空气过程高低空96 h和168 h形势预报准确,240 h的海平面形势预报也有较高的参考价值。