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.

中国大陆降水时空变异规律——I.气候学特征

为系统了解大尺度降水气候特征,利用2 300多个国家级气象站逐日观测资料,分析了中国大陆1956—2013年多年平均降水的空间分布和季节性变化规律。主要新认识有:1暴雨量、暴雨日数和暴雨强度最高的站点在华南沿海,而小雨量、小雨日数最多的站点主要在江南内陆山区、丘陵;东部季风区山地、丘陵多出现低强度降水,平原和沿海易出现高强度降水;2四季降水量均由西北内陆向东南沿海递增,南方秋季降水量明显小于春季,但华西和江南沿海秋季降水量较多,冬季降水在东南丘陵出现高值中心;3珠江和东南诸河流域降水量年内存在2个峰值,其中珠江流域有6月主峰值和8月次峰值,东南诸河流域主峰在6月中下旬,次峰在8月末,长江流域总体表现为单峰型,出现在6月下旬和7月初,西南诸河流域和北方所有流域降水均表现为夏季单峰型;4南方各大河流域从2月末到6月中下旬陆续进入雨季,北方各大河流域进入雨季时间集中在6月末、7月初;南、北方雨季结束时间比雨季开始时间集中,从南到北进入雨季时间持续120 d以上,而从北到南退出雨季时间则仅持续不到45 d;5丰雨期的持续时间,珠江流域从5月初到9月上旬后期,东南诸河从5月上旬到7月上旬,8月末到9月初再度短暂出现,长江流域从6月中下旬到7月中旬,西南诸河从7月中旬到8月下旬,淮河流域从7月上旬至7月底、8月初,辽河流域在8月初出现极短丰雨期;6降水年际变异性最高的站点在青藏高原西南、塔里木盆地、阿拉善高原、华北平原北部和汾河谷地,海河流域年降水具有最大的变异系数。

广东省前汛期暴雨与500 hPa关键区准双周振荡

采用小波分析、功率谱和交叉谱分析、Lanczos滤波等方法探讨了1961—2008年广东省前汛期暴雨的变化及与影响广东省前汛期降水的500 hPa关键区准双周振荡的关系。结果表明:20世纪90年代以来,广东省6月发生暴雨的日数明显增多,强度增强;但90年代后期以来,前汛期暴雨的总日数却减少;前汛期暴雨总日数具有较明显的准6～7年周期振荡。广东省前汛期暴雨量占总降水量的37.7%,它与总降水量呈显著正相关。广东省前汛期降水与500 hPa关键区在大多数年份均存在显著的准单周、准双周振荡。虽然它们也存在30～60 d振荡,但不显著。500 hPa关键区与广东省前汛期降水在准双周振荡尺度上关系最密切,振荡超前或滞后的时间差在2 d之内。统计近48年4—6月500 hPa关键区准双周振荡波谷前后3 d(个别4 d)广东省暴雨出现的概率为79%。采用典型个例的合成分析,得到500 hPa关键区准双周振荡波谷附近有、无暴雨出现的大气环流场演变具有明显差异,可为广东省前汛期暴雨的中期预报提供参考。

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水II.空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分(郑彬等,2006)得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期,计算出1958-2000年华南前汛期锋面降水量(强度)和季风降水量(强度)的序列,采用EOF和扩展EOF分析方法,得到华南前汛期降水的几个主要分布型,并探讨锋面降水与季风降水的可能联系。分析结果表明:华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型——全区旱涝型、西南涝(旱)东北旱(涝)型、东南涝(旱)西北旱(涝)型。各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势。统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系。

广东前汛期暴雨水汽输送异常变化特征

利用1979—2011年广东省86个测站的地面观测逐日降水资料及NCEP-DOE第二套分析资料,分析广东前汛期及其各月暴雨的水汽输送来源及其异常特征,诊断持续性暴雨过程水汽输送异常随赤道MJO活动的变化。结果表明,从多年气候平均场来看,广东前汛期(4—6月)水汽输送来源主要有孟加拉湾经中南半岛向华南输送(即西南支输送)、源于热带西太平洋随副热带高压边缘气流经南海地区向北输送(即东南支输送)和源于青藏高原西南侧伴随南支西风气流的向东输送(即西支输送)。广东前汛期降水异常变化的水汽输送异常来源与气候平均来源有所不同,前汛期暴雨的水汽输送异常主要是东南支、西支输送的输送异常以及源于我国中低纬度地区随偏北异常气流向南的水汽输送(简称北支输送)异常这三方面,其中北支输送异常主要加强广东区域的水汽通量辐合。暴雨水汽输送异常存在月际变化,西支和北支输送异常是4月、5月、6月暴雨的共同点,另外,5月暴雨还包括西南支、东南支输送异常,6月暴雨则包括东南支输送异常。各月持续性暴雨(持续3 d或以上的暴雨)与非持续性暴雨的水汽输送异常有所不同,4、5、6月东南支水汽输送异常,持续性暴雨比非持续性暴雨明显偏强。6月广东持续性暴雨的西南支水汽输送异常随MJO活动产生一定的变化,在MJO第4、5、6、7位相(8、1、2、3位相),西南支水汽向华南输送偏强(弱)。赤道MJO活动影响西南支水汽输送强度的物理过程,主要是通过改变大气经向热力对比来影响孟加拉湾西南季风强弱变化,从而使该支气流流向华南的水汽输送发生变化。

四川盆地边缘山地强降水与海拔的关系

利用四川盆地1666个站点2011-2015年4-10月的逐小时降水资料及高精度格点海拔高度资料,对降水特征与海拔高度的变化关系进行详细分析,研究发现:(1)汛期总降水量、总雨日、小雨日、中雨日随海拔高度升高而增加,但降水量与雨日随海拔的增长方式并不相同,降水量显著增长区主要集中在200~1200 m,当海拔超过1200 m时降水量迅速减少;大雨日及暴雨日在海拔超过1200 m后也迅速减少。(2)盆地西北部、西南部沿山一带的暴雨日主要由强小时雨强贡献,而盆地东北部的暴雨日主要受持续性降水影响。(3)四川盆地复杂地形对降水的日变化有较为显著的影响,小时雨量及短时强降水频次峰值出现时间均随着海拔高度升高而提前,而短时强降水首次出现时间则随海拔高度升高而推迟。

长江下游地区汛期暴雨气候特征分析

IPCC(1995)第二次科学评估报告指出了极端气象事件变化研究的重要意义[1]。长江下游地区地势低平,往往是我国暴雨洪涝的多发区域,造成严重灾害,因此,研究长江下游地区暴雨的规律具有极其重要的意义。选取了长江下游地区52站1960～2003年逐日降水资料,运用EOF分析将其分为3个分区,采用小波分析,Mann-kendall非参数检验法及趋势系数法等分析方法研究各分区汛期暴雨降水的气候统计特征。结果表明:虽然汛期同为暴雨降水的集中时期,但各分区暴雨降水在汛期降水中所占比重略有差异,暴雨降水量、频次所占比例的空间分布为西区较大、东区和北区略小,暴雨平均强度则西区和北区东部强、其他区域小。同一区域中降水量与频次具有显著的正相关,不同区域间仅暴雨降水量的相关性较好。暴雨降水量44 a中呈现了增加的趋势。各区汛期暴雨具有多重时间尺度的周期变化,暴雨降水量和频次的周期在西区与全区的较为一致,主要是6～9 a的周期振荡。东区和北区有着不同尺度的振荡周期。各区的暴雨降水强度都不同程度地存在着3 a的周期振荡。长江下游地区汛期暴雨降水量除北区外,全区及其他分区的突变时刻均发生在1980年代末～1990年代初这一时期,暴雨降水量在1980年代中期～20世纪末出现了一个增长的过程,北区趋势并不显著。全区暴雨平均强度在突变时刻之后有一个减弱的过程,而西区和北区的暴雨平均强度变化并不显著。

广东省前汛期大到暴雨频数的时空变化特征

利用实测降水量资料研究了广东前汛期大到暴雨频数的时空分布特征,分析结果表明:广东前汛期大到暴雨频数与同期雨量的空间分布具有很好的一致性,基本可以表征前汛期的旱涝程度,通过REOF可将其分为4个区:粤东区、珠江三角洲区、粤西北区和雷州半岛区;前汛期大到暴雨频数的年际变化明显,主要有准2～3 a、6～10 a周期,1985年后各区周期均有缩短趋势,以4～5 a短周期为主;珠江三角洲及以南地区前汛期大到暴雨频数有增多趋势,其中珠江三角洲中心区域增多显著,6月份变化最明显。

湖南汛期区域持续性暴雨环流型与暴雨落区关系

利用1961~2016年湖南省内88个气象台站逐日降水资料和美国国家环境预测中心(NCEP)及国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,根据区域持续性暴雨定义,统计分析了湖南汛期发生区域持续性暴雨典型环流型特征及其与首日暴雨落区配置关系.结果表明:(1)湖南汛期发生区域持续性暴雨典型环流型有两槽一脊、两槽两脊、两脊一槽、纬向波动、台风低压和多涡旋型6类;(2)区域持续性暴雨主要发生在6、7月,其次是5、8月,4月和9月发生概率较小,各类环流型区域持续性暴雨日发生累计频次空间分布特征各异;(3)区域持续性暴雨典型环流型类内500hPa中高纬具有相似共性,均有利于持续引导北方冷空气南下至湖南,但因低纬西太平洋副热带高压强度与形态配置不同,低层850hPa西南季风北伸范围存在差异,导致区域持续性暴雨过程首日暴雨落区南北、东西空间差异明显.

中国雨季的气候学特征

利用中国740站气候平均逐候降雨量对中国的主雨季进行定义，并对雨季（包括主雨季，春雨和秋雨）的气候学特征进行了讨论。结果表明：全国主雨季最早爆发于华南中部，最晚结束于华西地区。主雨季能持续4到14候不等，雨量占年总降水的30％～60％。主雨季在中国东部为季风雨季，自南向北推进；在西部受西风带影响，北方略早于南方，且局地性强。中国雨季具有明显的区域性和阶段性特征。中国气候的夏季降水时间序列主要反映了季节循环特征，但气候季节内振荡（CISO）对东部雨季的持续和推进具有明显的调制作用，其中长江中下游及其以南地区以30-60天周期为主。

华南前汛期持续暴雨环流分型初步研究

采用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和台站观测降水量资料,按一定标准选取了华南前汛期24个持续暴雨过程;并且按基本判据确定逐年华南夏季风降水开始日期。然后依据南亚高压环流型和相对于该年夏季风降水开始的早晚,将这些暴雨过程划分为夏季风降水前、后南亚高压东部型,夏季风降水后南亚高压带状、西部型共4个类型;其中,夏季风后南亚高压西部型次数最多、平均持续时间最长。所有类型持续暴雨的相同点是:广东东北部附近均为暴雨频率和雨量高值区;暴雨期间华南150 h Pa位势高度增加、500 h Pa位势高度减少;华南处在150 h Pa偏西风急流南侧辐散区中;850 h Pa华南沿海有明显的西南气流,低层辐合在华南东北部最明显;两广沿海为可降水量大值区;华南的整层水汽输送主要呈现西南向。不同点是:夏季风后南亚高压西部型平均雨量较小,夏季风后南亚高压带状型与西部型在印度洋上存在明显的偏东风高空急流;夏季风后南亚高压类型在两广沿海的可降水量数值较大。

长江中下游地区汛期暴雨频次的时空分布特征

利用长江中下游地区六省一市1960-2003年81个台站汛期（5～9月）逐日降水资料，统计出了不同台站近44年逐年汛期暴雨事件的发生频次，并进行了时空分布特征分析。结果表明：汛期暴雨事件最频发的区域在皖南到赣北一带，而北部的鄂北和皖北是最少发的区域；一致性异常特征是长江中下游地区汛期暴雨事件发生频次的最主要空间模态；汛期暴雨事件发生频次可分为以下5个主要的空间分型：两湖平原型、北方型、长江沿江型、南方型、沿海型；从长期变化趋势来看，两湖平原型、长江沿江型和沿海型暴雨事件发生频次表现为较明显的增加趋势，南方型基本没有长期变化趋势，但有先降后升的特点，而北方型表现为弱的减少趋势；近44年来暴雨事件发生频次各分区的周期振荡不太一致。

华南前汛期持续性暴雨统计特征及环流分型研究

利用1961—2013年华南区域305个国家级气象台站日降水资料、1980—2013年5—6月NCEP/CFSR再分析资料（分辨率0.5×0.5）等,定义华南前汛期持续性暴雨和暴雨持续日数,分析近53 a华南前汛期持续性暴雨特征及其大尺度环流形势;归纳有利于华南前汛期持续性暴雨发生的4种典型环流类型。结果表明：（1）华南前汛期持续性暴雨过程主要集中在5—6月,并存在准20 a振荡周期;1960年代前半段6月暴雨次数多,1960年代末期到1980年代5月暴雨次数明显增加,1990年代至2013年暴雨主要出现在6月,2006年后5月暴雨次数逐渐增加;暴雨过程持续日数一般3~4 d,超过10 d以上的单次过程仅4次。（2）华南前汛期持续性暴雨分为东亚槽底型、两脊一槽型、多涡旋型和纬向型,东亚槽底型和两脊一槽型次数相对较多,主要发生在5月下旬—6月下旬;纬向型次数最少,主要在5月上旬—6月初。（3）各型持续性暴雨过程500 h Pa中高纬地区环流特征各异,其共性是均有利于北方冷空气南下影响华南,低纬地区西太平洋副热带高压（副高）和孟加拉湾南支低槽维持少动,低层850 h Pa华南盛行西南暖湿急流;持续10 d左右的暴雨过程相较持续3~5 d的暴雨过程,副高位置偏西偏强,华南上空多短波槽活动,850 h Pa西南季风气流位置偏西偏北、风速偏大。

广东前汛期持续性暴雨的变化特征及其环流形势

利用1961-2011年广东省86个测站地面观测逐日降水资料及1979-2011年NCEP-DOE第2套分析资料,提出了广东暴雨日的定义指标,分析了近51 a广东前汛期及其各月持续性暴雨的变化特征,进一步诊断了持续性暴雨过程的环流特征和水汽输送来源。结果表明,广东暴雨新指标避免了原指标定义存在的不合理情况和需要人工操作等问题,并且得到的广东暴雨日数及暴雨累积雨量的年际变化更能反映广东的旱涝情况。51 a平均前汛期持续性暴雨过程在4、5、6月分别占10%、29%和61%,20世纪60年代后期至80年代持续性暴雨多发生在5月,而60年代前中期、90年代至2011年持续性暴雨则主要在6月出现,这种年代际变化是由东亚地区中低纬度大气环流系统的变化所造成的。除了过去所认识的"三脊两槽"和"两脊一槽"两种类型天气形势外,广东前汛期持续性暴雨过程的500 hPa中高纬度环流还有一种"高纬阻塞-中纬平缓型"(称为Ⅲ型),Ⅲ型主要出现于6月,占6月持续性暴雨过程的22%,因此,这种环流类型的补充提出,将减少6月持续性暴雨过程的漏报现象。由于气候背景场各月有所不同,无论是三脊二槽型还是二脊一槽型,各区域槽(或脊)的相对强弱和形态也随月份有所不同,例如二脊一槽型,东北亚地区高压脊4、5、6月逐月加强向北扩展,贝加尔湖槽区逐月变宽,中低纬度阿拉伯海以东槽逐月向西移动,孟加拉湾槽、西太平洋副热带高压逐月加强。前汛期持续性暴雨过程的主要水汽来源随月份发生变化,4月热带西太平洋地区水汽来源贡献最大,5月孟加拉湾、西太平洋和中国南海的水汽都有贡献,而6月则主要来源于孟加拉湾的水汽输送。所有类型持续性暴雨过程,广东大部分地区都处于水汽通量辐合区,说明动力辐合作用和水汽来源是暴雨的必备条件,持续性暴雨是各类中高纬度环流型的稳定维持与来源于热带的水汽输送共同作用的结果。

华南前汛期雨涝强、弱年的确定及其环流特征对比

用区域性暴雨过程综合强度评估方法,在对1961—2010年华南前汛期逐场暴雨过程评估的基础上,通过定义华南区域雨涝强度指数(RWI),划分和确定了雨涝强、弱年,并对雨涝强、弱年的环流特征进行合成分析。结果显示:(1)RWI存在显著的年际变化和年代际变化特征。雨涝强度在1990s初以后呈现明显的增加趋势,雨涝强年明显增多。(2)雨涝强(弱)年,南亚高压偏南(北),副高位置偏西(东),欧亚中高纬500 h Pa位势高度差值场自西向东呈现+-+的波列分布,则有利(不利)于华南区域降水的发展和持续;(3)华南前汛期雨涝的强(弱)与大气低层来自华中—华南北部的偏北风输送加强(减弱)、高原东南侧的偏西风和经西太平洋—南海进入华南的西南风及水汽输送异常加强(减弱)有着密切的关系。而与来自孟加拉湾进入华南的偏南风及水汽输送强(弱)呈现反相关。(4)雨涝强(弱)年,冷空气活动频率较高(低),持续时间较长(短),强中心偏南(北)。且暖湿空气较早(晚)到达25°N地区,并在30°N以南地区维持时间较长(短),季风推进快(慢)。

广州前汛期暴雨气候特征分析

利用广州站1951～2009年的降水资料和历史天气图资料分析广州在过去59年前汛期(4～6月)暴雨气候变化特征以及暴雨产生的天气形势分类得出以下结论:1)广州前汛期暴雨累积雨量与前汛期降水变化趋势一致,呈逐年增加趋势,前汛期暴雨贡献率呈现波动变化;2)5、6月份的暴雨占前汛期累积雨量的比例呈10年左右的周期变化,未来10年广州可能再次进入5月份暴雨高发期;3)前汛期暴雨频次约占全年暴雨频次52.1%,其小波功率谱呈现4～8年的周期振荡,且在1987～2003年最为显著;4)广州前汛期暴雨偏多的年份,冷暖气团势力相当,在华南地区交汇的机会多,广州暴雨偏多,而暴雨偏少的年份,是极圈附近冷气团过于强盛而海上暖气团过于弱或者冷气团有一定的势力,但是海上暖气团过于强盛,华南地区由单一气团控制,广州暴雨偏少。

2007年淮河流域雨季暴雨多尺度环流分析

使用NCEP/NCAR 1°×1°逐日再分析资料、风云2号气象卫星亮温(TBB)资料,分析2007年淮河流域梅雨期降水的多尺度特征。结果表明,2007年梅雨期暴雨集中在淮河流域,其中从6月30日—7月8日,沿淮淮北连续9 d暴雨、大暴雨,降水集中程度和降水强度均超过2003年,导致淮河流域发生仅次于1954年大洪水。雨季期间乌拉尔山附近的阻塞高压频繁出现;西太平洋副热带高压偏强,且位置稳定;强盛的季风涌将充沛的水汽输送到淮河流域一带与中高纬度干冷空气频繁交汇。西太平洋副热带高压稳定偏强、强盛的季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原对流扰动东传的有利配置导致2007年淮河流域集中强降水。

近10年江门前汛期大暴雨的特征及合成分析

利用地面常规气象站、区域自动气象站及NCEP/NCAR逐6 h 1°×1°再分析资料,对近10年江门前汛期的大暴雨进行分类和合成对比分析。结果表明:江门前汛期大暴雨可分为3类,暖区型是最主要的类型,降水强度最大;锋面型最少,降水强度小但伴有雷雨大风;热带型以强降水为主。锋面型200 h Pa上空存在一条急流轴位于长江中下游的急流带。暖区型500 h Pa上深厚的南支槽对大暴雨的发生和维持有重要作用,热带型与江门附近的低涡活动密切相关。江门上空的水汽通量暖区型和热带型是锋面型的近2倍;锋面型的高空强辐散,是发生雷雨大风的有利天气形势。

两次华南持续性暴雨过程中热带西太平洋对流异常作用的比较

利用NOAA的外逸长波辐射资料(OLR)和NCEP/NCAR再分析资料以及华南地区台站降水资料诊断分析了热带西太平洋对流活动在2005年和2006年华南地区持续性暴雨发生的大尺度环流背景上的物理作用。分析表明:2005年6月17～24日华南持续性暴雨过程与热带西太平洋对流的10～25天低频振荡从150°E附近西传有关,持续性暴雨期间西太平洋副热带高压持续西伸的Gill型环流响应对应于传播到120°E附近强对流的低频间歇期;2006年5月下旬～6月中旬华南的持续性暴雨可能与热带西太平洋的双热带辐合带(ITCZ)南支对流带异常强盛有关,持续强盛的南支ITCZ使得115～135°E平均的局地Hadley环流最大上升中心位于0～5°S,菲律宾海附近区域上升运动的减弱有利于西太平洋副热带高压持续西伸加强。通过比较这两例典型的华南持续性暴雨过程发现,副热带高压在华南地区持续西伸是两次持续性暴雨发生的共同的大尺度环流背景,而热带西太平洋对流活动则通过不同的物理过程影响副热带高压的持续西伸。

2010年前汛期末华南西部和东部暴雨对比分析

2010年前汛期末期中国华南出现暴雨过程,暴雨在华南西部与东部有不同影响,利用NCEP再分析资料和常规观测资料,分析此次暴雨特征与机理。结果表明:对中国华南地区整体而言,暴雨期间高层受南亚高压东南伸弱脊辐散区影响;中层副热带高压西伸脊先东退、后西伸;暴雨区位于低层相当位温锋区南侧、气流辐合;边界层偏南风急流形成后暴雨发生。分区而言,华南西部两次出现各持续1 d的多站点暴雨时期;每次暴雨站数明显增加,较之前低层能量大、中低层层结不稳定且整层大气可降水量大;两个多站点暴雨日期之间边界层中尺度偏南风急流有两次明显减弱,低层水汽辐合与上升运动发生明显中断。华南东部多站点暴雨只出现一次但持续3 d,虽然在暴雨前期3个指数条件均没有西部两次暴雨前期好,但是连续3 d多站点暴雨期间较大尺度偏南风边界层急流基本维持,低层水汽辐合与上升运动没有发生明显中断,导致了东部暴雨站点多、强度大及持续时间长。因此,对于华南前汛期暖区暴雨而言,边界层偏南风急流的生消活动与水平尺度均较重要。