2023年夏季我国气候异常特征及成因分析

2023年夏季,我国气候特征整体表现为“温高雨少”,区域性、阶段性高温、旱涝等气象灾害明显。降水的空间分布差异显著,主要多雨区位于我国北方,松花江、海河流域出现严重汛情。生成和登陆台风频数均较常年同期偏少,但北上台风却对京津冀等地造成极其严重的雨涝灾害。2023年夏季我国气温为1961年以来历史次高,北方地区暖异常明显,华北、西北等地区阶段性高温热浪尤为突出。华北、东北地区降水偏多是由不同环流系统造成的。其中,华北南部降水异常偏多主要由7月底至8月初一次极为罕见的天气尺度持续性极端降水过程所致,台风杜苏芮和卡努外围环流与异常偏西、偏北的西太平洋副热带高压相配合,再加上太行山东麓的地形效应是其主要原因。盛夏东北东部异常偏南风引导的水汽输送在整个对流层都异常偏强,造成东北北部和东部降水明显偏多,这一异常环流与初夏巴伦支海海冰密集度减小及盛夏西北太平洋海温异常偏暖均有一定关联。

“23·7”特大暴雨对河北平原玉米产量的影响研究

洪涝是一种破坏力巨大的自然灾害,对粮食生产构成严重威胁。受台风“杜苏芮”和“卡奴”的影响,2023年7月29日至8月1日京津冀地区出现百年一遇的特大暴雨洪水灾害,给京津冀地区造成了重大损失,导致部分农田几乎绝收。为评估极端暴雨事件对当地粮食产量的影响,本研究使用MODIS MOD09GQ数据分析了暴雨前后的归一化植被指数(NDVI)变化,据此划定了本次暴雨造成的受灾农田区域(主要在河北平原)及其受灾程度,同时结合2016—2020年玉米种植空间分布、农业统计数据和NDVI数据,估算了受灾农田区域未发生暴雨和发生暴雨后两种情景下的玉米产量,进而评估了本次暴雨造成的玉米产量损失。主要得到以下结果:1)暴雨发生后,河北平原受灾农田区域的NDVI普遍减少0~0.35,相比之下,未受灾农田区域的NDVI均有所增加。2)本次强降雨导致河北平原约24万hm^(2)农田受到影响,绝产面积约13万hm^(2),减产面积约11万hm^(2)。3)蓄滞洪区周边的22个县(市、区)是本次暴雨的主要受灾区域,据回归分析结果,本次暴雨可能造成的玉米产量损失多达22万t,且92%的产量损失是由作物绝产所致。本研究为遥感手段估算极端降雨导致的粮食减产提供了一个快速且可靠的计算框架,同时强调了极端降雨对粮食安全的巨大威胁。

浙江地形对台风Khanun影响的数值试验和机理分析

以2005年严重影响我国华东地区的登陆台风Khanun为研究对象,利用MM5模式对其登陆浙江过程进行了数值模拟,通过模拟结果和实况的对比表明,模式对台风路径和降水的模拟是成功的,在台风移向移速、暴雨强度和落区上与实况十分吻合,但在台风强度模拟上则较实况偏小。在控制试验比较成功的基础上,本文还设计了3个敏感性试验,分析了浙江地形对台风路径、强度和降水的影响及其机理,它们分别为地形加倍、减半和无地形试验。试验结果表明,浙江地形对台风Khanun移动路径没有显著影响,这可能与浙江地形高度较低和环境场强引导气流有关。在降水强度上,浙江地形对暴雨的增幅作用十分显著,由地形强迫产生的降水和地形走向相一致,迎风坡由于地形动力抬升作用有利于上升运动加强,使得对流发展旺盛,降雨量增加,背风坡降雨量减少,浙江中北部沿海地区由于地形强迫产生了与台风环流同位向的扰动使得台风环流明显增强,形成暴雨中心。有无地形影响下的螺旋度对比显示,暴雨增幅区与低层正螺旋度差值区和高层负螺旋度差值区相对应,螺旋度差这种高低层耦合是触发和维持台风暴雨的动力机制,有利于台风螺旋结构的维持和强降水的发生。

不同初始场对台风Khanun模拟效果的影响及其暴雨过程的螺旋度分析

利用中尺度非静力MM5模式,在NCEP和JMA两种初始场方案下,对2005年严重影响我国的15号台风Khanun的登陆过程进行了数值模拟,模拟结果的对比分析及其与观测的比较表明:台风对初始场十分敏感,JMA初始场方案在台风路径、强度和暴雨预报上较NCEP初始场方案都有显著改善。利用JMA方案高分辨模拟结果,对台风暴雨过程的螺旋度特征进行了诊断分析,结果表明:暴雨区上空螺旋度呈高层负值区,低层正中心分布,低层700hPa和850hPa螺旋度高值中心位置和强度演变对未来6h暴雨落区与强度有一定指示意义。

台风Khanun迅速加强成因及其与Rananim登陆强度的比较分析

以严重影响我国的2005年15号登陆台风Khanun为研究对象,首先从大尺度环流特征和物理量场,对其登陆前强度迅速加强原因进行了诊断分析,结果表明,台风强度增强与低空持续加强的水汽输送、高空流出气流的强辐散、台风移向垂直切变小值区和暖洋面密切相关;然后就登陆时强度,将Khanun与2004年14号台风Rananim从水平流场、暖心结构、稳定度和涡度等方面进行对比,发现Khanun在上述几方面略弱于Rananim,这一结论为登陆台风强度判定提供了一些参考。

“23·7”华北特大暴雨过程的基本特征与成因初探

2023年7月29日08时—8月2日08时(北京时),华北地区出现历史罕见的特大暴雨,造成严重灾害。利用常规高空和地面、FY-4A卫星红外云顶亮温(TBB)等观测资料以及ERA5再分析资料对此次天气过程的降水实况特征和成因进行了分析。结果表明:此次过程的累计降水量、降水持续时间等在华北地区均具有显著极端性;北京西部、河北中部和西南部等多地出现特大暴雨,累计降水量超过400 mm,局地达1000 mm以上,降水极值多分布于太行山东麓;根据FY-4A卫星TBB、逐小时降水量和主要影响系统的演变特征,强降水可分为三个阶段,第一阶段降水范围和累计降水量最大,第二阶段对流性最强,多站出现100 mm·h^(-1)以上的极端强降水。此次特大暴雨过程发生在台风残涡北上停滞的稳定环流背景下,台风“杜苏芮”和“卡努”提供了持续而充沛的水汽和能量,高空辐散与低层强辐合提供了稳定而强大的动力条件,偏东气流在太行山东麓强迫抬升,使降水增幅并持续。

强台风“卡努”过境期间的风和海浪特征分析

南海北部海域夏季台风活动频繁,对海上生产活动和人民生命财产安全造成极大威胁,由于台风路径的不确定性,其中心附近区域的风浪观测资料十分稀少。中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)热带气旋最佳路径数据显示2017年10月强台风“卡努”中心经过南海北部陆坡的SF301浮标,该浮标完整记录了台风过境的风浪数据。利用浮标观测资料,分析了强台风“卡努”过境期间的风和海浪特征。观测结果表明,“卡努”经过浮标时,中心气压为959.9 hPa,风速随时间呈双峰分布,前、后眼壁区的10 min平均风速分别为30.2 m/s和24.9 m/s,1 s极大风速分别为44.2和38.6 m/s。海浪以风浪为主,观测有效波高和最大波高最大值分别为10.8和14.3 m,滞后最大风速30 min,波向和风向变化趋势一致。台风过境期间,有效波高与海面10 m风速接近线性关系,非台风期间二者呈二次多项式关系。海浪无因次波高和周期呈幂指数关系,无论是台风期间还是非台风期间二者关系十分接近Toba提出的3/2指数律。

2023年夏季海洋天气评述

2023年夏季(6—8月)大气环流特征为:北半球极涡呈偶极型分布,极涡强度较常年偏弱,欧亚地区及西北太平洋500 hPa槽脊位置与常年相近,副热带高压较常年平均偏西且略偏南,强度偏强,范围偏大。6月,我国东部和北部近海海域出现3次海雾过程,7月和8月无大范围海雾过程。西北太平洋和南海生成台风10个,个数较常年同期偏少,平均极值强度显著偏强。6月生成1个远海转向台风;7月生成3个台风,其中2个台风登陆我国;8月台风活动频繁,生成台风6个,其中有2个在9月登陆我国。全球其他海域有20个编号的热带气旋生成。我国近海出现6次8级以上大风过程,其中热带气旋影响5次,江淮气旋入海影响1次。浪高超过2.0 m的大浪过程发生12次。西北太平洋和南海海面温度较常年平均偏高,台风活动对海浪和海面温度分布影响显著。

台风路径对长江口各汊道波高的影响

基于第三代海浪数值模式SWAN,将Holland梯度风场和CCMP背景风场叠加作为输入风场驱动模型,模拟0515号"卡努"台风的波浪传播过程,通过Jason-1卫星数据对模拟的风速和波高进行验证。在此基础上,将"卡努"路径向东平移构造出8条不同的台风路径,对不同台风路径下长江口各汊道的波高分布进行研究。结果表明,当台风路径范围覆盖整个长江口时,长江口各汊道产生的波高值较大,从长江口西侧和东侧经过时影响较小。当台风靠近长江口口门处穿过时,口门附近的北支、北槽和北港河段波高值较大;当台风靠近长江口南支附近穿过时,南支和南港河段波高值较大。当台风横穿长江口时,台风对长江口波高的影响口门外大于口门内,口门外波高最大值达到2～3 m,口门内波高最大值为1～2 m。

一次与台风相关联的浙江东北部暴雨成因及预报难点分析

1720号台风"卡努"在南海活动期间,浙江东北部地区出现暴雨,降雨持续时间和强降雨带移动轨迹是本次暴雨预报的难点。利用常规观测和自动站加密观测资料、卫星云图资料及NCEP再分析资料,综合诊断分析了此次暴雨过程的成因和预报难点。结论如下:本次浙江东北部降雨过程分14日08:00至15日13:00和15日14:00至17日08:00两个阶段,第一阶段是"卡努"台风倒槽顶部东南气流和东北气流汇合,以及弱冷空气参与影响造成的降雨,随着"卡努"的西移,雨区随之西移;第二阶段是低层低压环流发展,且低层有强的水汽输入和辐合造成的暴雨,强降雨区随着低压系统一起东北移。低层水汽收入及其增减,对于降雨的开始及增强或减弱有6~12 h的提前。850 h Pa水汽通量值在25 g·h Pa^(-1)·cm^(-1)·s^(-1)以上,水汽通量散度值在-20 g·h Pa^(-1)·cm^(-2)·s^(-1)以下,对应区域接下来的6~12 h有强降雨。垂直螺旋度正值比较大,对应的浙江东北部地区有很强的流体旋转,且对流系统中有涡度输入,该地区之后6 h将出现强降雨。Q*散度负值对强降雨有6~12 h的提前预示。