新气候态时段华西秋雨变化特征及海气影响分析

利用1981—2022年华西地区373个气象台站和ERA5再分析资料,使用Mann-Kendall、相关和合成等方法分析了进入新气候态时段(1991—2020年)后华西秋雨变化特征,并探讨其大气环流和海温异常特征。结果表明:华西秋雨于2011年发生了明显由少转多的突变。欧洲西岸至乌拉尔山附近和鄂霍次克海地区阻塞高压(下称鄂海阻高)加强、西太平洋副热带高压(下称西太副高)加强西伸和水汽条件配合等,为其由少转多提供了有利条件。海温场分析表明:前期春、夏季及同期秋季印度洋海温由冷转暖和中太平洋海温由暖转冷,引起中低纬度对流活动和经向环流发生调整,导致西太副高发生由弱到强、显著西伸的变化。西北太平洋海温异常偏暖通过激发经向遥相关波列,使鄂海阻高加强。西大西洋海温偏暖使阿拉伯海至孟加拉湾地区对流活动增强。上述区域海温变化共同致西太副高西侧及孟加拉湾输送至华西地区的水汽由弱变强,从而导致华西秋雨由少转多。

2022年夏季重庆极端高温天气特征及其成因分析

2022年夏季,重庆出现两次极端高温天气过程。利用重庆地区34个气象站点观测资料和ERA5再分析资料,分析了两次高温过程的主要环流异常特征。结果表明:南亚高压加强东伸和西太平洋副热带高压(以下简称副高)异常加强及西伸北抬,日本海以北至鄂霍次克海地区异常强盛的阻塞高压(以下简称鄂海阻高),使北方冷空气盘踞在40°—50°N以北地区,难以南下影响包括重庆在内的长江流域,重庆处于副高西段异常强盛的下沉和水汽辐散中心区,造成该地区持续极端高温天气。分析2001年以来不同等级区域性高温天气过程中的副高和南亚高压指数发现,2022年夏季副高西伸至最西,同时南亚高亚中心异常偏东,二者直接造成了重庆的极端高温天气。并且2022年夏季赤道太平洋西部海温的异常偏暖,130°E—150°W、30°—60°N区域平均距平值为1961年以来同期最高值,促使鄂海阻高强盛。在La-Niña事件作用下,110°—120°E范围内Hadley环流在20°—30°N为强盛的下沉运动,其下沉支与副高中心下沉区叠加,造成副高异常偏强和西伸,进而引发重庆极端高温天气。

NCEP CFSv2模式对中国西南月尺度降水预测能力评估

基于NCEP CFSv2模式逐日预测未来45 d的降水数据,结合站点观测资料,对西南地区逐月降水量空间形态和年际变化预测技巧进行评估。结果表明:模式除汛期(5—9月)在四川东北部和重庆东北部为干偏差外,其余地区和月份均为湿偏差。偏差较大的月份主要集中在夏季,区域平均偏差从1—12月呈现出“上升—下降—上升”的趋势,4月最大,10月最小。随着预报时效的增加,模式对空间形态预测技巧降低,但对量级预测技巧提升。在不同预报时效上,模式对中雨、大雨和暴雨日数的逐月“Ω”趋势预测基本正确,但小雨日与观测呈现相反特征。模式对小雨和中雨日的预测高于观测,但大雨和暴雨日低于观测。年际变化上,模式在大多数地区预测为正相关,负相关区主要集中在四川盆地至川西高原地区,以及重庆、四川和贵州三省交界地区。高相关系数区表现出春-夏-秋-冬季逐渐北推西进然后东退南落的演变特征,但均方根误差在不同月份、不同区域的偏差量级有所差异。对于区域平均降水量的年际变化,模式基本为正相关系数,且随着预报时效临近相关系数越高,但均方根误差改善不明显。

一种气象干旱综合指数的过程事件研究

为掌握重庆气象干旱长时间序列演变规律,利用重庆1960-2022年34个国家站的本地化改进型气象干旱综合指数(RMCI)结合区域性气象干旱过程评估地方标准做气象干旱综合指数(MCI)1981-2020年同期对比,进而解析RMCI历史63 a数据结构及其时空分布特征。研究表明:(1)重庆40 a RMCI单站过程累计频次较MCI偏多4.2%,二者频次-强度拟合都呈显著的指数型分布,两者所有单站过程开始时间的差异率仅为8.1%;重庆东北部为RMCI和MCI单站过程各级旱情的一致高发区,而中心城区、西南部及中部地区发生频率相对较低。(2)重庆63 a RMCI日数据总体呈正态分布,全市及各分区轻旱、中旱、重旱(特旱)日数据分布差异较小(较大),中心城区重旱、特旱日数据较其他分区分别一致性偏大、偏小;RMCI单站、区域过程的频次与强弱都呈显著反相关,其中重庆西部发生轻旱、中旱、特旱单站过程的站均频次最多,而区域过程中特旱的极差绝对值最大、中旱次之。(3)63 a间重庆RMCI单站和区域气象干旱过程强度趋势都不显著,但1962-2013年却均为显著减小趋势,2013年后重庆过程强度的总体减弱与21世纪以来高温日数的年代际减少有所关联,气象干旱过程事件具有复杂的年际和年代际信号。RMCI单站过程事件主要存在2~6 a和准20 a的周期振荡,发生在重庆东北部偏东和东南部偏北地区的单站过程事件“变干”尤为显著;RMCI区域过程事件则存在2~3 a、4~6 a和8~12 a的周期振荡,开始于伏旱期及7月的区域过程事件频次最多、强度最强,而秋旱期和12月的频次相对最少、强度最弱。

重庆夏季气温和降水的周末效应初探

利用重庆地区1961—2021年逐日气象观测资料和2014—2021年大气污染物监测数据,定量分析了平均气温和降水频次的周内变化特征,并探讨其可能成因。结果表明:近60 a,重庆气温一致表现为负周末效应,即周末气温低于工作日,周内峰值出现在周三,谷值在周末;降水频次则与气温相反,绝大部分地区表现为正周末效应,即周末降水频次高于工作日,谷值出现在周三,峰值在周末。从气溶胶作用看,气溶胶浓度周末少于工作日,有利于周末气温低于工作日;气溶胶浓度工作日大于周末,由于气溶胶的第二类间接效应,人为的气溶胶增加而引起的辐射强迫作用,从而抑制降水,有利于工作日降水少于周末。从城市化角度看,随着城市化进程的加快,人类活动对城市气候的影响主要体现在工作日与周末的差异进一步扩大,使得工作日和周末气温和降水的差异更为显著,加剧了重庆气候的周末效应。

重庆夏季高温干旱特征及其对拉尼娜事件的响应

拉尼娜事件与我国气候密切相关,近年来重庆地区频繁出现的高温干旱与拉尼娜事件的关联值得深入研究。研究重庆高温干旱的特征及其对拉尼娜事件的响应,以期对该地区的高温干旱预测和预警提供科学依据。基于1981—2022年气象干旱综合指数MCI(Meteorological Drought Composite Index)、高温日数、NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmo⁃spheric Research)再分析环流场和Hadley海温数据,分析重庆夏季高温和气象干旱的时空分布特征,探寻拉尼娜事件对高温干旱的影响及其环流异常特征。结果表明:夏季是重庆干旱发生频率最高且持续时间最长的季节,高温干旱主要集中在东北部及长江沿线地区。高温与干旱之间存在相互促进的关系,持续高温促进重度干旱的形成,而长期干旱也可能导致极端高温的发生。赤道中东太平洋海温在冬、春季处于拉尼娜状态,对重庆夏季的高温和干旱有显著影响。弱拉尼娜事件倾向于引发高温,而中等强度拉尼娜事件更易导致干旱。中部型和东部型拉尼娜事件均对重庆夏季高温和干旱产生显著影响。拉尼娜事件影响下的南亚高压偏大、偏强、偏北,西太平洋副热带高压随之产生的偏大、偏强、偏北,以及高空急流位置偏北,是导致重庆夏季高温和干旱发展的重要环流因素。夏季重庆地区对流层中下层主要受偏弱的西南风控制,结合欧亚中高纬环流呈“两脊一槽”格局,形成不利于冷空气南下的气候环境,从而导致包括重庆地区在内的四川盆地长期受下沉气流控制,是重庆地区高温和干旱频发的主要原因。

重庆暴雨、热浪、干旱时空格局及聚类特征

基于1966—2021年重庆区域34个气象站观测日值数据,选择暴雨、热浪、干旱3种典型气象灾害,依据国家标准、采用Mann-Kendall和Sen趋势法分析了3种灾害的时空变化特征,采用SaTScan时空扫描统计法研究了3种灾害的时空聚类特征。结果表明:1966年以来重庆平均热浪频次呈增加趋势,2001年以来暴雨和热浪明显增多、干旱总体减轻;重庆大多数地区暴雨、热浪变化以上升为主,特别是热浪,44%的区县热浪显著上升。暴雨和热浪事件易在东北部偏东地区和西部、西南、中心城区三区交界处聚集,热浪和干旱事件易在西南、中部、东南三区交界处和典型年份聚集。暴雨和热浪灾害在20世纪80年代及以后东北部聚集增多,热浪和干旱灾害在20世纪90年代及以后聚集区向东北迁移;暴雨、热浪和干旱灾害在20世纪80年代以前主要在东南部和西部地区聚集、在20世纪80年代及以后聚集范围明显缩小。基于时空扫描统计法揭示的研究区暴雨、热浪、干旱灾害时空聚类特征与灾害发生事实及Moran’s I方法结果基本一致,该方法和结论对重庆区域多灾种并发的诊断和综合风险防范具有一定参考价值。

华西地区秋季小时降水变化特征分析

在气候变化背景下,近年来华西秋雨雨量、雨强有趋多趋强的变化特征。为详细了解其小时降水的长期变化及日变化特征,利用1981—2023年华西地区秋季342个台站小时降水资料,对小时平均降水量、频率、强度及极端降水等空间分布和时间变化特征进行分析。结果表明:1981—2023年华西地区小时平均降水量总体为弱增加趋势;全区、北区和南区频率均呈弱减少趋势;强度在全区和南区呈弱增强、北区呈微弱减弱趋势。日变化上均一致呈单峰型变化。但南、北区峰值出现时次并不一致,南区为04:00—07:00,北区为08:00左右,16:00—20:00均为低值时段。空间上逐小时平均降水量演变存在上午多下午少、雨区由西南向东北方向推移特征,且夜间更突出。但强度空间差异较大,南区夜间强于白天,北区白天强于夜间。甘肃东南部、宁夏南部强度均相对较小且日变化特征不明显。极端降水频率总体呈增加趋势,北区相对更明显;南、北区日变化均呈单峰型变化,南区峰值在夜间,北区在清晨。极端降水贡献率总体呈增加趋势,但北区呈微弱减少趋势。9月为极端降水频率和贡献率最大的月份,但相对大值中心并不重合,频率大值主要位于陕西、四川和重庆交界地区,而贡献率大值位于四川盆地西部。