中国区域暴雨事件的天气扰动分析

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暴雨是我国比较常见的异常天气,容易引发洪涝、泥石流等重大自然灾害。本文首先使用逐日站点降水资料,依据暴雨站点之间的空间距离,确定了1960-2010年我国不同范围大小的区域暴雨事件。在此基础上,利用ERA-Interim再分析资料做大气变量的分解,去掉对应时刻的气候分量和行星尺度瞬变扰动分量,仅仅分析瞬变扰动分量与区域暴雨的落区关系。挑选出1981-2010年各种瞬变扰动环流系统下的大范围区域暴雨事件,分析了主要类型事件的时空变化和典型个例的环流扰动结构。接着,本文在分析比较了一些现有指示暴雨的物理量之后,用瞬变扰动涡度和凝结几率函数新建了一个具有较好暴雨落区指示意义的物理量。最后,分析了1998年持续性区域暴雨的低频天气扰动结构和传播特征。主要结果如下:  1.我国暴雨站日数具有年际变化,而范围5站以上的区域暴雨事件数具有年代际变化特征。在最近的10年,尤其是2003年以来,区域暴雨事件数具有显著上升趋势。  2.根据扰动场上的天气系统,确定了1981-2010年972次范围10站以上的区域暴雨事件。主要的天气系统为:扰动辐合线、温带气旋(包括南方气旋和北方气旋)和热带气旋,分别为266次、255次和170次。扰动辐合线事件主要发生在6、7月,南方气旋事件是在6月,北方气旋事件是在7、8月,热带气旋事件是在7-9月。事件的中心位置集中在长江中下游及江南、环渤海和东南沿海地区。扰动辐合线事件在过去的30年中有显著增加的趋势,温带气旋和热带气旋事件数的年际变化较大。  3.江淮梅雨静止锋在原始流场上常与低空急流相伴,雨带在低空急流左侧。不同的是,扰动流场上急流被削减,雨带对应扰动辐合线。此外,低层的扰动温度0K等值线和负高度扰动带都能指示锋面雨带的位置。江淮气旋低层扰动风场和原始风场相似,温度扰动在700 hPa以下有明显的正负对比,气旋在500 hPa以下为负高度扰动,但如果高层(200 hPa左右)有低压扰动存在,就会显得特别深厚。东北气旋本身的高度负扰动能够从地面到200-300hPa。两种气旋的强烈上升运动都是在东南部接近暖锋的位置。对于以上扰动辐合线、江淮气旋和东北气旋三种扰动系统,高层200-300 hPa的扰动流场表现为明显的辐散。  4.湿位涡(MPV)在诊断暴雨上存在分歧。分析发现,其第一部分(MPV1)在700-850 hPa的正异常和广义湿位涡(GMPV)在925 hPa的正异常和暴雨雨带有较好的对应关系。第二部分(MPV2)的分布与MPV1相似,但符号相反,两者相加会减弱指示性。对1998年41场区域暴雨的普查发现,GMPV对其中25次指示较好,而用扰动涡度和凝结几率函数新构造的物理量指示性进一步提高。  5.持续性的暴雨过程与低频天气扰动密切相关。1998年1-4月的江南降水存在12-24天的周期振荡,5-8月长江中下游降水有30-60天的周期振荡。低频扰动天气图上的气旋性环流扰动和反气旋性环流扰动对应着这样的低频降水过程。与1-4月江南12-24天降水过程对应的低频扰动天气系统向东移动,其高层(250 hPa)的低频扰动涡度信号可以提前10天追溯到中东地区。与5-8月长江中下游30-60天降水过程对应的低频扰动天气系统从东向西移动,可以在低层提前20-30天从低纬度和西北太平洋找到早期信号。这些低频扰动系统的移动受到气候场和行星尺度环流扰动(环境场)的影响。
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