Circulation Characteristics and Drivers of Persistent Cold Rain and Snow Events in Southern China
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摘要: 利用常规观测资料和NCEP再分析资料，定义并识别了1960—2019年南方地区持续性低温雨雪天气过程。结果表明，欧亚中高纬大型槽脊系统是南方持续性低温雨雪过程的关键环流特征，包括单阻横槽型、两槽一脊型和平直环流型三种类型，前两者分别在乌拉尔山区域、贝加尔湖附近有阻塞高压或高压脊。其中单阻横槽型高空槽脊最强，冷空气路径偏西，低层冷高压最强，导致南方低温雨雪期间平均气温最低，持续时间最长、影响范围最大。这些稳定的高空槽脊形势，伴随地面强冷空气和暖湿水汽输送，共同影响造成南方持续性低温雨雪天气过程。通过相关性分析，发现500 hPa极涡、欧亚中高纬度的高压脊、高原槽，地面西伯利亚高压，以及赤道中东太平洋海温是影响南方冬季持续性低温雨雪天气年际变化的关键区域和关键因子。Abstract: Based on conventional observational data and NCEP reanalysis data, this study defines and identifies persistent cold rain and snow events (PCRSEs) in southern China during 1960-2019. The results show that the large-scale trough-ridge systems in mid-to-high-latitude Eurasia are the key circulation features of these events, which can be categorized into three types: the single blocking transverse trough, two-trough-one-ridge, and zonal circulation. The first two types are characterized by blocking highs or ridges near the Ural Mountains or Lake Baikal, respectively. Among them, the single blocking transverse trough type exhibits the strongest upper-tropospheric trough-ridge structure, a westward-displaced cold air pathway, and the most intense surface cold high, leading to the lowest average temperatures, longest durations, and widest impact areas observed during PCRSEs in southern China. These stable uppertropospheric trough-ridge patterns, combined with strong surface cold air advection and warm-moist water vapor transport, collectively drive PCRSE occurrence in southern China. Correlation analysis reveals that the 500 hPa polar vortex, mid-to-high-latitude Eurasian ridges, Tibetan Plateau troughs, the Siberian High, and equatorial central-eastern Pacific sea surface temperature anomalies are key drivers of the interannual variability of winter PCRSEs in southern China.
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图 3 各类型低温雨雪过程平均(左)500 hPa、(右)700 hPa高度场(等值线，单位：dagpm)及其距平场(填色，单位：dagpm) 和风场(箭头，单位：m·s-1)
a~b为单阻横槽型；c~d为两槽一脊型；e~f为直环流型。
图 4 各类型低温雨雪过程平均850 hPa高度场(等值线，单位：dagpm)及其距平场(填色，单位：dagpm)和风场(箭头，单位：m∙s-1)(左)；海平面气压场(等值线，单位：hPa)及其距平场(填色，单位：hPa)和1 000 hPa风场(箭头，单位：m∙s-1)(右)
a~b为单阻横槽型；c~d为两槽一脊型；e~f为直环流型。
图 5 南方所有低温雨雪过程平均700 hPa的比湿(填色，单位：g∙kg-1)及风场(箭头，单位：m∙s-1)(a)；水汽通量(箭头，单位：kg∙m-1∙hPa-1∙s-1)及水汽通量散度(填色，单位：kg∙m-2∙hPa-1∙s-1)(b)
图 8 南方冬季持续性低温雨雪过程总日数(a)、平均持续日数(b)年际时间序列与500 hPa位势高度场；总日数(c)、平均持续日数(d)与500 hPa纬向风场的相关系数分布图
打点区域表明相关系数通过0.05显著性双边t检验。
图 9 南方冬季持续性低温雨雪过程总日数与海平面气压场(a)、平均持续日数与1 000 hPa位势高度场(b)的相关系数分布图
打点区域表明相关系数通过0.05显著性双边t检验。
表 1 南方冬季持续性低温雨雪事件的年代际变化(12—2月)
年代 1960s 1970s 1980s 1990s 2000s 2010s 频次 26.5 30.5 27.5 27.5 17.5 24 年平均影响日数/d 23.1 26.1 24.9 22.3 15.4 22.3 平均气温/℃ 1.1 1.3 1.3 1.4 1.3 1.4 平均降水强度/(mm·d-1) 1.6 1.3 1.6 2.0 1.8 1.5 
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表 2 各类南方持续性低温雨雪事件的主要特征
类型 总影响日数/d 平均影响日数/d 累计影响范围/(106 km2) 平均影响范围/(105 km2) 平均气温/℃ P1 568 8.9 24.4 3.8 1.2 P2 417 8.7 15.7 3.3 1.6 P3 435 7.8 19.5 3.5 1.5
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