1948-2009年塔里木盆地空中水汽输送时空分布特征

利用1948-2009年美国NCEP/NCAR的逐月再分析资料(2.5°×2.5°),分析了塔里木地区大气中不同层次水平和垂直方向的水汽输入、输出和收支情况及其变化趋势.结果表明:1)塔里木盆地上空水平方向为水汽汇,且纬向贡献大于经向,垂直方向水汽主要由下层向中上层输送;2)水汽的水平和垂直净收支均具有季节性变化,且夏季辐合为主,冬季辐散为主;3)水汽的水平和垂直输送都表现为较一致的年际变化,且均在1970年代中后期出现了较明显的年代际突变;4)在1978年到2003年全球变暖明显的时段内,水平方向水汽净输入量呈减少趋势,垂直方向呈增加趋势.可以认为,在气候变化背景下,全球变暖加速了水循环,但同时改变了纬向的热力差异,导致塔里木盆地局地水循环的加速,以及经向水汽净输入量的减少.     

东亚夏季风异常与西北东部汛期降水的关系分析

对1961-2000年东亚夏季风与同期6～9月西北区旱涝的相关和强(弱)夏季风年空中水汽通量及其散度场、高度场和u、 v风场进行了诊断分析. 结果表明: 东亚夏季风对我国降水的影响主要位于100° E以东的地区; 强夏季风年, 夏季风西北影响区汛期降水偏多, 高度场东高西低, 纬向西风、经向南风和水汽通量显著增强, 存在大范围的水汽通量辐合; 弱夏季风年, 夏季风西北影响区汛期干旱少雨, 高度场西高东低, 纬向西风、经向南风、水汽通量明显减小, 除甘肃河东大部(30°～35° N, 101°～105° E)存在水汽通量辐合外, 其它地方为水汽通量辐散.     

1961-2010年中国400mm和800mm等雨量线时空变化

以中国1961-2010年逐日降水数据为基础,利用等值线加权平均位置的方式对400 mm和800 mm等雨量线的空间位置进行定量化处理。采用Kendall 秩次相关检验法、Morlet小波分析法、滑动t-检验法和Yamamoto法时间序列分析方法,对全国50年来 400 mm和800 mm等雨量线的空间位移特征进行了系统揭示:1961-2010年期间,400 mm和800 mm等雨量线加权平均位置坐标分别为（106°07'12"E,39°25'13"N）和（110°16'31"E,34°12'04"N）。趋势性结果表明,全国400 mm和800 mm等雨量线有向西和向南发生移动的趋势,其中400 mm等雨量线向西移动明显,800 mm等雨量线向南移动明显;周期性结果表明,全国400 mm等雨量线在经向和纬向上发生迁移的主周期分别为9年和 12年,800 mm等雨量线在经向和纬向变化均存在7年的主周期;突变性结果表明,400 mm等雨量线空间位置的突变年为1995-1996年（纬度）,800 mm等雨量线空间位置的突变年为1975年、2002年（经度）和1980年、1982年和1987年（纬度）。     

2001-2005年西北中东部水汽及其输送特征

利用西北地区中东部2001-2005年近5 a的40个站点逐日探空资料, 分析了该区域的水汽及其输送特征.结果表明:整层水汽含量分布不均, 季节变化明显, 除冬季外, 沿祁连山存在一条"湿舌". 水汽主要来源于以西风为主的纬向输送和西南气流的径向输送. 高原上的水汽输送, 北部来源于西北气流, 南部为西南气流, 但北部的水汽通量仅有高原东侧西南气流输送的一半左右, 高层水汽输送更加重要. 占主导的西风和西北风的水汽干输送是西北干旱的原因之一, 而特殊的地形作用是该区域降水形成及分布不均的重要因素. 在水汽输送能力最强的夏季, 纬向水汽输送最强的高度出现在600 hPa左右高度上, 而径向强输送集中于600 hPa以下103° E以东的高原东侧.     

近50年来黄河流域400 mm等雨量线空间变化研究

以黄河流域及周边地区1 026个雨量（水文）站1956—2000年逐日降水过程资料为基础，以GIS技术为关键数据处理平台，建立等值线加权平均位置的定量化表征方法，采用时间序列分析技术，对黄河流域近50年来400 mm等雨量线的空间位移特征进行了系统揭示。1956—2000年间，黄河流域多年平均降雨量为454.62 mm；400 mm等雨量线加权平均位置坐标为（105°0′4″E，36°57′54″N）。整体上看，近50年来，黄河流域400 mm等雨量在纬向上的移动是典型的平稳随机序列过程；在经向上的移动尚不能满足平稳随机序列过程。趋势检验结果表明，黄河流域400 mm等雨量线有向东和向南发生移动的趋势，且向东移动的趋势显著。功率谱分析表明，黄河流域400 mm等雨量线在经向上发生迁移的显著周期为3年；在经向和纬向上均有7年和2年周期；同时，位移具有反向持久性。     

祁连山云和空中水汽资源的季节分布与演变

祁连山云和空中水汽资源具有明显的季节变化特征：总云量春季最多，夏季次之，低云量夏季最多，春季次之。近45年中的春季和夏季，总云量在减少，低云量在增加，对应降水也在增加；秋季三者都为减少趋势；冬季总云量和降水在增加，但低云却呈减少趋势。相关分析表明，总云和降水在夏季、秋季呈显著正相关，低云和降水在春季、夏季及秋季呈正相关；值得注意的是冬季低云和降水在祁连山的中东段呈负相关，但通不过信度检验。空中水汽主要沿两条路径输送到祁连山，平均状况下祁连山存在较强的水汽辐合，且东段辐合（-0.1～-0.05 kg/(m2·s）)强于中西段（-0.05～0 kg/(m2·s））。地中海、黑海、里海、咸海、阿拉伯海和孟加拉湾是祁连山的水汽输送源地，但各个季节又有所不同。祁连山区域的水汽收支表明，春季净水汽通量在1979年以后一直为正且呈增加趋势，夏季整个区域基本上是个“水汽汇”，秋季和冬季则一直为负。分析认为祁连山春、夏两季空中云水资源具有较好的开发潜力。     

淮河流域致洪暴雨的异常水汽输送

为了从多方面提取对致洪暴雨有指示意义的异常信息,进一步提高对致洪暴雨的判别能力,利用Box-Cox变换将信号场方法引入致洪暴雨水汽条件气候异常的诊断,并具体分析了2003年、2005年和2007年淮河流域致洪暴雨850 hPa水汽通量场的气候异常特征。结果表明:淮河流域致洪暴雨期间,850 hPa经向水汽通量信号场105°E~125°E易形成以淮河流域为中心南正北负的双极型配置;850 hPa纬向水汽通量信号场低纬的显著信号反映出各条水汽输送通道的相对重要性因致洪暴雨而异。     

祁连山地区大气水循环研究(Ⅰ):空中水汽输送年际变化分析

通过与探空站资料比较,在分析NCEP I、NCEP II和ECMWF再分析资料整层相对湿度变化趋势和显著性水平的基础上,应用NCEP I再分析资料和1960-2010年气象台站观测资料,研究了祁连山地区过去51 a来空中水汽输送变化特征,分析了水汽输送发生变化的原因,并探讨了该地区夏季降水与东亚季风、南亚季风、南海季风、西风带和副热带高压等季风指数之间的关系.结果表明:祁连山地区的空中整层水汽含量在1960年代下降趋势明显,之后近40多年基本保持稳定,总体表现为下降趋势.水汽净收支整体表现为明显的下降趋势,说明过境水汽留在祁连山地区的数量在减少.其中,经向水汽整体表现为北风输送,为"+"值,对水汽净收支的贡献为"正",呈下降趋势;纬向水汽整体表现为西风输送,为"-"值,说明对水汽净收支的贡献为"负",表现出的下降趋势说明纬向流失的水汽在减少.进一步分析显示,祁连山地区水汽净收支减少的直接原因是由风速减小导致流入本区域的水汽输送量减少引起的.地表到300 hPa平均风速显示,纬向风速率1990年代比1960年代减小了13.2%,经向风速率1990年代比1960年代减小了10.5%.夏季降水量与各季风指数的相关性表明,祁连山西部、中部和东部降水均未与各季风指数有较好的相关关系,该地区特殊的地形作用和环流条件及该研究关注的季节和时间尺度是产生这一结论的主要原因.     

1960-2009年塔里木河流域降水时空演化特征及原因分析

利用1960-2009年新疆塔里木河流域（TRB）26个气象站的日降水资料以及美国NCEP/NCAR的逐月再分析资料（2.5°×2.5°）,对塔里木河流域降水的时空分布特征及其原因进行了分析.结果表明：塔里木河流域降水总体上呈现由东南向西北逐渐增加的分布形态,但不同季节之间以及降水量多年和少年之间存在差异,这与水汽输送...     

青藏高原地表能量通量的估计

利用1981—2000年逐日气候、植被和土壤基础资料作为输入，以大气—植被相互作用模式（AVIM2）计算了青藏高原0.1°分辨率的年平均地表能量通量的空间分布和季节变化特征。结果显示，年平均地表净辐射通量由高原西南部的100 W/m2减少到东部的70 W/m2左右。高原东南部的林区潜热通量强而感热通量弱，从高原东南向西、向北潜热通量逐渐减少，而感热通量逐渐增大。夏季这种趋势更加显著。冬季除东南部外，高原上广大地区地表能量通量都较低。     

季风区长沙站大气水汽和降水中δ18O的模拟

利用稳定同位素大气水平衡模式(i AWBM)模拟了季风区长沙站大气水汽和降水中δ18O的时间变化,并与实际监测结果进行比较,其目的在于检验i AWBM在模拟季风区大气中水稳定同位素循环方面的能力,揭示影响水稳定同位素变化的主要原因,改善对季风区水循环中稳定同位素效应的理解和认识.模拟结果很好地再现了长沙降水中δ18O的季节变化,季风区降水中稳定同位素雨季被贫化旱季被富集的基本特点以及存在的显著降水量效应均被模拟出.在2010年1月-2012年12月,模拟的冬季风盛行期间的加权平均δ18O为-6.58‰,与该时段的实际监测值相当;模拟的夏季风盛行期间的加权平均δ18O为-9.58‰,低于该时段的实际监测值.i AWBM主要利用大气的可降水量、水汽通量、蒸发量和降水量4个驱动变量来模拟水稳定同位素的循环.其中,可降水量对水稳定同位素变化的贡献被包含在其他3个驱动变量中.水汽通量对水汽同位素变化的贡献具有富集和贫化的双重作用,蒸发量和降水量对水汽同位素变化的贡献分别具有富集和贫化的作用.在对水汽同位素起富集作用的两个因子中,水汽通量的平均同位素贡献为1.66‰,贡献率为63.97%;蒸发量的平均同位素贡献为0.91‰,贡献率为36.03%,水汽通量的同位素贡献起主要作用.在对水汽同位素起贫化作用的两个因子中,水汽通量的平均同位素贡献为-1.40‰,贡献率为53.47%;降水量的平均同位素贡献为-1.09‰,贡献率为46.53%,水汽通量和降水量的同位素贡献大致相当.     

黄土高原半干旱地区大气可降水量研究

利用AERONET观测网SACOL站点2006年7月-2012年7月Level 2.0可降水量资料及与其对应的地面观测资料, 研究了黄土高原半干旱地区大气可降水量及其与地面水汽压之间的关系. 结果表明: 可降水量与降水量二者变化趋势基本相同, 8月最大. 月降水转化率呈现出"两峰两谷"型变化, 5月和9月出现峰值, 7月和12月出现谷值; 四季降水转化率均小于13%, 冬季仅为3.21%, 具有一定的增水潜力. 黄土高原半干旱地区大气可降水量与地面水汽压之间存在二次多项关系W=0.0018e²+0.0933e+0.0354, 在没有直接途径测量大气可降水量值的情况下具有一定应用价值.     

北大西洋涛动对青藏高原夏季降水的影响

利用青藏高原中东部1961-2004年60个气象台站夏季(6-8月)降水资料,通过旋转经验正交函数分解发现青藏高原夏季降水存在南北反向变化的空间模态,分析表明这种变化模态与北大西洋涛动(NAO)密切相关.利用NCEP/NCAR再分析资料进行环流场分析,探讨了NAO对青藏高原这种降水空间变化模态的影响机制.结果表明:强NAO年份时,高原北部水汽输送通量强度增强,水汽辐合增强,而高原南部水汽输送通量强度减弱,此时高原切变线位置明显偏北,正是在这种水汽输送和环流形式配置下使得高原北部降水偏多而高原南部降水偏少;在弱NAO年份,上述情况基本相反.     

1971-2010年青海高原不同功能区可降水量的变化特征

利用1971-2010年青海省境内43个气象站的降水量和水汽压月资料, 运用整层大气可降水量经验公式, 计算了青海高原东部农业区、环青海湖区、三江源区和柴达木盆地4个不同生态功能区的可降水量和降水转化率. 结果表明: 不同生态功能区可降水量均呈单峰形态分布, 均在夏季达到最大值; 降水转化率在三江源区和东部农业区呈双峰分布, 柴达木盆地和环青海湖地区呈单峰分布. 不同生态功能区年可降水量近40 a均呈上升趋势, 其中, 柴达木盆地和环青海湖区上升趋势显著; 不同生态功能区年可降水量均发生了突变, 东部农业区发生在1983年, 柴达木盆地发生在1996年, 三江源区和环青海湖区发生在1993年. 可降水量自西向东呈逐渐增加趋势, 降水转化率形成以青海湖区为中心的马鞍形场.     

西北地区大气水汽的区域分布特征及其变化

对西北地区大气水汽的区域分布及变化特征进行了分析.结果表明:受不同气候系统影响的西北地区可划分为西风带、高原区与东亚季风等3个气候影响区,水汽沿西北、西方与西南3条路径输送到西北地区;东亚季风区是西北大气可降水量和水汽通量的最丰富区,西风带区是次之,高原区最少.平均状况下,高原区的边坡、东亚季风区、天山及祁连山等西北地区降水最大和次大中心维持水汽的辐合状态.西风带区在1978年以前净水汽通量呈“亏损”状态,之后维持“盈余”;高原区净水汽通量一直为“亏损”状态;东亚季风区90年代以前净水汽通呈“盈余”状况,其后基本维持平衡,且数值远大于其它区.西风带区降水和大气水汽在变化过程中均有突变发生,时间分别为1990年和1985年,其它两区没有突变现象发生.     

呼伦贝尔市2016年3月31日-4月2日暴雪过程天气学特征研究

利用常规观测资料及NCEP 1.0°×1.0°再分析资料,对2016年3月31日至4月2日发生于呼伦贝尔市的一次暴雪天气过程的环流形势、成因机制进行分析,以期总结出此次暴雪的特殊之处,为今后的暴雪天气预报提供可参考的经验。从天气学角度详细地分析此次暴雪过程的高低空影响系统的生消演变,特别对产生极端降水的水汽输送条件、水汽辐合情况、局地水汽聚集以及垂直运动情况进行详尽的分析。研究结果表明：此次暴雪天气过程是由短波扰动叠加低空锋区,导致斜压有效位能释放转变为扰动动能,并促使扰动发展加深为大型涡动而产生;水汽通量分布形态在一定程度上决定了水汽输送效果,“均匀狭长”的分布形态具有更高的水汽输送效率;涡度差动平流与温度平流表明动力因子与热力因子在本次过程中对垂直运动均有显著贡献,而水平散度作为直接反映质量汇集、流失的参量可以更为直观地反映垂直运动的强弱与分布;整层水汽通量散度积分作为与降水强度直接相关的物理量,对于降水量级的反映异常精准,配合中低空气流强度与方向,可对降水落区与时段进行精确判断。     

中天山及其北麓的降水变化及其原因分析

利用中天山地带85.0°～90.0°E,42.5°～45.0°N范围内17个气象站1961-2000年的降水、气温观测数据及美国NCEP/NCAR1950-2000年再分析月平均资料进行计算和分析,结果表明:这一区域近年来降水呈现上升趋势,且冬、夏季相对显著,山区降水增幅大于山前平原地带.年代际变化表现为60-70年代降水量减少,80-90年代逐步增加.大气可降水量多年也表现为增加趋势.近50a来该地区上空的水汽输送状况显示,年平均大气水汽输入为9217.8×10⁸m³,输出水汽8625.7×10⁸m³,净收支为592.0×10⁸m³,且水汽收支主要取决于夏半年的水汽输入量,境外全年输入的水汽只有6.4%转化为降水.从50-90年代水汽净收支总体上呈减少趋势,只在90年代有略微增长.结合该地区的河流径流增加、冰川物质平衡一直处于亏损状态,说明中天山北麓近年来降水量增加的主要原因是由于该地区内部的水循环量增加和水循环速率提高.     

黄河流域夏季有效降水转化率

利用NCEP/NCAR再分析资料及中国实测雨量资料,分析发现黄河流域夏季整层降水转化率普遍较低,因考虑到整层中应有某一气压层具有最有利的水汽输送、抬升凝结和垂直运动条件,由此将该气压层定义为有效降水转化率层(简称有效层),降水与有效层可降水量之比称为有效降水转化率。通过分析黄河流域夏季各分区垂直速度与水汽等因子,确定上、中、下游夏季有效层分别为地面~500hPa、600~400hPa、850~600hPa。对比分析表明:夏季各区平均水汽收支与降水转化率,各自在整层和有效层上的逐年演变趋势均一致,峰谷相对应,且49年间降水转化率在有效层上的数值均大于整层的。夏季有效降水转化率在青藏高原上空及中游东部最高,高原东北侧最低,旱、涝年与多年平均状况下的分布形式虽然一致,但涝年的数值明显大于旱年。     

南水北调西线引水区与黄河上游降水过程的水汽特征分析

利用NCEP再分析资料,分析了南水北调西线引水地区和黄河上游的可降水量、水汽通量、水汽通量散度和该区域的流场.结果表明:在5~9月间,该地区可降水量7月最大,其次为8月、6月、9月,最小为5月;水汽通量主要从南边界获得,北边界存在较稳定的强度不大的净收入,西边界不太稳定,会出现负收入.研究区域上空600 hPa水汽通量主要为辐合,风场散度对水汽通量散度的贡献最大;向研究区域输送的水汽在低层既有直接从孟加拉湾输入,又有从孟加拉湾经中南半岛北部绕过来的,而高层则基本从孟加拉湾直接输入.