夏季云贵高原地区降水特征及云水资源的匹配

基于云贵高原地区1961—2010年高分辨率(0.5°×0.5°)逐日降水格点资料,分析了云贵高原及东、西两个区域的夏季降水变化特征。并结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979—2010年ERA-Interim再分析资料,计算了其夏季水汽输送通量和净水汽收支。结果表明:(1)云贵高原夏季平均降水分布不均匀,存在区域差异:云贵高原西部的中部为降水量低值区,其向南、向西逐渐增加;东部由其东南部向西北部递减的分布形式。(2)将云贵高原分成两个区域,东、西部区域的降水都呈增加的趋势,降水量较高的区域降水增长速度较快。(3)大气中的水汽从云贵高原南边界和西边边界进入,从北边界和东边界流出,全区以净水汽输出为主,输出值与降水的变化都呈增长趋势。其中东部水汽为净输入;西部为净输出,向各区域的水汽输送量逐渐增加与各区降水量呈增长趋势变化同样相一致。(4)影响西部夏季降水的水汽主要源于孟加拉湾北部、南海北部和横断山到四川盆地地区,而东部水汽主要来自南海北部和四川盆地西部。     

黄河三门峡水库—小浪底水库间夏季降水量年际变化及水汽形势分析

利用1960~1999年全国600个站月平均降水资料,对黄河三门峡水库—小浪底水库间的夏季降水总量年际变化进行了统计分析,并应用功率谱诊断方法提取了夏季各月降水的振荡周期。在此基础上,选取了黄河三门峡水库—小浪底水库间降水量多与少的年份,利用NCEP再分析资料研究了其上空的水汽变化以及水汽输送量变化。结果表明,黄河三门峡水库—小浪底水库间降水量多的年份,其上空为较为明显的水汽辐合;降水量比较少的年份,其上空为明显的水汽辐散。选取多雨年(1982年)及少雨年(1997年),结合NCEP再分析资料以及TBB资料,进一步验证了上述结论。     

青藏高原近40年的降水变化及水汽输送分析

利用中国青藏高原地区1961—2000年56个气象站的逐月降水资料,分析了青藏高原地区1961—2000年的降水量变化趋势及水汽输送。结果表明,青藏高原40 a降水量呈增加趋势,线性增长率为1.12 mm/a。高原南区年降水量呈增加的趋势,线性增长率为1.97 mm/a;北区年降水量变化较小。青藏高原降水量在1978年由少雨期转为多雨期,青藏高原夏季降水与孟加拉湾的水汽输送及副高的水汽输送关系密切。     

季风湿润区夏季水汽收支的年代际变化特征

采用1983—2002年NCEP/NCAR再分析资料和我国660站降水资料,对我国东部季风湿润区夏季水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:20世纪80—90年代夏季水汽收支时间序列表现出明显的年代际变化增加趋势,与降水时间序列的相关系数为0.71;水汽收支高值、低值年代不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚夏季风的强弱和降水异常变化。合成的水汽输送年代际异常在东亚—西太平洋区表现为4个异常环流,异常水汽通量辐合区位于长江流域及以南地区。水汽收支高值年代,亚洲大陆高纬度地区低压偏弱,大陆表面温度及西太平洋海温偏高,我国东部沿海盛行异常偏南风,低层气流辐合、高层气流辐散强,垂直上升运动强烈;低值年代则相反。合成的经向水汽收支占总收支的71.3%,合成的异常降水量最大达100 mm以上。     

江淮流域夏季典型旱涝年大气中的水汽输送和收支

该文利用NCEP/NCAR再分析资料对中国东部区域1991年和1994年这两个夏季旱涝典型年的降水状况、水汽输送及收支状况等进行了综合定量对比分析,结果表明:江淮流域夏季旱涝形势的形成更多地取决于流经其上的东西向水汽输送的变化。南亚夏季风强弱的变化对江淮流域的旱涝形成可能具有更为重要的影响。中国东部夏季的偏西水汽输送主要来自西南地区西边界,江淮流域夏季干旱年该地区西边界的水汽输入明显比洪涝年减少,因而在未来的中国东部旱涝预测中要特别重视西南地区西边界的水汽输送状况。     

东北区夏季多雨年水汽异常输送特征

应用东北区91个测站1955～2000年夏季（6～8月）逐日降水资料和相应的NCEP／NCAR逐日水汽输送资料,分析了该区夏季降水的区域特征,并进一步研究其多雨年的水汽异常输送特征。结果表明,东北地区的夏季降水异常具有明显的区域性,可分为6个独立的区域。对各区域多雨年和降水正常年的水汽异常输送进行对比分析,发现各区域多雨年的水汽异常输送路径和关键区均存在明显的不同。     

塔里木盆地夏季降水年代际的变化及联系的大尺度环流[*]

基于1961-2020年夏季塔里木盆地33站逐日降水数据和NCEP/NCAR大气环流再分析数据,分析了塔里木盆地夏季降水的年代际变化特征及影响环流。结果表明,塔里木盆地夏季降水在1986/1987年发生了由少到多的年代际突变,降水显著增加的区域主要位于盆地的西部和北部,主要由降水日数的增加贡献。不同年代际背景下,影响塔里木盆地夏季降水的环流配置存在一定差异。1961-1986年,影响盆地夏季降水的中亚副热带急流位置显著南移,中亚上空的异常气旋位于40°N附近,水汽源于阿拉伯海;1987-2020年,影响盆地夏季降水的中亚上空异常气旋位置位于40°N以南,水汽源于孟加拉湾和西北太平洋。东大西洋—西俄罗斯大气遥相关型在塔里木盆地夏季降水的年代际变化中扮演了重要角色。     

华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系

本文基于1961～2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF（欧洲中期天气预报中心）ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:（1）华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。（2）降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E～120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。（3）华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减—增—减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。（4）水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。（5）考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。     

天山山区水汽输送气候特征

应用2000～2011年NCEP/NCAR再分析逐日6h 1 1资料,分析了新疆天山山区对流层不同层次空中水汽输送特征,结果表明：(1)天山山区地面～100 hPa每年平均有11504.1×108t水汽输入,11337.0×108t水汽输出,水汽净收支为167.1×108t,其中西、北边界为输入,东、南边界为输出,对流层中层水汽输送量最大,低层次之,高层最小。天山山区水汽总输入量占全新疆水汽输入量的44.1%。(2)各季节中夏季水汽输送量最大,春季、秋季相当,冬季最小,西边界、北边界均为水汽输入边界,东边界、南边界均为水汽输出边界,对流层中层水汽输入量最大。     

川渝盆地夏季旱涝变化特征及成因分析

利用川渝盆地18个观测站1955—2008年的月平均降水资料,分析了川渝盆地东、西部夏季降水的年代际变化特征;通过NCEP/NCAR再分析资料、NOAA OLR资料,分析了川渝盆地东、西部多雨年和少雨年的环流形势,结果表明:(1)川渝盆地东、西部夏季区域平均降水量呈负相关关系,且川渝盆地东、西部夏季降水的长期变化周期也有一定的差异。(2)在川渝盆地西部多雨年,500 hPa高度上北半球欧亚地区两脊一槽型环流发展,孟加拉湾的低气压有利于水汽从西南方向输送到我国,同时南亚高压西部增强,使得川渝盆地西部和我国河套地区降水偏多。而在川渝盆地东部多雨年,东亚高纬度地区经向环流有利于我国东部冷空气南下,配合副热带高压西伸,南亚高压东部减弱,我国中部地区和川渝盆地东部降水偏多。(3)前期春季OLR场特征对后期夏季川渝盆地夏季降水的预测有一定的指示意义。在川渝盆地西部多雨年,印度洋到孟加拉湾整个地区前期春季OLR减小,印度洋和孟加拉湾地区的对流活动增强,有利于水汽输送到川渝盆地西部地区。而川渝盆地东部多雨年,从南海向我国的水汽输送增强,盆地东部地区降水偏多。     

青海高原夏季降水异常及其水汽输送特征分析

通过对青海高原夏季降水异常及其水汽输送特征的分析表明:(1)青海高原夏季降水的年代际变化总体呈先增后减的抛物线型变化,80年代中期以前没有明显的变化周期,80年代末以后存在较稳定的3年周期,目前正处于一相对多雨时期。(2)青海高原夏季整层水汽通量在50~150kg·m-1·s-1之间,自西界向东界增加,近43年空中水汽收支整体上呈增加趋势。(3)旱年青海高原空中水汽偏少10~40kg·m-1·s-1,水汽通量散度场除北部呈辐合加强外,其余地区均为水汽通量辐散加强区。涝年青海高原水汽输送偏强10~20kg·m-1·s-1,水汽通量散度场表现为整个区域的辐合加强。(4)旱年青海高原空中水汽收支呈“盈余”状态,但比平均状况少2923·3kg·s-1,减幅为21·88%;涝年空中净水汽通量也呈“盈余”状态,但比平均状况多7253·6kg·s-1,增幅达53·99%。     

全球变暖背景下青藏高原夏季大气中水汽含量的变化特征

利用中国气象局提供的0. 5°×0. 5°降水和温度的日值资料,联合ERA-Interim、MERRA2(second M odern-Era Retrospective analysis for Research and Applications)和JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)再分析资料以及全球陆面数据同化系统(Global Land surface Data Asimilation System,GLDAS-2. 0)资料,研究了全球变暖背景下青藏高原夏季地表气温及降水的变化特征,以及该地区大气中水汽含量及水汽输送特征。结果表明,1979—1998年期间,高原的地表气温呈增加趋势,降水呈减少趋势;而在全球增温减缓期间(1999—2010年),地表气温及降水较1979—1998年期间呈现更为显著的增加趋势。在青藏高原上空,大气中水汽含量在1979—2010年间整体呈增加趋势;然而,进一步分析表明,在此期间由外界向高原输送的水汽逐年降低,尤其在1998年后,由于西南季风强度的大幅减弱,使得外界向高原的净水汽输送量减少得更为显著;青藏高原地表蒸散量的分析表明,自1998年后,高原地表的蒸散量显著增加,成为高原地区大气中水汽增加的主要原因。     

青藏高原南缘关键区夏季水汽输送特征及其与高原降水的关系

青藏高原南缘水汽输送和聚散过程决定着高原及其邻域的降水分布特征,在提出"青藏高原南缘水汽输送关键区"(简称南缘关键区)概念的基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料分析了1979-2010年南缘关键区夏季水汽输送过程与收支变化,并根据台站降水量观测资料探讨了南缘关键区各边界水汽收支与高原夏季降水分布的关系。结果表明,孟加拉湾偏南风水汽流进入南缘关键区后,在印度热低压与青藏高原大地形制约下,形成了3条进入高原的水汽输送通道。这使得南缘关键区整体为多年平均水汽辐散区,除南边界外,其余均为水汽输出边界。南缘关键区各边界水汽收支年内与年际变化明显,且东、西边界水汽输出强度变化特征相反。而各边界水汽收支与印度热低压和南海夏季风活动关系密切,输出边界的水汽支出异常则直接影响着青藏高原乃至周边季风区的降水异常分布以及极端旱涝事件的发生、发展。此外,NCEP/NCAR与JRA-25再分析资料之间的对比验证表明,这两种再分析资料在青藏高原南缘水汽输送过程的定性研究中是可靠的。     

全球变暖背景下对流性降水变化特征及影响 因子分析

根据NCEP/NCAR逐日、逐月温度资料和相对湿度资料,及长江中下游60个气象站逐日降水资料,采用趋势分析、突变检验等方法,研究了近60年来全球和北半球地表温度变化趋势,分析了温度增加前后,夏季(6～8月)对流性降水的变化特征及其部分影响因子.结果表明:近60年来,北半球年平均及夏季平均地面温度为增暖趋势,1998年为增暖突变年份;变暖后,长江中下游地区夏季对流性降水事件的发生频率呈增多趋势且强度增强;全球增暖后,对流层中、高层水汽含量呈下降趋势,对流层低层水汽含量呈上升趋势;热含量除个别月份外,在700、850、1000 hPa均有明显增长;大气中不稳定性也显著增强.这些与对流性降水事件发生频率的增加和强度的增强有很好的对应关系,说明全球变暖导致的大气中水汽含量变化、湿空气热含量增加和不稳定性增强对对流性降水事件可能有重要影响.     

全球典型干湿变化区域水汽收支与降水变化的对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和CRU降水数据,分析了1948-2009年全球典型干湿变化区域水汽收支的时间变化特征,并比较了这些区域净水汽收支、可降水量与降水的变化关系。结果表明:(1)亚洲大陆东部、非洲大陆年水汽收支显著减少,而北美大陆显著增加,三个地区的净水汽收支变化与区域的干、湿变化特征相一致;(2)对于亚洲大陆东部,春、夏、秋季和年水汽收支状况较一致,即经向收支和净收支均呈显著减少趋势,纬向收支均呈增加趋势。冬季与年平均状况有所不同,三种收支都增加;(3)在北美大陆,夏、秋和冬季的水汽收支趋势与年水汽收支趋势基本一致,即经向收支增加,纬向收支减少,净收支增加;仅春季经向收支减少,纬向收支增加;(4)在非洲大陆,四个季节的纬向收支和净收支均减小,纬向水汽的变化主导着净水汽的变化;与年变化特征不同的是,春、夏季的经向收支减少;(5)近几十年来,在亚洲大陆东部和非洲大陆,伴随着各季及年降水的减少,同期净水汽收支和可降水量也随着减少,且相关显著。在北美大陆,伴随着各季及年降水的增加,同期净收支也随着增加,且相关也较显著。值得注意的是,北美大陆的可降水量与降水没有很好的相关性。     

西北干旱区空中水资源的时空变化特征及其原因分析

利用1979—2008年NCEP/NCAR月平均再分析资料,从大气可降水量、水汽输送及收支等方面分析西北干旱区空中水资源的时空变化特征,并揭示其主要原因。研究表明,1979—2008年西北干旱区整层年水汽含量略呈增加趋势,而夏季水汽总收入呈现显著增加趋势。区域空中水资源的变化与中纬度西风水汽输送密切相关。尽管区域西风指数的年代际减弱反映了西北干旱区东、西边界西风水汽输送的减弱趋势;但受区域特殊地形的影响,区域东边界水汽收支的减弱趋势远强于西边界,使得大量的水汽滞留于西北干旱区,从而导致该区域夏季水汽总收入呈现增加趋势。     

2000—2009年江西空中水汽资源变化特征

利用2000-2009年南昌、赣州两个探空站资料,通过计算大气水汽含量和水汽通量,对江西省空中水汽含量变化、分布、水汽输送等特征进行了分析。结果表明,近10年来,江西省平均大气水汽含量为35.04 kg/m2,水汽含量呈下降趋势。水汽含量夏季丰富,冬季匮乏,2-6月是江西大气中水汽含量主要增长期,最大值出现在8月,最小出现在1月或12月;空间上呈现南多北少分布。水汽输送在春、冬季以纬向输送为主,夏、秋季经向和纬向输送量基本相当。     

1971—2010年三江源地区水汽输送变化分析

在利用三江源地区及邻近区域探空资料对NCEP/NCAR I再分析资料进行适用性分析的基础上,采用1971—2010年再分析资料的逐日风场和比湿数据,分析三江源地区水汽输送的变化。结果表明:1971—2010年,经向流入三江源地区的水汽显著减少,使区域总水汽收支也呈显著减少趋势。水汽通量在1970年代和1980年代的变化相对较小,在1990年代和2000年代的变化幅度则较大。三江源地区总水汽收支在春季、夏季和秋季均呈明显减少趋势,冬季则无明显变化。三江源地区水汽输入明显减少,特别是6月和9月显著减少,对该地区降水形成不利。     

新疆春季降水异常的环流和水汽特征

利用1961—2007年新疆75个气象站月降水量资料和NECP/NCAR逐日4次再分析资料(2.5°×2.5°),分析了新疆3~5月降水异常环流、水汽输送和收支特征,以及环流和水汽异常对整个水汽输送异常的贡献。结果表明,斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)是造成新疆春季各月降水异常的主要环流型。3月水汽输送量最小,4~5月相当,各层西边界为主要流入界,东边界为主要流出界,西风气流输送水汽多少决定降水异常。各月降水偏多的水汽输送异常表现为3月出现巴伦支海—新地岛以东向南到里海、咸海—巴尔喀什湖水汽输送异常,然后其随西风气流进入新疆;4月出现西伯利亚向里海、咸海地区和阿拉伯半岛向里海、咸海水汽输送异常,而后其随西风气流进入新疆;5月出现西伯利亚向咸海—巴尔喀什湖、巴伦支海向南到地中海东部的水汽输送异常,同时还出现红海向地中海东部和阿拉伯海向北到中亚的水汽输送异常,高、低纬向中纬水汽输送异常并汇合于中纬后沿西风气流进入新疆。各月环流异常对整个水汽输送异常起主要作用。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。