夏季亚洲季风区的水汽输送及其对中国降水的影响

利用1948-2005年NCEP/NCAR逐日及月平均资料,研究了亚洲季风区水汽输送的气候特征及其与中国夏季降水的关系.结果表明:(1)亚洲夏季风区不论在纬向和经向输送上,都表现了其独特性.夏季亚洲季风区为强大的水汽汇,东亚大陆和印度季风区均有较强的水汽辐合中心.(2)大部分水汽集中在对流层中下层,主要来自印度季风区,而对于对流层中上层,则以西太平洋和中纬西风带的输送为主.(3)印度季风在5-7月纬向向东的输送加强,东亚季风在6-7月以经向向北的输送加强为主,7月达最强,8到9月季风减弱直至结束.亚洲季风区青藏高原南侧的南支西风对东亚的水汽输送有重要作用,表现为春季最强,中高纬和热带西风输送变化同步,在盛夏达到最大,7月热带西风输送的水汽占三支水汽总输送的80%左右,来自中高纬地区的水汽约占18%.(4)季风爆发后,大量水汽从南半球输送到亚洲季风区.水汽辐合增加最大在孟加拉湾、中南半岛和南海地区,中国大陆的水汽主要经南海北边界输入.(5)水汽输送的北进与雨带的北推相一致.水汽输送场的时空分析表明,EOF1和EOF2分别代表强弱季风年的水汽输送特征.EOF1反映了东亚季风区一致的异常向北输送,并且在1970年代末发生了明显减弱.它与华北降水相关密切,表明自1980年代以来东亚季风向北水汽输送的减弱是华北干旱的主要原因.EOF2的主要特征是从1980年代之后,来自东北和西南的异常水汽在长江流域辐合,导致长江流域降水增多.相关分析表明,东亚夏季风在年代际尺度上的变化对此起了重要作用.     

西北干旱区水汽收支变化及其与降水的关系

利用NCEP资料计算并分析1961—2010年西北干旱区(35°N—50°N,73°E—105°E)经纬向水汽输送、蒸发和水汽辐合辐散的变化特征,以及它们与同期西北干旱区降水之间的关系。结果显示:(1)西北干旱区冬、春、秋季经向水汽输送为净输入,纬向为净输出,总水汽输送为净输入。夏季经、纬向水汽输送均为净输出;(2)1961—2010年,西北干旱区各季节降水均增加,冬、春季降水增加显著,夏、秋季降水增加不显著。冬季纬向水汽净输出减少,导致西北干旱区冬季总水汽输送增加;春、秋季经向净输入减少和夏季经向净输出增加,导致春、夏、秋季总水汽输送减少;(3)1961—2010年,西北干旱区各季节蒸发量显著增加,且夏季增加趋势最显著;(4)各季节水汽通量散度显著减小,水汽辐合加强,且夏季水汽辐合增强最明显;(5)蒸发增大和水汽辐合增强是西北干旱区降水增加的主要原因,但外部水汽输送变化也会影响降水变化。     

华南冬春降水的年际变化及其与水汽输送的联系

利用1960—2008 年华南47 个基准站降水资料和NCEP/NCAR 再分析资料,研究了华南冬春降水的年际变化特征及其与水汽输送的联系。结果表明,1960 年代—1970 年代和1990 年代末至今,华南冬、春降水明显偏少。华南冬春降水异常以“ 全区冬春同号型” 居多,且冬春连旱频率较高。影响华南冬春连续旱/涝的水汽输送存在季节性差异,冬季水汽输送变化主要来源于孟加拉湾和南海,春季水汽输送变化则来源于南海和我国北方。进一步探讨海温异常的影响发现,与华南冬春连续旱(涝)事件相关的Niño3.4 海温存在正、负异常型,海温异常中心分别偏向Niño4(Niño3)区和Niño3(Niño4)区。Niño3.4 区海温正异常时,孟加拉湾和南海水汽输送与华南冬春连续旱涝有密切联系;Niño3.4 区海温负异常时,冬季自西北太平洋经南海的水汽输送及春季自菲律宾海经南海的水汽输送和北方水汽输送对华南冬春连续旱涝有重要影响。以上水汽输送在两种海温异常情况下,连涝(旱)年均异常偏强(弱)。因此,Niño3.4 海温异常的变化及分布与华南冬春持续旱/涝事件存在联系,在此气候背景下,水汽输送异常是影响华南冬春降水异常的重要物理因子,其中南海是水汽输送异常显著相关区。      

长江流域旱涝时期大气水汽输送与收支

本文对1980年和1985年长江流域典型夏涝与夏旱时期中国大气水汽输送以及收支特点进行了对比分析。旱涝形成在很大程度上是水分盈亏问题。水分输送及平衡在气候形成中的作用一直受到气象学者的重视,但旱涝时期我国大气水汽输送和收支的研究还不多。     

大气水汽的输送和收支及其对副热带干旱的影响

本文利用1979年9月至1984年8月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)每日四次的十三层分析资料,研究不同尺度的大气运动对水汽输送和收支的贡献。指出Hadley环流对水汽从副热带向赤道输送和从冬半球向夏半球的输送中起着决定性作用。热带行星波则把水汽从热带输向副热带。在中高纬的水汽向极输送中,天气尺度的波动比行星尺度的波动更重要。在南半球,天气尺度的波动支配着水汽的输送过程。分析和数值试验表明,副热带干旱受到nadley环流和热带行星波异常的强烈影响。     

江淮流域大气水分特征与旱涝关系的诊断分析

本文利用全国125个探空台站1980年(涝年)和1985年(旱年)的一日二次的探空资料计算了江淮流域大气中的水汽通量。通过对其年变化规律的分析,揭示了旱、涝年份水汽输送的特点。结果表明:大气中的水汽输送对于旱涝形成有着重大影响,旱、涝年份的水汽输送场存在明显的差别。夏涝年,水汽输送最大中心及雨带均停留在江淮一带。而夏早年,水汽输送最大中心及雨带则明显偏北。并且发现,在水汽输送场上的可降水量最大中心、水汽辐合带及水汽辐合量最大中心也与雨带有很好的一致性。     

洞庭湖地区的水汽输送来源特征分析

摘 要：利用NCEP／NCAR再分析资料、地面站点资料、引入拉格朗日方法的轨迹模式，定量分析了洞庭湖地区2014-2017夏半年水汽输送来源特征，对比了2017年“6.22”极端降水两个时段的水汽输送来源差异，得到以下结论：洞庭湖地区夏半年的主要输送源地为太平洋（32.3%，水汽输送贡献），孟湾-南海（28.3%），印度洋（26.6%），局部地区水汽输送相对较少，但不可忽视。各源地各月水汽输送具有较大差异，其中4、5月份以太平洋和孟湾-南海水汽输送为主，6、7月份以印度洋水汽输送为主，太平洋、孟湾-南海次之。“6.22”极端降水环流背景：中低纬西太平洋副热带高压稳定维持，洞庭湖地区处于副高西侧的强水汽输送带中，有利于水汽源源不断往暴雨区输送。“6.22”极端降水主要集中在两个时段，其水汽来源具有较大差异。第一个时段的水汽源地主要为印度洋，其次为孟湾-南海，其他源地水汽输送贡献较小，其中欧亚大陆为干冷空气输入。而第二时段局部地区和欧亚大陆无水汽来源，中低层无干冷空气侵入，印度洋，孟湾-南海水汽输送仍占主导地位，太平洋水汽输送明显增多。     

盛夏我国东部地区热量平衡的个例计算

本文选取1959年7月23—26日4天正当高空副热带高压控制我国大陆时,对我国东部地区计算了能量方程中各项数值,以及各边界上的能量输送。计算表明,这个地区为能源区城,向外输送热量和水汽。至于在东、西、南、北四个边界上输送的情况有很大的差异,南界以输入为主;东界低层为输出,高层为输入。这种输送是由这个地区低空为大陆热低压,高空为副热带高压的环流特点所决定的。在热量输送中,扰动输送比平均输送为重要。在能量平衡中,支出项主要为平流输送和辐射冷却,而收入项主要是由下垫面向上输送感热和水汽潜热,大气本身的热量和水汽含量的变化在能量平衡中作用较小。湍流感热输送约为蒸发潜热输送的1.84倍。     

青藏高原“三江源地区”雨季水汽输送特征

利用40年NCEP/NCAR再分析资料和青藏高原三江源地区的降水资料,分析了三江源地区的水汽输送特征.研究表明:在东亚和印度季风驱动下的西南暖湿气流是三江源地区空中主要水汽来源,其次是来自西边界中东高压中的偏西气流和西风带中的偏北气流,这3种大尺度环流背景的气流汇集到三江源区,使该地区6-9月处在水汽辐合区内,同时在高原大地形的动力作用下,三江源地区近地面层维持定常的切变、低涡等天气系统,源源不断的降水为这一区域形成江河源头创造了条件.在水汽输入的各边界中,南边界季节变化特征显著,冬、春季水汽输入量小,夏、秋季水汽输入量大,9月达到全年的最大值.西边界的水汽输入量季节变化特征不明显,一年四季有水汽输入.北边界冬、春季水汽输入量小,夏、秋季水汽输入量大,6月达到全年的最大值.水汽输出主要在东边界.从三江源地区空中净水汽输入(输出)量收支的月际变化来看,6-9月水汽是收入的,5月收支平衡,10月到次年4月水汽是支出的,三江源地区的这种净水汽输入(输出)量收支的月际变化与该地区降水量的月际变化基本一致.冬、春季以西边界的水汽输入为主,夏、秋季以南边界的水汽输入为主.青藏高原三江源地区主要水汽输入边界的水汽通量近40年来呈现减少的变化趋势,这将影响到三江源地区未来的降水变化.     

青藏高原东部及邻近地区水汽输送的气候特征

利用1980—1997年垂直积分的整层水汽输送通量资料,分析了青藏高原东部及其邻近地区水汽输送的气候特征。结果表明,该区的水汽输送具有明显的季节变化特征:冬、春季的水汽主要来源于中纬度的偏西风水汽输送,夏季(7月)主要来源于孟加拉湾和南海,秋季(10月)主要来源于西太平洋地区。季风携带的南来水汽在高原东侧地区的进退比较缓慢,8月初北扩到40°N附近,10月中旬南退出30°N,其强弱和进退异常能影响极端旱涝事件的发生。来自南海、西太平洋地区的水汽输送对高原东部及其邻近地区的影响值得关注。     

Local and Global Similarity in Turbulent Transfer of Heat, Water Vapour, And CO 2 in the Dynamic Convective Sublayer Over a Suburban Area

We investigated the ‘local’ and ‘global’ similarity of vertical turbulent transfer of heat, water vapour, and CO₂ within an urban surface layer. The results were derived from field measurements in a residential area of Tokyo, Japan during midday on fair-weather days in July 2001. In this study, correlation coefficients and quadrant analysis were used for the evaluation of ‘global’ similarity and wavelet analysis was employed for investigating ‘local’ similarity. The correlation coefficients indicated that the transfer efficiencies of water vapour and CO₂ were generally smaller than that of heat. Using wavelet analysis, we found that heat is always efficiently transferred by thermal and organized motions. In contrast, water vapour and CO₂, which are passive quantities, were not transferred as efficiently as heat. The quadrant analyses showed that the heat transfer by ejection exceeded that by sweep, and the ratios of ejection to sweep for water vapour and CO₂ transfer were less than that for heat. This indicated that heat is more efficiently transferred by upward motions and supported the findings from wavelet analysis. The differences of turbulent transfer between heat and both CO₂ and water vapour were probably caused both by the active role of temperature and the heterogeneity in the source distribution of scalars     

长江上游地区盛夏季节的水分循环

根据1955—1961年的材料,研究了每年盛夏长江上游地区的水分循环,给出了本区四个边界上各年各层的水汽输送量及各年的水分循环各要素值,并与其它几个地区的水分循环情况进行了比较。文中也简略讨论了本区水汽输送与夏季环流形势间的关系。 本区的水分循环,与其它地区相比较,有一些独特之处:水分循环系数K及水分循环强度均较大(K=1.094)。蒸发与降水量之比值较小。水汽输送最大的层次较高(在850—700毫巴间)。造成这些特点的原因主要在于本区的特殊自然地理条件(是群山环抱,海拔较高的盆地)。可见自然地理条件对水分循环情况有重要影响。 可以推论,在本地区采取增加内部蒸发量的措施,对于降水量之增加,效果似乎应该较在平原地区显著。     

台风倒槽影响下邯郸大暴雨过程分析

从天气系统背景、FY-2C卫星产品、水汽通量分布特征和大气稳定度特征等方面,分析了受台风低压倒槽与东移锋面云系的共同影响,于2005年7月21日夜间到23日邯郸市出现的大范围的暴雨天气,结果发现:500hPa槽前中尺度切变线是直接影响产生暴雨的重要系统;地形作用使迎风坡降水增强;中尺度对流云团和雨团关系密切,暴雨中心位于OLR和TBB低值区下面;西部山区的暴雨区水汽主要来源于南海、东海,东部平原大暴雨水汽主要来源于南海;暴雨区上空低层为对流不稳定,高层为对称不稳定。     

临近绿洲的沙漠上空近地面层内水汽输送特征

1991年7月在HEIFE实验区沙漠站进行了一次水汽输送观测实验。观测发现近地面层内比湿廓线常常出现极小值，该极小值高度为零水汽通量面的高度。这个高度以上水汽向下输送，廓线呈逆湿特征，这个高度以下水汽向上输送，廓线呈蒸发特征。沙漠上空近地面层内水汽不是常通量，在一个固定高度上观测到的水汽通量和“潜热通量”不能代表地面的蒸发量和潜热通量。     

GMS-5水汽图像所揭示的青藏高原地区对流层上部水汽分布特征

该文利用1995年6月中旬至7月初GMS-5水汽图像，对青藏高原地区对流层上部水汽分布进行了初步分析。发现高原地区对流层上部水汽的汇集主要通过以下4种方式进行:①水汽从高原东南方的雅鲁藏布江河谷等地进入高原，是主要路径；②从西南方越过喜马拉雅山进入高原；③从帕米尔及其以北地区漂过塔里木盆地后进入高原；④对流活动可以引起水汽在高原上空积聚。从多时相平均水汽图像上反映出高原上西北干、东南湿的水汽分布特征，并初步讨论了水汽图像所揭示的在高原生成的系统对我国东部天气的影响。     

New Transfer Functions for Correcting Turbulent Water Vapour Fluxes

We address the problem of the high-frequency correction of water vapour fluxes measured by eddy covariance with a closed-path infrared gas analyser (IRGA). Different transfer functions are compared and evaluated at a forested (Vielsalm, Belgium) and an agricultural (Lonzée, Belgium) site. Classical functions, usually applied to correct CO₂ fluxes (Gaussian, Lorentzian), are found to be unsuited to water vapour cospectral corrections, being characterised by too sharp a decrease at high frequency. Two other functions characterised by a lower decreasing slope are found to better fit experimental transfer functions. They were calibrated and validated on experimental transfer functions and their dependency on air humidity is parameterised. On this basis, new correction coefficients are estimated. The coefficients are found to be larger than those based on the classical functions, even when the dependency of the latter on air humidity is taken into account. The difference amounts to 10% at the forested site and to 5% larger at the crop site. The study highlights the necessity of characterising the water transfer function shape and taking it into account in the correction factor at each site equipped with a closed path IRGA.     

中国东部地区夏季水汽输送个例计算

本文根据实测风与温度记录计算了1957年7月11日到20日黄河中下游地区大量降水的水汽输送情况,并简单讨论水汽循环问题.     

A Note on the Flux-Variance Similarity Relationships for Heat and Water Vapour in the Unstable Atmospheric Surface Layer

Atmospheric surface layer (ASL) experiments over the past 10 years demonstrate that the flux-variance similarity functions for water vapour are consistently larger in magnitude than their temperature counterpart. In addition, latent heat flux calculations using the flux-variance method do not compare as favorably to eddy- correlation measurements when compared to their sensible heat counterpart. These two findings, in concert with measured heat to water vapour transport efficiencies in excess of unity, are commonly used as evidence of dissimilarity between heat and water vapour transport in the unstable atmospheric surface layer. In this note, it is demonstrated that even if near equality in flux-profile similarity functions for heat and water vapour is satisfied, the flux-variance similarity functions for water vapour are larger in magnitude than temperature for a planar, homogeneous, unstably-stratified turbulent boundary-layer flow.     

Some evaluations of drag and bulk transfer coefficients over water bodies of different sizes

Three recent experiments allow evaluation of the bulk transfer coefficients for momentum, water vapour and sensible heat over water bodies of different sizes. As part of a study of evaporation rates from a swamp, measurements of latent and sensible heat fluxes were made over Lake Wyangan in southern N.S.W., Australia. This lake is of several kilometers diameter. In a later experiment, Reynolds stress and sensible heat transfer were measured from a natural-gas platform standing in Bass Strait, south of mainland Australia. The most recent experiment involved the direct measurement of each of these turbulent fluxes from a fixed tower erected in Lake Michigan, U.S.A.Perhaps the most important of the results is the finding that drag coefficients measured over Bass Strait are not significantly different from those over Lake Michigan, despite the obvious differences in depth, fetch, and hence surface wave structure. At both locations, drag coefficients are found to increase slightly with increasing wind speed, while at low wind speeds they are not significantly different from those corresponding to aerodynamic smoothness.Near-neutral bulk transfer coefficients for sensible heat and for water vapour are found to be similar. An average value of about 1.4 × 10^–3 is obtained.It is emphasized that stability effects should be considered in any discussion of drag coefficients or bulk transfer coefficients. Large errors can result if near-neutrality is incorrectly assumed.