利用多种再分析资料对比分析青藏高原夏季大气水汽含量变化情况

利用ERA-Interim、MERRA和NCEP/NCAR三套再分析资料,分析1979~2014年夏季青藏高原大气水汽含量的时空变化特征,同时对比了各套资料异同点,结果表明:(1) ERA-Interim和MERRA资料均显示出夏季青藏高原大气水汽含量呈现显著的上升趋势,在1994~1995年前后发生明显突变,大气水汽含量由偏低时期向偏高时期转变;而NCEP/NCAR资料并没有出现类似的显著上升趋势和突变年份;ERA-Interim资料与MERRA资料的夏季青藏高原湿池指数之间的相关性明显强于NCEP/NCAR资料与它们任何一个之间的相关性。(2)夏季青藏高原大气水汽含量呈现出自高原东南边缘地区向西北部递减的分布形式。其中,MERRA与ERA-Interim资料显示的水汽含量分布更为相似,而NCEP/NCAR资料反映的水汽含量在高原中部往北递减不明显,湿度中心较为分散。(3)从空间分布上,MERRA与ERA-Interim资料显示青藏高原大部分地区夏季水汽含量均呈显著的增加趋势,而NCEP/NCAR资料仅在高原东北部小部分区域存在显著的增加趋势。(4)从夏季青藏高原大气水汽含量的年际变化特征分析来看,ERA-Interim和MERRA资料相对于NCEP/NCAR资料也更为接近。      

夏季青藏高原湿池变化特征及其与降水的关系

利用1979—2011年ERA-Interim的月平均再分析资料和全国气象台站观测资料,通过小波分析、合成分析和相关分析等多种统计分析方法,分析了夏季青藏高原湿池的基本特征,定义了能较好表征夏季青藏高原湿池强度变化的特征指数,并揭示了夏季青藏高原湿池强弱异常时的大气环流特征及其与中国夏季降水的关系。主要结论为:夏季高原上湿池特征非常明显,2个湿中心分别位于高原东南部和西南部。高原湿池强度指数有明显的阶段性变化特征,以4 a左右和6 a左右的变化周期为主。夏季高原湿池偏强(弱)年,南亚高压、西太副高、高原季风、低层风场以及整层水汽输送等均有显著变化,进而对我国夏季降水产生重要影响。     

前期印度洋海温异常对夏季高原“湿池”水汽含量的影响及其可能原因

利用Hadley中心提供的逐月海温资料、ERA-Interim再分析资料以及NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）的逐月向外长波辐射（OLR）资料探讨了1979~2011年夏季青藏高原“湿池”的水汽含量与前期印度洋海温异常的关系,并对可能的原因进行了分析。结果表明,夏季青藏高原水汽（去趋势）EOF第二模态与前期印度洋海温存在密切的正相关,前期3~4月关键区（5°S~20°N,45°E~75°E）的海温异常可以作为夏季高原水汽的预测信号。在暖水年,赤道附近显著的东风异常对夏季高原水汽输送起到了至关重要的作用。500 hPa上副热带高压显著增强并西移,600 hPa上赤道附近为显著的异常东风,将水汽从西太平洋、南海、孟加拉湾向西输送到印度半岛,并在异常反气旋环流西侧的南风作用下,将水汽带向青藏高原。高层风场上,西太平洋地区辐合,青藏高原上空辐散。以上环流形势表明暖水年夏季青藏高原水汽偏多;冷水年则相反。就影响机制而言,前期春季印度洋海温显著偏暖,引起其上空异常的对流上升运动,驱动异常沃克环流从春到夏显著维持,副热带高压的季节性北跳和异常增强西移,有利于赤道东风异常的增强和西移,并经过水汽输送通道将水汽带向青藏高原上空。     

影响长江中下游夏季降水的青藏高原水汽抽吸作用和水汽路径的定量化研究

基于2008年夏季JICA高原探空资料、1979-2015年ERA-Interim和MERRA再分析资料和中国160站点降水资料,首先评估了两种再分析资料在青藏高原(下称高原)的适用性;其次,提出将高原高低层水汽通量散度差定义为高原水汽抽吸指数;然后,采用合成分析法定义了与长江中下游(MLRYR)夏季降水关系密切的水汽路径有5条:孟加拉湾路径、云贵路径、南海路径、低纬路径和汇合路径,并对其强度进行了定量计算。研究表明:ERA-Interim相对MERRA再分析资料在高原适用性更优。在年际变化上,5条水汽路径与MLRYR夏季降水呈同相位变化。5条路径之间关联密切,构成了两条影响M LRYR降水的反气旋式水汽输送相关链:"南海-孟加拉湾-高原南缘-云贵-M LRYR"和"南海-华南-M LRYR"。南海水汽路径是中国东部地区降水重要的水汽通道;汇合路径是调控M LRYR夏季降水的重要水汽输入通道,而云贵东向路径与整个长江流域的降水呈显著正相关。影响MLRYR夏季降水的高原水汽抽吸作用主要发生在高原南缘。高原水汽抽吸作用可以将低层的水汽抽吸至高层,通过增加长江流域西入的纬向水汽输送间接影响到长江流域的降水。     

青藏高原夏季TBB场与水汽分布关系的初步研究

通过对比分析 1998年夏季各月青藏高原及周边地区GMSTBB及由HLAFS资料计算的湿度(T -Td、θse)和水汽通量平均场 ,指出 :TBB场展示的云区及无云或少云区可以直观地揭示出大气中湿、干区的分布 ,准纬向和准经向TBB低值带分别指示出大气中的水汽汇合区和水汽输送带。据此 ,由 17年夏季TBB总平均场分析得到 :青藏高原上空为北部较干、南部很湿 ,并且南部湿区中又是中、东部较湿和嵌入有两个湿中心区 ,西部较干 ;高原上的水汽来自孟加拉湾和阿拉伯海 ,并且主要从 85°～ 95°E一带中的某些有利地区涌上高原     

青藏高原东南侧干湿季气候特征与成因

利用台站降水、蒸发资料和NCEP再分析资料,通过季节水汽输送、大气可降水量分布、水汽辐合辐散诊断对西南水汽通道上青藏高原东南侧干、湿季气候特征及成因进行了分析。结果显示,四季青藏高原东南侧均存在西南水汽输送,即使冬、春季也有较强盛的水汽输送,但其上空四季均维持有水汽辐散场,不利于降水发生和维持,尤其冬、春季强度更强、范围更广。同时,受低纬高原地形影响,这一地区大气气柱短,导致青藏高原东南侧大气可降水量比周边地区明显偏少,且存在明显的季节变化,冬、春季大气可降水量仅为夏季的1/3~1/2。可见,青藏高原东南侧季节性干旱受冬、春季大气可降水量的减少和其上空更强更广的水汽辐散场共同影响所致。     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 I.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入     

青藏高原夏季降水的区域特征及其与周边地区水汽条件的配置

使用青藏高原地区97个测站1961-2005年6～8月降水总量及同期NCEP/NCAR月平均 u, v风、比湿和300 hPa位势高度等再分析资料, 首先使用旋转经验正交函数分解方法得到青藏高原夏季降水的4种主要分布类型, 之后利用相关分析方法, 分析了与4种降水类型匹配的水汽输送以及相应的环流背景, 最后使用合成分析对高原异常旱涝年的水汽输送和环流形势的差异进行了分析.结果表明, 青藏高原夏季降水的主要气候特征是南部与北部降水异常呈现相反分布的特征, 其水汽输送和环流形势配置差异显著.如果孟加拉湾海区向北的水汽输送和东部海洋向西的水汽输送加强, 同时乌拉尔山阻高强盛, 东亚从低纬至高纬呈现 " - "位势高度环流形势时, 有利于西南水汽输送并与来自东部海洋的水汽形成辐合, 造成高原夏季降水偏多, 反之降水则偏少.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 Ⅰ.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入高原西部.在讨论夏季高原地区高湿状况的维持机制时发现,相对于高原东部,只需要较少的水汽输入就足以维持高原西部大气的高湿状态;高原西部的降水、蒸发和向土壤中渗透是接近于平衡的,水分循环主要是局地的内循环.     

一个新的青藏高原热力指数的构建及其应用

利用1979-2014年ERA-Interim再分析月平均温度资料,分析了对流层中上层(500~150 h Pa)温度纬向偏差的分布特征,并将青藏高原(下称高原)对流层中上层温度纬向偏差进行垂直积分后,尝试构建一个新的表征高原热力指数(Plateau Heating Index,PHI),并分析该指数的季节演变特征及其与东亚大气环流的关系。结果表明:(1)对流层中上层纬向温度偏差的暖中心存在着季节性的移动,即春季暖中心由西太平洋迅速移至高原,而秋季则快速东移到西太平洋;(2)PHI在年进程上呈现出明显的单峰型变化特征,在11月至翌年2月为负值,其余为正值;(3)各季PHI与纬向西风的显著相关区大致以30°N为界,呈现出北正南负的反向分布。当PHI增强时,高原北(南)部西风增强(减弱),副热带西风急流增强,反之亦然;(4)各季PHI与200 h Pa位势高度的显著正相关均出现高原上空,表明高原对流层加热有利于其上空位势高度的增加。当夏季PHI偏强(弱)时,对应着南亚高压偏强(弱)。     

中国西部空中水汽分布结构特征

利用1958-1997年月平均NCEP比湿资料研究了中国西部空中水汽分布特征。结果表明：水汽的垂直分布结构非常相似，850hPa以上的水汽分布中心位于青藏高原上空，5-10月水汽含量主要集中在500hPa以下，其中7月的空中水汽含量最丰沛。水汽含量随高度减少，从季节变化来分析，夏季最大、秋季次之、冬季最小。40a的水汽年代际变化表明，夏季空中水汽含量呈现线性下降趋势，特别是20世纪90年代以来更明显；冬季比湿呈线性上升趋势，1月和7月比湿的年代际变化趋势呈反位相特征。     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

青藏高原地区上对流层—下平流层区域水汽分布和变化特征

利用2005-2008年青藏高原(下称高原)地区微波临边探测器MLS(Microwave Limb Sounder)、高光谱分辨率大气红外探测仪AIRS(Atmosphere Infrared Sounder)、ECMWF的ERA-Interim资料,以及NCEP/NCAR再分析数据和NOAA HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)轨迹模式资料,讨论了高原上空对流层顶附近的水汽分布和变化特征及高原上空平流层与对流层之间的物质交换。结果表明,3-4月高原南侧对流层顶附近100 hPa存在一个水汽低值带,而7-8月和9-10月此处存在一个明显的水汽高值区。3-4月夏季风未发展之前,受高原大地形抬升和西风气流的影响,高原以南地区存在对流层与平流层的物质交换,而215 hPa的高原中部地区(80°E-90°E)则由于空气的下沉运动将上层的干空气向下输送而出现一个水汽低值中心。7-8月,受印度夏季风和高原上空反气旋式环流的影响,高原上空有明显的水汽穿过对流层顶向平流层输送,反气旋环流中心的水汽经过2~4天的上升过程可以从对流层进入平流层。高原及其以东、以西地区的水汽在对流层顶附近的季节变化基本一致,100 hPa三个不同区域的水汽在3月达到最低。     

高原夏季风对中国夏季极端降水的影响研究

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和571站逐日降水资料,探讨了高原夏季风对中国夏季极端降水的影响机制。结果表明:(1)高原夏季风强(弱),东北、黄河河套、华南和四川西部地区夏季极端降水偏少(多),长江流域、南疆、青藏高原东侧边缘地区夏季极端降水偏多(少)。(2)中国东部从北向南呈现出明显纬向带状的"-+-"遥相关型相关分布。(3)中高层环流系统特征、中低层风场特征、水汽输送特征和湿位涡特征是高原夏季风对夏季极端降水影响的物理机制。     

青藏高原地区5月热力差异和后期夏季北疆降水的联系

基于美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆70站降水资料,分析了1961~2010年5月青藏高原地区地表热力异常差异和新疆夏季降水的联系。奇异值分解(SVD)分析发现,当5月青藏高原视热源偏弱,高原西北部地区偏强时,北疆夏季降水偏多。定义了一个热力差异指数来表征两个区域热力异常的对比程度,发现考虑这种大尺度热力差异对比要比单一地区与区域气候有更为密切的联系。当热力差异指数为负时,即5月青藏高原视热源偏弱,其西北部视热源偏强时:(1)西亚副热带西风急流位置偏南;(2)500 h Pa中亚上空和贝加尔湖上空分别对应异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,北疆上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬度的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流形势;(3)印度半岛上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成北疆夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。偏相关分析发现,青藏高原热力异常主要影响对流层中高层大气环流和水汽输送的第二步环流条件,高原西北部热力异常则影响水汽输送的第一步环流条件。     

青藏高原夏季降水的水汽分布特征

本文利用青藏高原上夏季降水资料以及NCEP再分析资料，分析了高原上夏季降水与邻近地区水汽输送的相互关系。结果发现，高原夏季降水与春季的水汽分布关系比降水与同期的关系更为密切，最明显的相关区位于南海－云贵高原－孟加拉湾一带以及帕米尔高原地区。青藏高原降水典型旱、涝年的水汽分布具有相反的特征。追踪最主要的水汽中心发现，水汽是从阿拉伯海一带逐渐向东移，然后再从高原的东南部进入高原。这种现象可能与索马里越赤道气流有关。     

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。     

采用1998年7月TIPEX探空加密数据对高原反气旋环流特征分析

该文采用1998年7月青藏高原大气科学试验(TIPEX)的中、西部改则和狮泉河新增加密探空资料、国家常规探空资料及NCEP再分析资料等,讨论青藏高原上空的环流特征.结果表明当没有TIPEX新增观测站(即特殊加密观测站改则和狮泉河)资料,与高原上空高层水汽输送密切关系的高原上空的暖性反气旋的分析明显偏东偏南.加入TIPEX加密探测资料,高原上空暖性反气旋客观分析可得到较满意的结果.沿高原上空暖性反气旋北侧有一支水汽输送通道,从高原上空通向长江中下游地区.     

夏季青藏高原低值系统与地气温差及我国降水的联系

基于青藏高原低涡和切变线（简称高原低值系统）年鉴、国家气象站地面观测资料及ERA-Interim再分析资料,分析了高原低值系统多、少发年夏季高原地气温差变化的差异及其对我国降水的影响。结果表明:（1）高原夏季地气温差对高原低值系统的发生和移动有明显的影响。在低值系统频发区,多发年的地气温差明显比少发年高。（2）我国西部的青藏高原中部、东北部及西南地区在多发年降水偏多,高原南部和东南部则在少发年降水偏多;我国东部地区,多、少发年降水差异自南至北呈“+”、“?”、“+”、“?”、“+”的差值带分布特征,即华南、江淮流域、华北和东北地区降水在多发年偏多,江南地区和黄淮流域降水则在少发年偏多。（3）高原低值系统多、少发年夏季对流层的环流系统及相应垂直速度、水汽输送变化有明显差异,并影响青藏高原和我国降水的变化。在高原地区,多、少发年之间环流的差异是受高原东部和南部的气流辐合（辐散）场、相应的垂直运动差值上升（下沉）、水汽输送辐合（辐散）区域变化的影响;在东部地区,则是受南海到华南、长江流域、华北到东北为气旋（反气旋）环流系统及其间辐合（辐散）带变化的影响。      

青藏高原及周边UTLS水汽时空特征的多源资料对比

利用Aura卫星微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)数据,评估了ERA-I、MERRA、JRA-55、CFSR和NCEP2等5套再分析资料的水汽数据在青藏高原及周边上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)的质量,然后选取其中质量较好的两套水汽数据,分析它们对青藏高原及周边UTLS水汽的时空分布和演变的表征能力。结果表明,与MLS数据相比,5套再分析资料中在UTLS普遍偏湿,最大偏湿在上对流层215 hPa,约为165%,而在下平流层,ERA-I和MERRA与MLS的差异相对较小。总的来看,ERA-I和MERRA表征的水汽与MLS更为接近。进一步的对比表明,ERA-I和MERRA中青藏高原及周边水汽含量的时空分布与MLS较为接近,夏季能够表征青藏高原在纬向和经向上的水汽高值区,冬季能够表征对流层顶、西风急流中心附近的水汽梯度带,而且MERRA的结果要好于ERA-I。ERA-I、MERRA和MLS中青藏高原地区的水汽季节演变都表现为冬季1-2月水汽含量低,夏季7-8月水汽含量高,水汽的季节变化在200~300 hPa最大。MLS资料显示,在青藏高原地区对流层顶附近,存在随时间向上向极的水汽传输信号。相较而言,ERA-I对向上水汽传输信号的表征更好,而MERRA对下平流层(100 hPa)向极水汽传输信号的表征更好。