中国大陆夏季水汽稳定同位素空间特征

大气降水的水汽来源主要是海洋,而借助降水稳定同位素空间分布格局可以反演水汽输送路径,进而示踪水汽来源。利用全球降水同位素监测网数据,基于GIS平台完成了中国大陆夏季大气降水δD、δ¹⁸O和过量氘空间格局表征。中国大陆夏季氢氧稳定同位素空间分布存在着地域分异,其成因与不同水汽源及诸多环境效应密切相关。非季风区内的西北内陆高值中心与欧亚大陆自蒸发及经由西风带输送的大西洋水汽相关,青藏高原高值则是由高程效应所造成。季风区内大气降水稳定同位素总体呈现出自东南向西北递减趋势,多由纬度效应、大陆效应共同作用而形成;我国西南地区氢氧稳定同位素明显低于同纬度东南地区的,西南地区地形复杂和气流暖湿造成的雨量效应应该是主因。过量氘空间格局则与中国大陆三大气候带分界线基本吻合,区分了西北内陆低值区、青藏高原高值区及东部的自西南向东北递减趋势显著区。依据季风区内大气降水过量氘空间分布特征,大体推断出中国大陆西南夏季风与东南夏季风的区域影响分界可能在"长沙—西安"一线附近。     

湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽来源的关系

以湛江降水为研究对象,利用收集的2019年汛期68个降水样品及同期气象资料,采用同位素示踪技术,结合HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模式溯源,分析了湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽源地的关系,并对5个代表性的降水个例进行了诊断分析。结果表明:1)湛江地区汛期局部降水线为δD=8.02318O-0.703 7,R2=0.954,n=68;前汛期季风带来西太平洋的水汽,18O含量丰富;后汛期降雨主要取决于局部大气环流,一定程度受云下二次分馏影响,δD和18O偏低。2)前汛期西南季风爆发前,湛江降水的水汽主要源于副热带高压外围东南气流输送的西太平洋水汽,西南季风爆发后,南海、孟加拉湾为其水汽源地;后汛期热带系统带来的降水,南海、孟加拉湾为主要水汽源地;非热带系统带来的降水,孟加拉湾为主要水汽源地。     

1965-2010年7-9月影响中国的热带气旋降水变化趋势分析

利用中国气象局逐日台站降水和上海台风研究所最佳台风路径等资料,对1965—2010年夏季(7—9月)影响中国热带气旋降水的变化趋势及影响机制进行了分析。热带气旋降水主要影响中国东部和南部,夏季平均的热带气旋降水由沿海向内陆,由东南向西北递减。自1965年以来,夏季影响中国的热带气旋降水呈现华东及东南沿海增多,华南沿海、海南岛以及西南地区减少的变化趋势。分析发现,一方面夏季西北太平洋副热带高压加强西伸,导致同期中国东部地区上空水汽辐合增强;另一方面热带气旋的引导气流发生变化,使夏季热带气旋盛行路径由南海向东亚沿岸偏移,这两个因子的共同作用致使影响中国的热带气旋降水发生变化。     

海南热带气旋降水的气候特征

整理出海南1962-2004年的热带气旋的降水资料,我们分析了海南省热带气旋降在海南省总降水中的地位及其变化特征,结果表明:海南热带气旋降水平均占年总降水量30%,但呈每10 a 3%的显著线性下降趋势;海南热带气旋降水与年总降水相关显著,年总降水显著偏少的年份,热带气旋降水偏少;热带气旋降水显著偏多的年份,年总降水量偏多;海南热带气旋降水变化的空间特征表现为明显的一致型,时间特征表现明显的周期性:高频的年际变化周期70年代前期以前为3 a周期为主,80年代中期以后以2 a的周期为主;低频的年际变化周期80年代以前以8—9 a为主,80年代以后以准6 a为主;年代际变化则以准17 a的周期为主。     

“威马逊”（1409）降水水汽来源和源区定量贡献分析

利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART(the Flexible Particle Model)和水汽源区定量贡献分析方法,研究了超强台风"威马逊"登陆期间(2014年7月17日06:00至19日06:00,协调世界时)强降水的水汽来源和源区定量贡献。结果表明,大量目标气块源自目标降水区西南侧和东侧,西南侧气块可追溯到阿拉伯海和孟加拉湾等地区,且大部分气块来自相对较低层大气,高度在输送途中变化不大,来自东侧的气块可追溯到西太平洋海域,气块初始位置相对较高,在输送途中逐渐降低;源区定量贡献分析显示:南海区域(C)贡献最大,目标降水区域(T)局地贡献次之,孟加拉湾(B)和西太平洋南部区域(D)贡献相当且均低于区域T;区域C和T对"威马逊"登陆期间降水贡献较大源于其较高的源区水汽摄取率(尤其是区域C)和较低的沿途损耗率(尤其是区域T);区域B源地水汽摄取量高于区域D,但从前者摄取的水汽到达目标降水区域而未被释放的比例明显高于后者,同时,两者沿途损耗率相当,造成两者对目标降水区域的最终贡献也相当;尽管阿拉伯海区域(A)水汽摄取亦较明显,但由于沿途的显著消耗,导致其对目标降水区域的最终贡献显著降低。FLEXPART轨迹追踪模式和水汽源区定量贡献分析方法,与以往常用的环流和水汽通量进行定性分析相比,可更为清晰和定量地揭示热带气旋降水的水汽来源特征。     

近50年珠江流域降水时空特征分析

为了更深入揭示珠江流域水资源状况,利用珠江流域内1961-2008年48个台站逐日降水资料,探讨了珠江流域年降水时空特征,并对典型年份的气候背景场进行了分析.结论表明:相对来说,珠江流域东部年均降水多而降水日数少,西部一些地区降水量少而降水日数较多,从总体上来看近10 a来流域内年降水总量波动较大.进一步讨论了珠江流域典型降水年份中降水事件的差异,发现强降水年的降水量多来自于大雨以上级别的强降水.从全年来看,强降水年有来自于孟加拉湾和南海异常的偏南风水汽输送,流域内并伴随有异常水汽辐合中心;弱降水年则水汽输送减弱,且存在水汽辐散中心;由于年降水总量近80％来自于夏半年(4-9月),登陆到流域内热带气旋偏多也是导致降水增加的原因之一,登陆的热带气旋主要来自于西北太平洋;夏半年西太平洋副热带高压偏西有利于把海上的水汽送到流域内,弱降水年则恰好相反.     

海南岛热带气旋极端降水的特征及其成因

围绕海南岛热带气旋(TC)极端降水的特征及其成因,利用国家气象信息中心提供的海南岛台站日降水数据、上海台风所的TC最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析数据,通过气候统计、天气诊断相结合的方法,探讨了1958—2013年海南岛TC极端降水的空间分布和时间变化特征,并进一步诊断分析了极端降水产生的可能成因。结果表明,海南岛TC极端降水在西北部出现最多,东南部出现较少。从长期趋势看,无论从TC极端降水量还是从TC极端降水频数,TC极端降水的极端趋势均在增加。充足的西南水汽通量输送是产生TC极端降水的重要条件;当南亚高压和副热带高压相距较近,即南亚高压偏东偏强,副热带高压偏西偏强时,海南岛容易出现TC极端降水事件;在TC路径和低层风场结构的配合下,海南岛地形对极端降水的落区有关键影响。     

中国降水稳定同位素的分布特点及其影响因素

利用IAEA＼WMO＼GNIP的降水稳定同位素资料,分析了中国降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素。结果表明,整体来看我国降水稳定同位素有明显的大陆效应和高度效应。各地大气降水线存在地域差异,内陆地区同一站点冬、夏半年也有明显差异,显示出水汽团特性的不同。不同地区降水稳定同位素（6和过量氘）的季节变化特征明显不同,表明主要水汽来源存在季节性差异。通过对比长序列降水稳定同位素的年际变化与季风和ENSO指数的关系,发现ENS0与降水稳定同位素有显著的正相关,但不一定通过影响降水量来引起降水稳定同位素（stable isotope in precipitation,SIP）的变化。重点分析了我国降水量效应、温度效应的特点,指出沿海和西南等季风区主要受降水量的影响,北方非季风区温度效应起主要作用,交叉地带则两种效应都有影响。     

用PR资料分析热带气旋卡特里娜降水特征

利用TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 卫星降水雷达 (Precipitation Radar,PR) 资料对2005年8月发生在墨西哥湾的热带气旋卡特里娜 (Katrina) 初生、发展和变性3个阶段的层状云和对流云的近地面降水和降水垂直廓线进行分析。结果表明：在热带气旋的整个生命期,对流性降水个数约是层状云降水个数的四分之一;随着气旋的发展,对流性和层状云降水的平均强度逐渐增强, 在登陆前有所减弱,登陆后对流性降水和总平均降水均增强,层状云降水稍有减弱;大部分降水廓线都随高度升高均呈现先略增大 (到4 km高度)、再减小的趋势,在6~7 km处由于冻结层的存在使得降水达到最小值。     

影响三亚市热带气旋的基本降水特征

统计分析了影响三亚市的热带气旋及其降水特征,结果表明:影响三亚市的热带气旋主要集中在6～10月,其中7月、10月西北太平洋热带气旋占多;6月、8月和9月南海热带气旋略多。     

一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系

利用逐日降水量资料、FY-2E卫星资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2012年1月13~16日的一次南方冷季降水过程进行分析,剖析了热带水汽羽形成的水汽输送源和动力机制,及其与降水的关系。分析表明,热带水汽羽不但表征了中高层孟加拉湾水汽的输送,它实际上反映了对流层整层水汽的输送、辐合,低层南海水汽输送带为水汽羽的维持和降水的产生做出了贡献;高空槽前急流与低空切变线的耦合促使了上升运动的形成,导致降水的产生。后期高空槽的移动填塞致使急流轴发生移动及转向,从而引导了热带水汽羽的移动,最终导致热带水汽羽的断裂消亡;热带水汽羽上不存在强对流云团,未形成强对流过程,但由于水汽输送条件较好,配合弱的上升运动产生了这次强降水过程。     

Oxygen and Hydrogen Isotopic Signatures of Large Atmospheric Ice Conglomerations

Specific studies about the stable isotope composition (¹⁸O/¹⁶O and D/H) of atmospheric icy conglomerations are still scarce. The present work offers, for the first time, a very detailed analysis of oxygen and hydrogen isotopic signatures of unusually large ice conglomerations, or “megacryometeors”, that fell to the ground in Spain during January 2000. The hydrochemical analysis is based on the bulk isotopic composition and systematic selective sampling (deuterium isotopic mapping) of eleven selected specimens. δ¹⁸O and δD (V-SMOW) of all samples fall into the Meteoric Water Line matching well with typical tropospheric values. The distribution of the samples on Craig's line suggests either a variation in condensation temperature and/or different residual fractions of water vapour (Rayleigh processes). Three of the largest megacryometeors exhibited unequivocally distinctive negative values (δ¹⁸O = −17.2%₀ and δD = −127 %₀ V-SMOW), (δ¹⁸O = −15.6%₀ and δD = −112%₀ V-SMOW) and (δ¹⁸O = −14.4%₀ and δD = −100%₀ V-SMOW), suggesting an atmospheric origin typical of the upper troposphere. Theoretical calculations indicate that the vertical trajectory of growth was lower than 3.2 km. During the period in which the fall of megacryometeors occurred, anomalous atmospheric conditions were observed to exist: a substantial lowering of the tropopause with a deep layer of saturated air below, ozone depression and strong wind shear. Moreover, these large ice conglomerations occurred during non-thunderstorm conditions, suggesting an alternative process of ice growth was responsible for their formation.     

西北地区夏季降水与大气水汽含量状况区域性特征

运用NCEP/NCAR 1958～1997年格距为2.5°×2.5°的多个气象要素资料和1960～2000年西北地区95个测站的夏季降水资料,对西北地区夏季水汽含量特征及其水汽状况特征进行了分析.分析研究结果表明:(1)夏季西北地区西部整层大气水汽含量分布与降水的分布特征基本相似,而对于西北地区中东部,二者分布特征略有不同,无论干、湿年西北中东部大气水汽含量均存在相对高值区,表明西北地区整层大气水汽含量具有区域性可开发潜力.(2)西北全区夏季在20世纪60年代中期以前和80年代中期以后,大气中水汽含量较多,70年代前后较少.对于西北各个分区而言,北疆区夏季空中水汽含量最大,高原东北区最少.(3)西北地区夏季降水和西北地区西部哈萨克斯坦地区以及赤道东印度洋和赤道西太平洋交汇处的大气水汽含量相关最为显著.     

GCM Simulations of Stable Isotopes in the Water Cycle in Comparison with GNIP Observations over East Asia

In this paper, we examine the performance of four isotope incorporated GCMs, i.e., ECHAM4 (University of Hamburg), HadCM3 (Hadley Centre), GISS E (Goddard Institute of Space Sciences), and MUGCM (Melbourne University), by comparing the model results with GNIP (Global Network of Isotopes in Precipitation) observations. The spatial distributions of mean annual δD and mean annual deuterium excess d in precipitation, and the relationship between δ18 o and δD in precipitation, are compared between GCMs and GNIP data over East Asia. Overall, the four GCMs reproduce major characteristics of δD in precipitation as observed by GNIP. Among the four models, the results of ECHAM4 and GISS E are more consistent with GNIP observed precipitation δD distribution. The simulated d distributions are less consistent with the GNIP results. This may indicate that kinetic fractionation processes are not appropriately represented in the isotopic schemes of GCMs. The GCM modeled MWL (meteoric water line) slopes are close to the GNIP derived MWL, but the simulated MWL intercepts are significantly overestimated. This supports that the four isotope incorporated GCMs may not represent the kinetic fractionation processes well. In term of LMWLs (local meteoric water lines), the simulated LMWL slopes are similar to those from GNIP observations, but slightly overestimated for most locations. Overall, ECHAM4 has better capability in simulating MWL and LMWLs, followed by GISS E. Some isotopic functions (especially those related to kinetic fractionation) and their parameterizations in GCMs may have caused the discrepancy between the simulated and GNIP observed results. Future work is recommended to improve isotopic function parameterization on the basis of the high-resolution isotope observations.     

Sensitivity of Tropical Cyclone Precipitation to Atmospheric Moisture Content： Case Study of Bilis （2006）

In this article, the authors used the Weather Research and Forecast model to investigate the sensitivity of tropical cyclone Bilis' total precipitation to ambient water vapor content. The tropical cycl...     

石家庄的云、降水和水汽特征

应用1972~2003年石家庄17个站的云、降水资料分析了各类云的发生频率及其降水特征,结果表明:全年而言,积层混合云出现频率高,且降水概率、降水率较大;夏季积状云出现频率高,降水概率、降水率大,对两者增雨机会多。应用2000~2004年常规天气图,对造成石家庄降水的天气系统、云、降水、水汽进行分析,结果显示:西来槽、冷切变、东蒙冷涡和华北低涡出现频率较高,造成的降水次数多,实施增雨的机会多;气旋类、西南涡出现频率低,但过程雨量大,降水持续时间长,是人工增雨不可忽视的天气系统;冷涡类降水时间最短,降水强度大,对其实施人工增雨,作业时机的把握很重要。石家庄上空的水汽含量呈单峰型季节变化,空中水汽资源量明显地受到大气环流和天气系统影响。对水汽通量场分析表明,对流层中高层水汽多来自于孟加拉湾和南海,低层水汽主要来自于东海、黄海,地面近地层水汽源多为黄渤海。     

“浣熊”、“海高斯”对海南岛降水的对比分析

通过自动气象站加密资料,NCEP1°×1°每6 h 再分析资料,卫星云图资料及物理量诊断分析方法,对0801号台风"浣熊"和0817号热带风暴"海高斯"进行综合对比,发现登陆前12h有相似路径且登陆点相同的两个热带气旋,对海南岛的降水却截然不同,台风的降水强度并不比热带风暴强.分析发现,受不同季节的冷空气影响,登陆后路径发生转向以及不同的台风云系结构特征,导致它们在动力结构、水汽分布特征和垂直运动等方面存在明显的差异,而这些差异是它们对海南岛造成不同强度降水的主要原因.     

2016年6月哈尔滨地区降水异常特征分析

2016年6月哈尔滨地区降水出现异常,比历年同期多一倍,全市月平均降水量为1961年以来同期第1位。本文利用地面月降水量资料及NCEP/NCAR再分析资料,对哈尔滨地区2016年6月降水异常特征、成因及30年来该地区6月降水量变化趋势进行了分析。结果表明：(1)鄂霍茨克海以西位置的阻塞高压的出现和发展是造成哈尔滨地区降水异常偏多的主要原因。(2)中高纬度和副热带高压之间的水汽输送的环流配置特征起到了关键的作用,为该地区降水异常偏多提供了有利水汽条件。(3)850hPa风场存在风向和风速的强辐合区,该动力结构特征更有利于产生强降水。(4)30年来哈尔滨地区6月降水量总体呈缓慢上升趋势,13个区、县(市)除了通河和依兰逐年减少外,其它区、县(市)逐年增加。     

超强台风丹娜丝对1323号强台风菲特极端降水的作用

利用地面观测资料、台风定位资料、ECMWF全球再分析资料等,采用TC降水天气图客观识别法(OSAT)、TC路径相似面积指数(TSAI)和气流轨迹模式HYSPILIT等方法,从2013年第23号强台风菲特在我国东南沿海引发台风暴雨的极端性分析及其成因诊断入手,揭示了双台风作用对极端暴雨的增强作用。结果表明:首先,强台风菲特给浙江带来了自1958年以来单站日降水排名第二的极端降水,余姚和奉化日降水量均为395.6 mm;"菲特"降水过程有两个明显的强降水阶段。其次,秋季强台风菲特登陆后之所以出现如此强度且持续的台风暴雨,与超强台风丹娜丝的存在密不可分。在强降水第一阶段,双台风作用促成了降水的极端性,"丹娜丝"向降水区域输送了约79.0%的水汽,对杭州湾南侧的强降水过程有重要贡献;在"菲特"强降水第二阶段,"菲特"的环流已经基本消散,超强台风丹娜丝与冷空气的共同作用主导了这一阶段强降水的发生。