夏季青藏高原地区水汽收支的初步模拟分析

采用中尺度模式WRF对夏季青藏高原地区降水进行了长达37天的积云可分辨模拟试验,在模式较好再现了夏季青藏高原降水的空间分布和日变化特征的基础上,利用高时空分辨率模拟结果进行了该地区水汽收支分析。结果表明:夏季青藏高原的降水主要来自水汽的辐合,辐合集中在低层,与青藏高原南部的夜间低空急流密切相关,具有显著的日变化特征;水汽收支方程中的垂直输送项起着将水汽从低层向中高层输送的重要作用,水汽局部变化项则很小,可以忽略;夏季青藏高原的蒸发主要集中在正午前后的6 h内,且蒸发量约为降水量的1/2,表明区域水汽再循环的重要性。     

气候系统的水分收支

利用由气候系统各子系统的水分收支方程得到的关系式证实了大气—海洋—海冰—陆地系统淡水质量守衡规律。同时也讨论了该式中各循环项的时空变化，得到大气、海冰、陆地和海洋中水的循环周期分别为９天、３年、２６０年和３７００年。     

北京一次积层混合云系结构和水分收支的数值模拟分析

本文利用中国气象科学研究院(CAMS)中尺度云分辨模式对2007年10月的一次积层混合云降水过程进行了数值模拟。利用模拟结果结合实测资料, 研究了积层混合云系的宏微观结构和降水特征, 并分析了云系的水分收支及降水效率。结果表明:积层混合云是导致此次北京降水的主要云型;积层混合云降水分布不均匀, 云系中微物理量的水平和垂直分布都不均匀, 具有混合相云的云物理结构。冷云降水过程占主导地位, 雪的融化对雨水的形成贡献最大。北京区域降水过程的主要水汽源地为黄海海面及蒙古国, 两支气流在陕西北部汇合后的西南气流将水汽输送到华北地区, 北京区域以外, 水汽和水凝物主要从西边界和南边界输送到域内。北京区域降水主要时段内, 水物质通量在水平方向上为净流入。对北京区域水汽、水凝物和总水物质的水分收支各项的估算表明, 水物质基本达到平衡。北京区域从2007年10月5日20时至6日14时, 总水成物降水效率、凝结率、凝华率及总水凝物降水效率分别为5.6%、4.77%、4.19%、44.9%。     

一次层状云系水分收支和降水机制的数值研究

对2002年10月18—20日河南省层状云系的水分收支和降水机制用MM5模式模拟的结果表明,河南省域以外的水物质主要通过西和南边界输送到区域内,19日降水主要时段总水物质通量在水平方向上为净流入。对河南省域水汽、水凝物和总水物质的水分平衡等式中各项的估算表明该区域水物质基本达到收支平衡。估算的河南省域总水物质降水效率、凝结率、凝华率和水凝物降水效率及水汽降水效率分别约33.1%、27.7%、13.1%、69.7%和31.1%,总水物质降水效率与水汽降水效率接近是由于参与的水物质总量中水汽占绝大部分。约58.2%以上的冰晶转化为雪,超过82.1%的雪融化,不到11.1%的雪转化为霰,霰粒子几乎完全融化。冰晶通过凝华过程增长。雪主要由冰晶转化产生,凝华增长率比撞冻增长率高得多。雨水由暖云和冷云过程产生和增长,雨水碰并云水量和冰粒子融化量对雨水的贡献相近,云雨自动转化量小。可见,在主要降水时段,降水是由冷云和暖云过程共同产生的。冰粒子凝华增长对雨水的贡献最大超过35%,撞冻增长的贡献最高不足12%,可见水汽对降水粒子增长重要。催化层、冰水混合层和液水层对降水的贡献分别约为15%—27%、45%—50%和23%—38%,表明此"催化-供给"云中冰粒子在冰水混合层的增长对降水的贡献相当大。     

旱地农田水分收支与开发对策

根据农田水分平衡的研究结果，将产量分析扩大到所有作物，从而得出旱地喜水作物与农田水分收支的关系最密切，而耐旱作物稍差，其它作物居中，最后结合经济物价模式提出开发对策。     

长江流域水分收支以及再分析资料可用性分析

首先利用实测资料定量计算了长江流域水分收支的各分量,包括降水、径流、蒸发、水汽辐合等,分析其季节循环、年际变化以及线性趋势变化.结果表明,多年平均该流域是水汽汇区,主要来自平均流输送造成的水汽辐合,而与天气过程密切相关的瞬变波则主要造成流域的水汽辐散.蒸发所占比例接近于径流,对流域水分循环十分重要.大部分要素的季节变化和年际变化都很大,只有蒸发和大气含水量的年际变化较小.降水和平均流输送造成的水汽辐合一般在6月达到年内最大,12月达到年内最小,而径流和大气含水量则一般滞后1个月于7月达到年内最大,1月降为年内最小.1958-1983年,夏半年降水略微增加,冬半年略微减少,各月实测径流为弱的增长趋势,但均不显著,年平均蒸发亦无显著的趋势变化.然后将实测资料同ECMWF及NCEF/NCAR再分析资料作进一步对比分析,以检验两套再分析资料对长江流域水分循环的描述能力.在量值上,NCEP/NCAR再分析资料中的降水、蒸发、径流均比实测偏大很多,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合则偏小很多;ECMWF再分析资料中的降水量、径流量基本上与实测接近,蒸发量偏大,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合偏小,但比NCEP/NCAR再分析资料要接近实测.另外,该两套再分析资料均可以较好地描述长江流域水分收支的季节循环和年际变化,而且同样是ECMWF再分析资料与实测资料的一致性更好.但是两套再分析资料在1958-1983年均存在十分夸张的线性趋势变化,尤其是ECMWF再分析资料.     

人类活动排放的CO2及气溶胶对20世纪70年代末中国东部夏季降水年代际转折的影响

全球变暖背景下,中国东部夏季降水在20世纪70年代末开始较19世纪呈现东北及长江中、下游地区多雨,华北及华南少雨的特征。与此同时,人类活动排放的CO₂及气溶胶量也发生了明显的年代际变化。文中利用地球系统耦合模式（CESM）诊断了中国东部夏季的水分收支对人类活动排放的CO₂及气溶胶年代际变化的响应。发现CO₂排放量增加后,江淮流域的水汽辐合以及中国南方的水汽辐散主要是与质量辐散有关的动力项及与湿度梯度相关的热力项共同作用的结果,但动力作用更显著。气溶胶效应则主要通过动力作用使得江淮流域水汽辐合,而中国南方地区水汽辐散。虽然CO₂和气溶胶对辐射量及温度的影响差别很大,但通过改变温度梯度,热成风效应产生的动力作用都会导致江淮流域上升运动增强,降水增多;而中国南方下沉运动显著,降水减少,与观测结果一致,且CO₂相较于气溶胶的影响更为显著,证实了20世纪70年代末人类活动对中国东部夏季降水年代际转折的影响。      

东亚季风湿润区水分收支的气候特征

采用1958-2007年NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别从水汽通量、水汽通量散度以及区域内降水量与蒸发量差计算东亚季风湿润区的水分收支,分析其差异特征,结果表明:用不同方法计算的水分收支距平年际变化的相关系数分别为0.91,0.71和0.81,误差ε百分率分别为17.4%,44.1%和44%,其中利用水汽通量和散度计算得到的季风湿润区水分收支结果很接近。总体上看,整个区域全年表现为水分收入,春季和夏季的水分收入贡献最大,秋季和冬季贡献较小。在水汽经向输送中,南边界为主要的水汽输入区。从水汽输送计算的水分收支垂直分布来看,多年平均气候态下整个区域除850 hPa存在水分支出外,其余各层均为水分收入,3种方法计算的水分收支在4个季节的年际变化明显。     

RSM模式对中国东部夏季降水模拟能力的检验

本文利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)区域谱模式RSM(Regional Spectral Model)对中国东部地区夏季降水进行了为期20 a(1984—2003年)、水平分辨率为30 km的高精度模拟,并对模拟所得降水的气候态、年际变率、逐日变化以及极端事件进行了检验,和对造成降水偏差的大气环流特征进行了分析。结果表明RSM模拟所得夏季降水的空间分布、时间变率,以及降水量值都与实况相近,也基本可以再现夏季降水的年际变率分布情况,但是模拟所得的雨带存在偏南且偏弱的特点。对于逐日降水特征,RSM模拟所得季节内逐日降水变化与实况的走势基本一致,再现了夏季降水主要集中于东部和南部的特点,模拟出了江淮地区6月日降水区随时间北抬的特点。对于极端事件,模拟和实测的夏季不同雨强的天数分布对比表明模拟与实况基本接近,但是模拟的降水日大值中心较实况偏北;极端降水指数的计算结果也表明RSM模拟的极端降水情况与实况基本一致。综上,RSM模式对中国东部地区降水有着较好的模拟能力,可以用于中国东部地区的夏季降水气候特征研究。     

青藏高原那曲地区夏季一次对流云降水过程的云微物理及区域水分收支特征

第三次青藏高原科学试验针对高原夏季云和降水物理过程开展了大量观测研究,为进一步揭示高原云微物理结构、云中水分转化和区域水分收支特征,本文采用中尺度数值预报模式（WRF）并结合高原试验期间的各种观测资料,对那曲观测试验区2014年7月5~6日的一次较为典型的夏季对流云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明WRF模式能够基本再现高原夏季对流云的发展演变过程以及降水的日变化特征。模拟结果显示高原夏季对流云中具有较高的过冷云水和霰粒子含量,冰相过程在高原云和降水的形成和发展中具有十分重要的作用,地面降水主要由霰粒子融化产生。暖雨过程对降水的直接贡献很小,但在霰胚形成中具有十分重要的作用。霰粒子胚胎的形成主要来源于冰晶与过冷雨滴的撞冻过程,雪粒子和过冷雨水的碰冻转化及过冷雨滴的均质冻结贡献相对较小。霰粒子的增长过程在12 km（-40℃）以上层主要依靠对冰晶、雪粒子的聚并收集过程,而在其下层的增长过程主要依赖对过冷云水的凇附增长,对雪粒子的聚并收集和凝华增长过程较小。高原那曲地区净水汽收支为正,日平均降水转化率可达20.75%,接近长江下游地区,高于华北、西北地区。该地区日降水再循环率为10.92%,说明局地蒸发的水汽对高原降水的水汽来源具有一定的贡献,但高原降水的90%仍然由外界输入的水汽转化形成。     

西北地区东部春季土壤湿度变化的初步研究

利用中国西北地区东部 (包括宁夏、内蒙古西部以及甘肃、陕西两省 35°N以北地区 )农业气象站近 2 0年固定地段旬土壤湿度资料 ,对该地区春季土壤湿度的变化进行了初步分析。结果表明 ,中国西北地区东部土壤湿度的变化具有 3年左右的周期 ,而且 2 0世纪 90年代以来呈下降的趋势 ,这与该地区的降水和气温变化有关系 ;西北地区东部的土壤湿度变化对该地区群发性沙尘暴的爆发有一定影响     

Moisture Sources and Their Contributions to Summer Precipitation in the East of Southwest China

Complex topography, special geographical location and sea-land-air interactions lead to high interannual variability of summer precipitation in the east of Southwest China (ESWC). However, the contributions, influencing factors and mechanisms of remote and local evaporation remain to be further investigated. Using clustering analysis and Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory version 5 model, we analyze the contributions of remote moisture transport and local evaporation to summer precipitation in the ESWC and their causes. There are mainly five remote moisture channels in the ESWC, namely the Arabian Sea channel, Bay of Bengal channel, western Pacific channel, Northwest channel 1 and Northwest channel 2. Among the five channels, the western Pacific channel has the largest number of trajectories, while the Bay of Bengal channel has the largest contribution rate of specific humidity (33.33%) and moisture flux (33.14%). The amount of regional average precipitation is close to that of the precipitation caused by remote moisture transport, and both are considerably greater than the rainfall amount caused by local evaporation. However, on interannual time scales, precipitation recirculation rates are negatively correlated to regional average precipitation and precipitation caused by remote moisture transport but are consistent with that caused by local evaporation. An apparent "+ ? +" wave train can be found on the height anomaly field in East Asia, and the sea surface temperature anomalies are positive in the equatorial Middle-East Pacific, the South China Sea, the Bay of Bengal and the Arabian Sea. These phenomena cause southwest-northeast moisture transport with strong updrafts, thereby resulting in more precipitation in the ESWC.     

Experimental Study of the Imbalance of Water Budget over theLoess Plateau of China

The imbalance of land-surface water budget was discovered in past studies, but there have been few further investigations on the relevant causes. To probe into the problem, annual variations of precipitation and land-surface evapotranspiration were analyzed by using the historical observation data from a comprehensive land-surface observation base of LOPEX (Loess Plateau Experiment). A remarkable imbalance in the land-surface water budget was found, and the total annual imbalance reached 20.6%. Then, the impact factors related to additional water budget components and observational methods were studied. The total annual imbalance could be reduced to 3.8% by using a combination of compensated land-surface water budget components and the surface evapotranspiration values obtained from the large-scale weighing lysimeter rather than from the eddy correlation method.     

A Study on Water Vapor Transport and Budget of Heavy Rain in Northeast China

The characteristics of moisture transport and budget of widespread heavy rain and local heavy rain events in Northeast China are studied using the NCEP--NCAR reanalysis 6-hourly and daily data and daily precipitation data of 200 stations in Northeast China from 1961--2005. The results demonstrate that during periods with widespread heavy rain in Northeast China, the Asian monsoon is very active and the monsoonal northward moisture transport is strengthened significantly. The widespread heavy rainfall obtains enhanced water vapor supply from large regions where the water vapor mainly originates from the Asian monsoon areas, which include the East Asian subtropical monsoon area, the South China Sea, and the southeast and southwest tropical monsoon regions. There are several branches of monsoonal moisture current converging on East China and its coastal areas, where they are strengthened and then continue northward into Northeast China. Thus, the enhanced northward monsoonal moisture transport is the key to the widespread heavy rain in Northeast China. In contrast, local heavy rainfall in Northeast China derives water vapor from limited areas, transported by the westerlies. Local evaporation also plays an important role in the water vapor supply and local recycling process of moisture. In short, the widespread heavy rains of Northeast China are mainly caused by water vapor advection brought by the Asian monsoon, whereas local heavy rainfall is mainly caused by the convergence of the westerly wind field.     

一次强降水模拟中土壤湿度初值的影响研究

为了分析WRFV3.3.1模式中土壤湿度初值对降水模拟的影响,在4个陆面方案的分析对比基础上,采用中国区域土壤湿度同化系统（CLSMDAS）输出的土壤湿度替换模式初始场中的土壤湿度,对2010年6月19日江西出现的一次强降水过程进行模拟,分析改进后的土壤湿度初值对模式模拟降水的影响。结果表明,耦合Noah方案的模拟结果要优于SLAB、RUC、PX方案;通过对比试验发现CLSMDAS输出的土壤湿度初始条件下的模拟结果比NCEP资料的模拟结果更接近于实况,能够很好地模拟出24 h累积降水的范围与强度,对应地表能量的响应也更为明显,表现出很好的区域波动性,能够捕捉到细节降水信息,且统计检验结果中各量级降水的TS评分基本都要高于NCEP土壤湿度初值条件下的结果,空报率、漏报率和预报偏差进一步减小,说明准确的土壤湿度初值能够提高模式的模拟预报能力。     

春季华南土壤湿度异常与中国夏季降水的可能联系

基于ERA40（ECMWF）1958—2001年土壤湿度再分析资料和中国541站降水资料,通过观测分析揭示了华南春季土壤湿度异常与中国夏季降水的联系及其可能的物理过程。结果表明,春季华南土壤湿度与夏季华南（长江流域及其以北地区）降水呈正（负）相关;春季华南土壤湿度负（正）异常,夏季华南降水异常偏少（多）,而长江以北地区降水则偏多（少）。通过对春季华南土壤湿度异常年份对应的环流异常特征的诊断分析发现：土壤湿度负异常年,西太平洋副高位置明显偏西,华南地区对应异常的下沉运动和水汽辐散,导致该地区降水偏少;而长江中下游地区对应异常的上升运动和水汽通量的辐合,降水偏多;土壤湿度正异常年的情况大致相反。进一步的分析表明,春季华南土壤湿度与同期长江中下游及以北地区土壤湿度存在明显的负相关关系。春季华南土壤湿度负（正）异常年的同期华北到长江中下游区域土壤湿度为正（负）异常,将导致南部区域的地表温度异常升高（降低）,北部地表温度异常偏低（偏高）,并通过改变地表对大气的加热,引起夏季大气环流的异常,最终造成夏季降水异常。     

陕西4次台风远距离暴雨过程的水汽条件对比

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对比分析了陕西省4次台风远距离暴雨过程期间的水汽输送、水汽收支和水汽含量特征。结果表明：远距离台风用直接和间接2种方式影响热带低纬地区水汽向陕西方向的输送,中高纬度地区西风槽与高压系统直接参与暴雨区附近水汽的输送与再分配过程。远距离台风出现时,暴雨区南边界始终存在水汽的输入,占净输入的68%,西边界多为水汽的输出方,东边界上水汽收支变化趋势与台风移动路径密切相关。川东地区西南涡维持、发展并向东北向移动时,陕西水汽总收支成倍增大。台风远距离暴雨出现前12 h左右,暴雨中心低层比湿出现极大值,对应的风场辐合中心一般出现在比湿增加之后。     

华东区域台风降水量演变特征的初步研究

根据国家气候中心1961-2000年华东区域代表站逐日降水量资料，应用任福民等提出的方法，从降水量中分离出台风降水量；分析了华东区域台风降水量的演变特征。结果表明：（1）华东区域各省台风降水量均具有清楚的年际变化，不过各省年际变化并不同步。（2）各省台风降水量均存在多雨段和少雨段，但其相位可以不同。1971—1975年，福建、安徽和江西都处于多雨段，但江苏是少雨段，山东和浙江属正常段。（3）位于东南沿海的江苏、浙江、福建，TC降水量的年代际变化趋势与降水量的年代际变化趋势基本相同：因此，考虑降水年代际变化趋势时，必须关注TC降水的年代变化趋势。     

Influence of soil moisture in eastern China on the East Asian summer monsoon

The sensitivity of the East Asian summer monsoon to soil moisture anomalies over China was investigated based on ensembles of seasonal simulations(March–September) using the NCEP GCM coupled with the Simplified Simple Biosphere Model(NCEP GCM/SSi B). After a control experiment with free-running soil moisture, two ensembles were performed in which the soil moisture over the vast region from the lower and middle reaches of the Yangtze River valley to North China(YRNC) was double and half that in the control, with the maximum less than the field capacity. The simulation results showed significant sensitivity of the East Asian summer monsoon to wet soil in YRNC. The wetter soil was associated with increased surface latent heat flux and reduced surface sensible heat flux. In turn, these changes resulted in a wetter and colder local land surface and reduced land–sea temperature gradients, corresponding to a weakened East Asian monsoon circulation in an anomalous anticyclone over southeastern China, and a strengthened East Asian trough southward over Northeast China. Consequently, less precipitation appeared over southeastern China and North China and more rainfall over Northeast China. The weakened monsoon circulation and strengthened East Asian trough was accompanied by the convergence of abnormal northerly and southerly flow over the Yangtze River valley, resulting in more rainfall in this region.In the drier soil experiments, less precipitation appeared over YRNC. The East Asian monsoon circulation seems to show little sensitivity to dry soil anomalies in NCEP GCM/SSi B.