青藏高原及附近水汽输送对其夏季降水影响的分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979-2010年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原(下称高原)及附近夏季水汽输送通量分布情况,并结合基于迄今为止最全面的地面观测数据形成的高分辨率降水资料分析出4条影响夏季高原降水的水汽通道:西风带、阿拉伯海、孟加拉湾北部及南海通道。结果表明:高原夏季降水量高值年(1979、1984、1996、1998、2002、2004、2007年)、低值年(1994、2001、2006年)与孟加拉湾北部通道水汽输送强弱年有较好对应。夏季西风带通道的影响较弱,与其他3条低纬度通道的相关系数较小,是相对独立的水汽通道,主要影响高原西北部从狮泉河至塔里木盆地南侧地区;孟加拉湾北部通道影响高原中南偏东部地区;南海通道则对高原东南部以及中南部那曲、林芝、昌都、玉树等地区有影响;而阿拉伯海水汽通道与其他水汽通道都呈负相关关系,其中与孟加拉湾北部通道相关关系最显著,相关系数达到-0.65,该通道通过调节孟加拉湾北部通道和南海通道的向西水汽输送分量来影响高原中南偏西部地区的夏季降水。     

西南地区东部夏季旱涝的水汽输送特征

利用1959-2006年两南地区东部20个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了西南地区东部夏季旱涝年的水汽输送特征.结果表明,西南地区东部水汽来源主要有两个:第1条主要来自青藏高原转向孟加拉湾经缅甸和云南进入西南地区东部,第2条水汽经由孟加拉湾南部,强大的水汽输送带继续向东输送至中南半岛及南海,与南海越赤道气流所携带的水汽汇合后转向至西南地区东部,而由四太平洋副热带高压西侧转向的偏南水汽对向西南地区东部水汽输送也有影响.与西南地区东部夏季降水相联系的水汽通道中,印度洋水汽通道强度最强,太平洋水汽通道强度最弱.在印度季风区,偏北的高原南侧水汽通道(经向)强度远小于偏南的印度洋水汽通道.东亚季风区夏季水汽输送经向输送大于纬向输送,而印度季风区夏季水汽输送则是纬向输送大于经向输送.西南地区东部夏季降水与纬向通道的强度变化关系密切,而与经向通道的水汽输送强度变化关系不明显.当印度季风区南支水汽输送偏弱时,印度季风区北支(高原南侧)和东亚季风区向西的水汽输送偏强,使得以纬向输送为主的印度季风区经向水汽输送加大,而以经向输送为主的东亚季风区纬向水汽输送加大,从而使东亚地区的水汽输送带偏西,西南地区东部夏季降水偏多,可能出现洪涝,反之则可能出现干旱.西南地区东部夏季水汽有弱的净流出,是一个弱的水汽源区,南边界流入水汽量最多,干旱年整个区域水汽流出较常年明显,而洪涝年则有弱的净流入.夏季水汽通道水汽输送强弱变化与同期500 hPa高度场和SST场的分布形势密切相关.     

中国夏季降水的水汽通道特征及其影响因子分析

利用NCEP／NCAR的1958～1998年再分析资料研究夏季东亚季风区水汽输送特征，综合这些特征划分出夏季输送到中国大陆主要有来自低纬的三条水汽通道：西南通道、南海通道和东南通道，此外在高纬还有一条很弱的西北通道，分别体现了南亚季风、南海季风、副热带季风和中纬度西风带对中国夏季降水的影响。定义和计算了四条水汽通道强度指数来表征水汽通道的强弱，并研究其年际变化。相关分析表明四条水汽通道对我国夏季降水的影响范围分别是：西南通道是华南中部和西南边境降水的水汽来源，南海通道对华南降水有直接贡献，东南通道为长江流域降水输送水汽，西北通道则为黄河中上游及华北东部降水输送水汽。物理分析显示，水汽输送异常与大气环流异常直接相关，而与同期水汽源地的海温异常关系不密切，海洋的作用主要体现在前期大范围的海温异常分布上。     

长江流域水汽收支与高原水汽输送分量“转换”特征

文中采用"箱体"模型边界的整层水汽输送特征描述长江流域梅雨带水汽收支总体效应,发现长江流域夏季降水与"箱体"模型整层水汽输送收支总量呈显著相关;青藏高原动力、热力强迫构成周边水汽输送特殊流型结构,大地形动力强迫导致高原周边水汽输送在高原南侧与东侧存在经向或纬向不同分量的水汽流型,且它们分别对长江流域梅雨带"箱体"模型水汽收支具有重要的影响.研究还发现高原南侧经向水汽输送与高原东侧纬向水汽输送分量之间呈显著相关特征,此研究揭示了长江流域洪涝过程上游高原周边关键区水汽输送不同分量间的"转换"特征,且此类水汽输送流型对夏季长江全流域各区域降水具有不同程度影响.上述高原周边水汽输送经向-纬向分量间的相互"转换"效应,是认识长江流域异常洪涝过程形成的关键环节之一.高原周边水汽输送分量相关结构及区域边界水汽收支问题将为长江流域洪涝预报提供科学依据.     

8月中国低纬高原水汽输送过程及其与降水量极端异常的联系

利用1979—2010年ERA-Interim再分析资料、全球降水气候中心(Global Precipitation Climate Center,GPCC)的降水量资料和站点降水观测资料,通过引入水汽贡献率和水汽通过率,构建描述降水量对水汽源地蒸发量的敏感性指数等方法,揭示了8月流入低纬高原水汽的输送过程的气候特征,及其与8月低纬高原降水量极端异常的联系。结果表明:(1)8月流入低纬高原水汽的重要源地是中南半岛北部和华南一带的陆地区域,以及北部湾和孟加拉湾北部西南至东北的狭长海面。(2)8月流入低纬高原水汽的主要输送通道有两条:孟加拉湾上空狭长的西南季风;经17°N附近偏东季风在南海西北部110°E附近发生转向后的东南季风。那加丘陵和中南半岛北部的纵向岭谷明显阻挡了两支水汽输送通道。(3)8月流入低纬高原水汽主要受大气环流影响,受水汽源地蒸发量的直接影响有限。当流入低纬高原水汽异常偏多(少)时,使得可降水量偏多(少),最终导致降水量偏多(少)。     

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。     

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。     

青藏高原夏季云水含量及其水汽输送年际异常分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979-2016年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原(下称高原)夏季云水含量及其水汽输送情况。结果表明:高原夏季云水含量占全年48%,东南向西北减少。影响高原云水含量的水汽通道有印度洋通道、南海通道、孟加拉湾北部及伊朗西部通道(依次简称通道1、2、3、4)。高原云水含量和各水汽通道强度均有明显年际变化。云水含量年际变化与通道2,4基本一致。云水含量与各水汽通道强度均呈增加趋势。通道1偏强时,来自印度洋北部和南海的异常水汽在孟加拉湾交汇向高原输送,主要使高原西北部云水含量增多。通道2偏强时,南海、中南半岛的异常偏南通量及孟加拉湾北部的异常西南通量向高原东南部输送更多水汽。通道3偏强时,西风带水汽和来自印度洋水汽更多输送到高原,主要使高原东北部云水含量偏多。通道4偏强时,来自南海-孟加拉湾南部的水汽向高原异常输送,使高原中部、东南部云水含量偏多。此外,西太平洋副热带高压(下称副高)偏西南偏强时,水汽通道2、4强度偏强,有利于水汽向高原输送。     

基于多源数据的青藏高原夏季降水与水汽输送的联系

利用国家气象信息中心提供的1979-2014年青藏高原(下称高原)地区(26°N-42°N,75°E-105°E)113个站点的逐月降水资料作为基准降水资料,与另外4套格点降水资料(APHRO、CM AP、GPCP、GPCC)和8套再分析的降水资料(NCEP1、NCEP2、M ERRA、ERA_Interim、ERA20c、20CRv2、JRA55、CFSR)作对比,可得12套再分析资料中,APHRO能够最好地刻画出高原1979-2007年夏季降水的时空分布形态。GPCP次之,能够较好地刻画其1979-2014年的特征。就气候态而言,水汽主要由南边界输入高原,输入大值区是下层;另外水汽同样从西边界和北边界输入高原,主要的输入层分别是中层和下层;而水汽主要是从东边界中层输出。多套资料比较可知,ERA_Interim和MERRA分别能较好地刻画高原本地和其周围地区夏季水汽输送情况。研究高原东南部降水的年际变化和环流的关系,发现在印度半岛和孟加拉湾处有一异常的纬向反气旋,其北边缘加强的水汽输送导致了高原东南部降水的异常增多。     

华北夏季大气水汽输送特征及其与夏季旱涝的关系

本文利用ECMWF再分析资料ERA40和中国160站的降水资料,分析了我国华北地区1958年-2002年夏季的大气水汽含量和水汽输送的基本气候特征,研究了华北夏季旱涝年的大气水汽含量和水汽输送异常情况,最后利用线性回归的方法探讨了该地区大气水汽含量和水汽输送的变化趋势.结果表明:华北地区夏季降水的大气水汽来源主要有3支:来自孟加拉湾的水汽、来自我国南海和西太平洋的水汽以及中高纬西风带的水汽输送.华北地区对流层低层以经向水汽输送通量为主,到了中高层则以纬向输送通量为主;与华北地区夏季旱涝密切相关的异常水汽输送主要是南海和西太平洋以及西风带水汽输送异常,华北地区南边界水汽输入异常和东边界水汽输出异常是造成华北夏季旱涝年水汽收支异常的主要原因;近半个世纪以来,伴随着华北干旱化的加剧,华北地区南边界输入的大气水汽呈现显著的减少趋势.     

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.     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。     

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。      

中国西南地区干湿年份水汽来源个例对比分析

中国西南地区常年气候湿润,但近年来该地频繁发生的干旱灾害造成了诸如农作物减产、森林火灾等巨大经济损失。为了深入探索西南地区干旱年份水汽输送的异常,并为今后西南地区干旱灾害的预警提供参考,本文利用TRMM和APHRODITE两种降水数据,分析了1998-2019年西南地区降水的年际变化及各季节降水量的年际变化,选出夏季干旱年(2011年)和秋季干旱年(2009年)以及夏季秋季都较为湿润的2008年,通过拉格朗日输送模型FLEXPART追踪了两个极端干旱季节(2009年秋季和2011年夏季)的水汽输送路径及水汽源地,并分别与湿润年份(2008年)的夏季和秋季做了对比分析。结果表明：(1)干湿年份的水汽输送路径一致,夏季西南地区的水汽输送路径主要可分为3条：西南路径、东南路径和西北路径,其中最主要的是西南路径,故主要的水汽源地为阿拉伯海-孟加拉湾一带;秋季西南地区的水汽输送的主要路径可分为两条：东南路径和西北路径,其中最主要的是东南路径,故主要的水汽源地为我国南海-太平洋西北部一带。(2)干湿年份水汽输送强弱存在差异,夏季西南地区干旱的原因是西南路径对水汽的输送较弱,而秋季西南地区干旱的原因...     

中国东部季风区夏季四类雨型的水汽输送特征及差异

利用1951~2015年NCEP/NCAR再分析逐日资料和中国160站月降水观测资料,及中国东部季风区夏季四类雨型（北方型、中间型、长江型和华南型）的划分结果,分析了东亚水汽输送与中国东部季风区夏季降水的关系,比较了四类雨型的水汽输送、收支特征及其差异,结果表明:（1）夏季影响中国东部季风区的水汽通道主要有以下6条:印度洋通道,表征印度季风区偏南的西风水汽输送;高原南侧通道,表征印度季风区偏北的西风水汽输送;太平洋通道,表征由西太平洋副热带高压（副高）带来的西太平洋的水汽;西风带通道,表征西风带的水汽输送;孟加拉湾通道,表征来自孟加拉湾向北的水汽输送;南海通道,表征来自印度洋和孟加拉湾在中南半岛转向及来自南海的水汽;与中国东部不同地区降水异常相联系的水汽通道存在明显的差异,且同一条水汽通道在夏季不同阶段与降水的关系也不尽相同。（2）四类雨型的水汽输送和收支特征有明显的差异,华北盛夏降水主要受亚洲季风水汽输送的影响,其次是西风带水汽输送,北方型年二者往往偏强,尤其是季风水汽输送增加一倍以上,贡献也明显增加,20世纪70年代中期之后,季风水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大;淮河流域夏季降水异常主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,其次是高原南侧通道水汽输送,二者偏强并在淮河流域辐合时,淮河流域降水偏多形成中间型年;长江中下游地区夏季降水主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,长江型年,副高西北侧的西南水汽输送异常加强,并与北方冷空气异常在长江中下游地区辐合,区域为正的水汽净收支;华南地区夏季降水则受印度洋通道、太平洋通道及南海通道的共同影响,当三条通道异常偏强,水汽与北方冷空气在华南地区辐合,形成华南型年。本研究所得结论加深了我们对四类雨型形成机理的认识,并为汛期主雨带的预测提供了参考。     

内蒙古夏季干旱的水汽输送特征分析

对于大气中水汽的定性、定量测量是提高内蒙古干旱研究与预测的有效手段。利用NCEP再分析资料和内蒙古地区实测降水资料（1961-2000年），定性、定量地分析东亚水汽分布、水汽输送与内蒙古夏季干旱的关系。得出内蒙古地区上空低层大气的含水量偏少是内蒙古夏季干旱的一个重要因素。由于青藏高原大地形作用，孟加拉湾和南海的水汽北上受阻，不能达到内蒙古高原是形成内蒙古干旱的又一原因。受大气环流影响，内蒙古高原水汽辐合偏弱是内蒙古夏季干旱的重要原因。青藏高原的水汽通量与内蒙古东西部降水都存在明显负相关；孟加拉湾至内蒙古西部是内蒙古西部地区降水的水汽通道，南海至中国东北地区为内蒙古东部降水的水汽通道。     

不同PDO背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送差异

基于华南地区60个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日后向气流轨迹模式(HYSPLIT_4.9),分析了1960—2012年PDO (Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)不同相位期间,华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽的降水贡献率的差异。结果表明:1)锋面降水阶段,在PDO正相位期间,西太平洋-中国南海-孟加拉湾水汽较多;夏季风降水阶段,在PDO正位相期间,北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量较多。2)锋面降水阶段,水汽主要来自西北太平洋与中国南海,在PDO正相位期间,副热带高压位置偏北,使得西太平洋水汽输送路径偏北,有更多水汽向华南输送,有利于华南季风降水形成,降水与PDO呈显著的正相关关系。3)季风降水阶段,在PDO正位相期间,尽管北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量大,但并未都输送至华南,故形成的有效季风降水偏少,降水与PDO呈显著的负相关关系。     

甘肃省空中水汽含量、水汽输送的时空分布特征

利用甘肃省各探空站历年的高空资料,通过计算空中水汽含量和水汽通量,对其气候特征、水汽的来源或输送进行分析。结果表明,空中水汽含量和水汽输送夏季较多,冬季较少,南部较多,北部较少;2～7月是水汽含量的增长期,8月至次年1月是递减期;输送水汽的源地主要有孟加拉湾及周边海域、南海和东海海域、青藏高原、四川盆地及周边地区;输送水汽的路径主要有中层西南路径、中低层偏南路径以及东南路径。     

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。     

1998年长江流域特大洪涝期水汽输送过程的诊断分析

利用基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLIT_V4.9）,结合轨迹聚类法和气块追踪法,探讨1998年6月12日—8月27日期间长江流域强降雨的水汽输送轨迹、主要水汽源地及其水汽贡献,发现此次强降水过程的水汽源地主要为印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋;不同降水阶段水汽输送轨迹、水汽源地存在差异。降水第一阶段水汽主要来自孟加拉湾—南海,水汽输送贡献为35%。降水第二阶段水汽主要由印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋三个区域共同提供,水汽输送贡献分别为32%、28%和31%。降水第三阶段则是来自印度洋和孟加拉湾—南海的水汽输送占主导地位,它们对降水的水汽输送贡献分别为33%和41%。降水第四阶段水汽主要来源于孟加拉湾—南海,贡献为40%。强降水过程中大气环流的调整,导致了不同阶段水汽源地的变化及各源地水汽贡献的差异。