华南区域季节性降水的差异分析

运用EOF方法研究华南区域降水时空分布特征,结果表明：（1）华南地区各季节降水在年际和年代际的时间变化上有区域一致性,但有季节性差异,其中春季和秋季在20世纪80年代后降水明显减少,旱年增多;而夏季90年代后降水明显增加,涝年增多;冬季变化则不明显。（2）华南地区各季节降水在空间分布上也有差异,其中春季降水呈现东多西少的分布特征,大值中心位于广西东北部、广东中部及西南沿海。夏季和秋季降水相似,呈南多北少的分布特征,大值中心位于广西沿海和广东西南沿海。冬季降水呈东北多西南少的分布特征,大值中心位于粤北。     

基于TRMM PR探测的夏季合肥地区降水特征分析

利用热带测雨卫星TRMM搭载的测雨雷达（PR）1998-2012年的观测资料,研究了合肥地区夏季（6、7、8月）不同类型降水的降水强度和频次的水平空间分布、降水垂直结构、日变化特征以及气候变化等特征,揭示了城市化效应造成城市及其周边区域降水特征在时空上的分布差异。研究结果表明,（1）主城区对流和层云降水强度低于周边区域,对流降水频次也低于周边区域,但层云降水频次则相反。可见城市化发展是改变降水的空间分布的因素之一,且对不同的降水类型空间分布影响不同。（2）主城区降水回波信号高度高于周边区域,而降水强度低于周边区域,表明城市效应促进降水云发展而未造成降水强度增强。（3）合肥地区对流和层云降水的强度和频次日循环存在时空分布不均匀性,其中城区的对流降水强度和频次日循环与城市热岛效应日循环具有一致性。总体来看,城市化对局地降水强度影响较大,而对局地降水频次的总体影响不是很明显。（4）通过降水气候变化分析表明,城区两种类型降水强度和频次均呈逐年下降趋势,周边区域降水强度呈不显著上升趋势,降水频次呈逐年下降趋势,其中层云降水频次下降趋势较显著。城市化进程使得城市及其周边区域降水不均匀性逐年增强。极端降水空间分布特征分析表明,城市周边区域强降水频次高于主城区,尤其在城市的下风区高出主城区75%;而周边区域弱降水发生的频次低于主城区,城市下风区最低,低于主城区约18%。     

青藏高原土壤湿度分布特征及其对长江中下游6、7月降水的影响

采用美国气候预测中心1961—2014年逐月土壤湿度资料以及国家气象信息中心降水格点数据,分析了青藏高原土壤湿度的时空分布特征,以及高原春季土壤湿度对长江中下游6、7月降水的影响。结果表明:青藏高原年和不同季节的土壤湿度空间分布特征基本一致,均呈现从东南向西北减少的趋势。区域平均的土壤湿度显示出高原土壤春季最为干燥,秋季和夏季较为湿润的分布特征;近50年来青藏高原大部的年、季节土壤湿度均呈缓慢增加趋势,年、季土壤湿度从20世纪60年代至90年代基本上呈减少趋势,21世纪00年代开始则呈缓慢增加趋势。青藏高原春季土壤湿度与长江中下游降水量基本呈负相关关系。通过信度检验的负相关区在6月位于高原东北部和西南部,7月位于高原南部,且高原西北部分区域春季土壤湿度与7月降水量存在显著正相关。高原春季土壤湿度通过对高原地表温度的作用,进而影响到高原热力特征、大气环流以及长江中下游降水的分布特征。     

格点降水资料在中国东部夏季降水变率研究中的适用性

本文使用1951~2010年PREC、CRU、APHRO和GPCC 4种格点降水资料,通过比较其与中国756站点观测降水资料在中国东部(105°E以东)夏季降水变率中的差异,检验和评估了它们的可靠性和适用性。结果表明:中国东部夏季降水变率的前3个主要模态分别是以江淮流域、长江流域和华北与东北南部为核心的经向多中心分布,有明显的年际和年代际变率特征,且干旱特征较洪涝更明显;长江流域夏季降水异常的主周期为3~7 a和20~50 a,而江淮流域和华北地区夏季降水异常的主周期则为准2 a和准10 a。另外,长江与江淮流域和华南地区分别在1970s末和1990s初发生了显著的年代际转变;4种格点降水资料都能很好地再现中国东部夏季降水的时空变率特征,但由于GPCC格点降水资料是基于更多的基站观测和更精细复杂的质量控制方案得到的,因此它具有更高的可靠性。     

复杂网络方法在东亚地区夏季极端降水研究中的应用

利用1971-2007年东亚地区夏季（6-8月）逐日格点降水资料,借助事件同步法建立格点之间的非线性相关,构建了极端降水复杂网络,从复杂网络的角度研究了东亚地区极端降水的区域性特征,并利用复杂网络中的关联强度和关联方向信息,从极端降水时、空记忆性的角度构建了预测模型。复杂网络结构特征量表明:北部陆地地区的夏季极端降水空间同步性好,而沿海地区的夏季极端降水空间同步性差。不同地区的格点与周围格点的关联空间范围不一样,沿海地区格点之间远距离连接少,关联空间范围小,北部陆地地区格点之间远距离连接多,关联空间范围较大。极端降水预测模拟结果显示沿海地区的预测准确率一般高于北部陆地地区,其原因是该地区极端降水强度大、降水密集度高且空间格点的平均连接距离小、直接关联性强。研究表明,从时、空记忆的角度构建的预测模型对东亚地区的极端降水具有一定的预测能力,在极端降水研究中存在一定的潜在应用价值。      

青海湖夏秋季局地气候效应数值模拟研究

由于水陆热力性质差异,湖泊对局地天气气候具有显著影响,占中国湖泊总面积一半以上的高原湖泊对区域天气气候的影响不可忽视,但目前对高原湖泊局地气候效应的研究依然存在不足。本研究利用WRF-FLake动态耦合模式,设计了有湖与无湖两组实验,对高原最大湖泊青海湖的局地气候效应进行了整年的模拟研究。结果表明,耦合模式的模拟性能良好,青海湖在1-6月使得区域气温降低,而7-12月使得区域气温升高,且青海湖的存在降低了1-9月的日最高气温,增加了6-12月的日最低气温,使得气温日变化减小,白天青海湖为冷湖效应,而夜间青海湖为暖湖效应。2-6月青海湖轻微减少区域降水量,7-12月明显增加了区域降水量,且8月增加量最显著。青海湖对局地年降水量的贡献率在湖面上最大可达50%～60%,而在周边陆地为10%～30%,夏季青海湖增加的降水量最多,而秋季青海湖对总降水的贡献率最大,青海湖增加的降水在20:00(北京时,下同)至次日02:00最多,而14:00-20:00最少,夏季增加的对流性降水较多,秋季增加的对流性降水较少。白天青海湖的冷湖效应使湖面产生下沉辐散气流,抑制对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应减弱,而夜间青海湖的暖湖效应使湖面产生辐合上升气流,促进对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应增强。     

连年干旱背景下洱海流域降水的精细化特征

利用2010-2015年洱海流域22个自动气象站资料,分析了连年干旱背景下洱海流域降水的精细化时空分布特征。结果显示,(1)洱海流域降水在时间上分布不均匀,年内降水主要集中于夏、秋两季,而且夜雨特征明显;日内降水量、降水强度和降水小时数分别在06:00(北京时,下同),04:00和06:00出现峰值,分别在13:00,23:00和11:00出现谷值;长历时降水事件对累计降水量的贡献率最大,中历时的贡献率次之,短历时的贡献率最小。(2)在空间上分布差异比较显著,洱海湖区年均降水量西部多东部少,沿着点苍山山脚一线,春、夏、秋、冬四季和全年的降水量、降水小时数以及不同量级的降雨日数均偏多,一般在银桥镇双阳出现大值中心,此大值区域处于盛行风(东风)、次盛行风(东东南风)的上风向和第三盛行风(西西北风)的下风向。(3)洱海流域降水分布与低纬高原季风气候、洱海流域复杂地形以及盛行风效应等因素紧密联系。     

大别山区地形降水特征分析

利用2012—2014年地面自动站与中国区域CMORPH(Climate Prediction Center Morphing)多卫星降水数据相融合的逐时降水量数据集,分析大别山区的降水时空分布特征。2012—2014年大别山区年平均降水量978.5mm,降水大值区出现在大别山主峰的东南侧,降水主要集中在5—7月,且呈现明显的地形降水特征。从时间变化情况看,降水量呈现单峰的特征,7月降水量最大。从空间分布情况看,大别山及其东部地区是强降水的频发区,出现暴雨日数最多的区域位于主峰及其东侧。降水中心表现出显著的季节变化特征,冬季降水中心位于大别山区的东南部,进入春季以后降水中心向西北方向移动,北抬至大别山主峰北侧,进入秋季(9月以后)以后降水中心逐渐向南回落。大别山区大气环流的季节性变化及其与地形的相互作用是造成大别山区出现明显地形降水(与降水随海拔先增加后减小)和降水季节性变化的主要原因。     

中国近50a极端降水事件变化特征的季节性差异

利用中国419个测站1958-2007年逐日降水资料集,分析了近50a中国不同区域年和季节极端降水事件的基本变化特征。结果表明,多年平均极端降水事件的空间分布具有明显的纬向分布特征,并表现出显著的季节性差异。长江以南地区是春、冬季极端降水事件发生频次较高的区域;而年、夏季以及秋季极端降水事件发生频次在西南地区较高,在西北东部较低。年极端降水事件频次的长期变化趋势与夏季相似,华北和东北有增加趋势,其他地区为弱的减少趋势;其他季节的长期变化趋势存在明显的区域和季节性差异。年和季节极端降水事件的发生频次具有显著的年际和年代际变化特征。年极端降水事件时间序列的多项式拟合曲线的变化情况与夏季基本一致;而其他季节的变化则存在较大差异,表现出显著的季节性差异。     

2008～2016年重庆地区降水时空分布特征

利用2008~2016年国家气象信息中心提供的0.1°分辨率的中国地面与CMORPH融合逐小时降水产品,分析了重庆地区的降水时空分布特征,尤其是小时强降水的时空分布特征。结果表明:(1)年均降水量总体呈西低东高分布,大值中心位于重庆东北和东南部,且存在一定的季节性差异,特别是夏季,西部降水明显增强,总降水呈两高(西部、东部)一低(中部)的分布;降水频次、降水强度与地形的相关性较高,海拔高度较高的山区(海拔高度>1000 m)降水频次多大于盆地和丘陵区(海拔高度<1000 m),降水强度与之相反,且小时强降水多发生在迎风坡前侧的过渡区域,说明高海拔区域易出现降水,但降水强度不强,而地形抬升则是触发强降水的重要原因,导致山前降水明显大于山峰。(2)重庆地区降水主要集中在5~9月,降水量、降水强度和小时强降水频次均呈单峰型分布,峰值出现在6~7月,降水频次呈双峰型分布,一个峰值出现在5~6月,另一个峰值出现在10月,7~8月为低频期,与副高控制下的连晴高温天气有关。(3)重庆地区降水存在明显的日变化特征,降水以夜雨为主,且降水峰值出现时间表现为向东延迟的特征,重庆西部日峰值出现在凌晨02:00(北京时,下同),中部出现在清晨05:00,东北部出现在早上08:00。从不同季节来看,春季、秋季和冬季降水日变化呈单峰型分布,主要集中在清晨,而夏季受午后局地对流性天气的影响,在下午17:00左右存在一个次峰值。(4)强降水的主要集中在夏季,在空间上存在三个大值中心,受西南涡及地形的相互作用,夏季在缙云山以西的盆地区域,小时强降水频次明显较高。     

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

一个新的湖—气热传输模型及其模拟能力评估

基于原有模型,采用温度为预报变量,改进了数值计算方法,并为模型中的浅湖部分加入了底部沉积层模块,建立了一个新的湖泊一维涡扩散水热传输模型。利用德国Kossenblatter 湖的观测资料（2003 年5～10 月）对模型进行了验证,并与其他四个湖泊模式的模拟结果进行了对比。进一步应用本模型和洱海水上观测站的资料（2012 年1～12 月）详细分析了湖泊水热状态的季节变化和日变化。模拟结果表明:模型可以很好地模拟出洱海水温的季节变化以及日变化,湖泊表面温度和剖面温度的模拟值与观测值吻合很好,最大误差均在2℃ 范围内;湖泊表面通量的模拟效果比温度略差,尤其对感热通量有明显低估,差值约为实测值的33%。这部分偏差可能是由观测误差、缺测数据的填补与订正方法以及模型表面参数化过于简单所共同导致。     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

巢湖流域典型站点的风场特征分析

研究巢湖流域流场特征对于认识该地区热量、水汽交换和水流运动规律具有重要意义。利用2006年合肥、肥东、巢湖、庐江站以及姥山岛自动气象站的风场资料,分析了巢湖流域典型站点的风速和风向变化特征。结果表明,陆面站点年平均风速为2.17m/s,湖面站点风速为2.41m/s。所有站点春夏季风速大于秋冬季,陆上风速具有明显的日变化,白天风速大于夜间,而湖面风速日变化较不显著。陆面站点风向季节变化明显,春夏季以偏南风为主,秋冬季以偏北风为主,春夏季的风向日变化特征较秋冬季明显,湖面站风向没有明显的季节变化。陆面站点不同程度地受到湖陆风的影响,距离湖面较近的站点受到的影响较大。湖面和陆面站点风向差距平与气温差距平的日变化保持一致,表明湖陆温差是影响巢湖流域湖陆风的关键因子。     

云贵高原洱海湖泊效应的数值模拟

采用耦合湖泊模型的WRF_CLM模式模拟山谷盆地中洱海的湖泊效应,并利用陆面(农田)和湖面的站点观测资料对模式进行了验证和校验。基于数值模式的模拟结果,分析了季风和非季风期间,洱海存在与否对山谷盆地局地环流及大气边界层结构的影响。发现非季风期湖泊对局地环流及大气边界层影响显著。相对于陆地,湖泊白天湍流通量输送少,湍流发展弱,大气边界层高度低。如果湖泊不存在,白天苍山山谷风只能上升至约200 m的高度,没有明显的山谷风环流形成;夜间则山风较强,两侧山风共同作用在山谷,环流高度约600 m。季风期,受降水天气影响,局地环流发展不充分。白天湖面辐散以及夜间湖泊南部的气旋式环流弱,湖泊作用没有非季风期明显。云的形成导致边界层高度较低。夜间,湖泊增强释放潜热、感热作用明显;此时湍流发展,夜间边界层反而比白天高。     

环青海湖地区气候变化及其对湖泊水位的影响

分析青海湖地区1961～2000年气象观测资料得出：年和四季的气温、地表蒸发以及年和夏季、冬季降水变化的气候倾向率均为正值;而春季、秋季降水变化的气候倾向率为负值。气温升高、地表蒸发加大的趋势比较显著,而降水增多的趋势不显著且年代际变化比较大,气温、地表蒸发等气象要素有向暖干化过渡的趋势,这种暖干化趋势是造成青海湖水位下降的主要原因之一。     

环青海湖地区气候变化及其对荒漠化的影响

对环青海湖地区1976年以来的气温、降水、蒸发等气候要素的气候变化趋势及突变现象进行了分析和检验。结果表明：年平均气温及春、夏、秋、冬四季气温均呈上升趋势，其中以秋、冬两季最为明显；年平均降水量及春、夏、冬季降水自90年代后出现减少趋势，秋季降水始终呈减少趋势，且线性变率达－7.28mm/10a；各季及年蒸发量呈增大趋势，其中年、夏季蒸发量的线性变率分别为11.7、9.39mm/a。各季及年气温出现过一次明显的增暖现象；降水虽然出现过一次明显的增加和减少，但增加出现在80年代，而减少则出现在90年代；同样，蒸发也出现过一次明显的增大和减小现象，只是减少出现在80年代，而增大而出现在90年代。这种气候趋势和突变现象的发生，加剧了环青海湖地区荒漠化的蔓延，致使草地退化、河流流量减少、湖泊水位下降，生态环境受到严重影响。     

洱海盆地水面与地面气象要素变化特征的比较

依据大理国家气候观象台在洱海湖中建立的自动观测系统以及大理国家基本气象站观测资料,对2008至2009年的风、温、湿、压、降水要素的日变化和季节变化特征进行了对比分析。结果表明：受局地复杂地形和洱海的影响,洱海盆地近地层常年存在湖陆风、山谷风、峡谷风三者叠加效应引起的局地环流。水面盛行风向白天以东南风为主,夜间以东南风和西西南风为主,而地面白天以东东南风为主,夜间以静风和西西北风为主。年平均风速小,水面为2.9m/s,地面为2.4m/s。水面年平均气温为16.8℃,而地面为16.0℃。两观测点气温、相对湿度、气压均表现出明显的日变化特征,水面气温、相对湿度出现极大值和极小值的时间均比地面晚。全年降水多集中在5—10月。     

天山山区大气水分循环特征

将自然正交分解(EOF)和水平空间分辨率30"的地理信息数字高程(DEM)相结合,利用1961~2010年天山山区及其周边79个气象站月降水量应用梯度距离平方反比法计算面雨量,应用2000~2010年NCEP/NCAR逐日4次再分析1°(纬度)×1°(经度)资料计算水汽输送,研究了天山山区面雨量时空分布、水汽输送和外部水汽的降水转化率特征,以及降水转化率异常的初步成因。结果表明:1)天山西部和中部降水量平均在450 mm以上,东天山和天山西南端为150 mm左右。春季、夏季、秋季、冬季的面雨量分别为291.4×108 m3、625.9×108m3、218.1×108 m3和73.6×108m3,降水量分别为108.2 mm、232.4 mm、81.0 mm和27.4 mm,年降水量为449.0 mm。2)月水汽输送量呈正态单峰型分布,7月最大、1月最小,夏季水汽输送量为全年的41.3%,冬季为11.9%,春季、秋季分别为24.5%和22.3%。3)春季、夏季、秋季、冬季和年外部水汽的降水转化率分别为10.3%、12.6%、8.5%、5.4%和9.2%,降水转化率的大小与伊朗副热带高压、贝加尔湖高压脊和西亚副热带西风急流的位置和强度配置有关。     

东洞庭湖区城市雷暴活动规律

基于19612013年岳阳国家气象观测站雷暴观测资料,采用核密度估计、线性倾向方法、Morlet小波分析和Mann-Kendall趋势检验分析东洞庭湖区城市雷暴基本规律与变化情况.结果表明:19612013年东洞庭湖区城市雷暴日数以夏季的最多,春季的次之,秋、冬季节的较少,呈现波动减少的趋势,尤其是春、夏季雷暴日减少速...