华北地区大气水汽含量特征及其变化趋势

使用美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)1948-2003年再分析格点资料,研究了华北地区大气中水汽含量的时空分布特征、沿375°N不同经度和沿115°E不同纬度大气中水汽含量的年变化、大气中水汽含量的变化趋势。分析结果表明:①华北地区大气中水汽含量主要集中在东部和南部,西部和北部水汽含量较少;②华北地区大气中水汽含量夏季最多,冬季最少;③华北地区大气中水汽含量自20世纪50年代末至80年代中期呈持续下降趋势。大气水汽含量高值期出现在20世纪40年代末至70年代中期。70年代中期至21世纪初期,大气水汽含量距平基本处于0线以下,为低值期;④华北地区大气水汽含量的年际波动变化与厄尔尼诺(ElNino)与南方涛动(ENSO)事件有很好的相关性。     

青南高原汛期降水异常与水汽输送

根据地面气象站观测资料,分析1961-2004年青南高原汛期降水变化的区域特征,并依据NCEP/NCAR再分析资料分析了典型多雨和少雨年份的大气水汽输送.研究表明: 青南高原汛期降水变化的区域性较强,其东北部、西部和中南部变化形势差异显著,各区典型异常年份出现的时段和频率以及对应的水汽来源不同.其中,来自赤道西太平洋的水汽输送是青南高原东北部地区汛期降水的主要来源,而西北冷空气是降水形成的重要促进因素;西部地区汛期降水主要受到来自孟加拉湾水汽输送和西风水汽输送的影响,同时欧洲东部和西西伯利亚地区阻塞高压活动对其亦有一定影响;中南部地区汛期降水主要来源于西南季风的水汽输送,此外也受到欧亚中高纬环流形势的影响.     

黄河、长江源区降水变化的水汽输送和环流特征

利用黄河、长江源区气象站的降水资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了黄河、长江源区降水的年际变化,对黄河、长江源区典型多雨年与少雨年的500 hPa位势高度和风场、600 hPa流场、大气水汽含量和水汽输送进行了合成和对比分析.结果表明:黄河和长江源区的降水在近50 a的长期变化趋势都不明显,但在最近10 a黄河源区的降水有明显的减少趋势.而长江源区的降水则有明显的增加趋势;江河源区在多雨与少雨年有明显的环流差异特征,在多/少雨年,500 hPa蒙古低压减弱/加强,西风风速减弱/增强,600 hPa高原辐合线偏北/南,江河源区大气水汽含量增加/减少,西南季风的偏南水汽输送增加/减少.使得江河源区有较多/少的水汽来源,从而降水增多/减少;黄河和长江源区有相似的多雨与少雨年环流差异特征,只是差异程度不同,长江源区多雨与少雨年环流特征差异的强度不及黄河源区.     

南水北调西线一期工程引水区和黄河上游区域气候特征分析

利用引水区和黄河上游地区25个站1951—2000年50 a的气温和降水逐日资料,分析了研究区域降水的时空分布特征;把引水区和黄河上游地区分成7个小区,利用小波分析的方法研究了各小区气温和降水的多时间尺度特征.结果表明:黄河上游和南水北调西线引水区夏、秋、冬三季降水以同步的变化为主,其次为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化.春季降水主要表现为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化,其次才表现为一致的变化.各区的气温均以同步升温为主.降水具准3 a和准22 a周期,气温的振荡周期主要是2~5 a的小周期和准11 a的周期.引水区和黄河上游地区近50 a来夏季的降水在一致变化的基础上也有着明显的区别.     

祁连山-黑河流域水循环中的大气过程

利用气象台站探空资料、地面观测资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了祁连山-黑河流域水循环中的大气过程,结果表明:受西风带波动影响的水汽来源贫乏是此区大气水汽含量少的原因之一;水汽输送通量辐散是此区大气水汽含量少的原因之二;就年平均而言,祁连山-黑河流域大气水汽含量仅为高湿的江南地区的20%,为半干旱区的华北中部的约40%;高海拔的祁连山区因降水效率高,地面蒸发量小,地表水物质易于聚积形成径流;黑河流域因降水效率低,降水量值与地面蒸发量值相当,对地表水的贡献很小。在祁连山黑河流域25°×25°区域上空,大气年输入水量为6678亿m3,输出为6502亿m3,净输入水量为176亿m3;输入水汽呈逐年减少的趋势。20世纪70～80年代有明显的下降,近40年来祁连山黑河流域的气温在升高,大气中的水汽含量在减少,降水量的减少将难以避免。     

黑河流域水汽输送及收支的时空结构分析

利用NCEP/NCAR再分析气候资料和气象站地面观测资料,分析了黑河流域水汽输送及收支的时空结构变化.结果表明:在水汽输送的年变化中,6-9月为高输送时段,中层700～500 hPa为强输送层,大气水汽含量的年变化是主要影响因子;在水汽输送的年际变化中,1960年代中期和1970年代后期有两次较明显的转折,总体呈下降的长期变化趋势,水汽输送仍以中层输送为主,风速的年际变化是主要影响因子,大气水汽含量下降则提供了长期变化趋势背景.水汽输送的空间结构主要受气流分布的影响,多年平均6-9月的状况为:在低层为南北辐合状,中层为西风辐合状,高层为平直北西风辐散状.水汽净收入以低层为主,占整层水汽净收入的85%以上.在黑河主流区2°×5°的范围内,大气水汽输入为2 484×108m3,输出为2 196×108m3,水汽净收入为288×108m3.     

南京大气降水氧同位素变化及水汽来源分析

研究结论有助于了解南京地区的水汽输送以及水汽循环过程。在全球大气降水同位素观测网(GNIP)南京站点的大气降水氢氧同位素资料基础上,并结合相关气象资料,分析了南京地区大气降水稳定同位素时间分布特征及其影响因素,并建立了局地大气降水线方程。结果表明:南京地区大气降水中δ¹⁸O春季最为富集、夏季最为贫化;年尺度下降水δ¹⁸O与温度之间不存在正相关,而与降水量之间存在负相关;季节尺度下,冬季的δ¹⁸O与温度、降水量的关系与年尺度结果相反,皆呈现出正相关关系。采用HYSPLIT模型对站点水汽来源进行追踪,并结合季风活动分析得出:全年中南京大气降水δ¹⁸O变化主要受亚洲夏、冬季风及其带来的水汽影响,在季风交替时节(春、秋季)虽降水源于局地蒸发水汽,但仍为季风带来降水的影响。     

桂林地区大气降水（大雨、暴雨）的δ18O特征与水汽来源的关系

现代大气降水中的稳定同位素组成是全球或地区性水循环研究的重要载体,同时也是冰芯、湖泊沉积物、石笋等研究领域中,运用稳定同位素来重建古气候的重要依据。本文研究了桂林地区2012年大气降水氢氧同位素组成的逐日变化,根据得到的132组氢氧稳定同位素组成建立了桂林局地大气降水线方程为δD = 8.8δ18O +17.96,大气降水的δ18O波动范围在-13.56‰～+1.07‰,平均为-5.78‰;δD在-101.52‰～+16.02‰,δD平均为-41.03‰。利用降水稳定同位素资料,结合后向轨迹法( Backwards Trajectory) 对桂林水汽来源进行追踪,发现夏季(5-10月)大气降水的水汽来源主要受来自孟加拉湾、南海海洋气团的水汽源的控制,降水的δ18O值偏负,平均为-8.02‰(共64组);冬季(11月至次年4月)大气降水的水汽来源主要受来自西太平洋暖湿气团、冬季风冷气团或西风环流所携带的大陆性气团的影响,不同程度地叠加了局地环流气团、蒸发水汽的补给的影响,降水的δ18O值偏正,平均为-2.86‰(共68组)。研究结果表明,桂林大气降水的稳定同位素组成与降水的水汽来源、季风类型、降水云团来源和性质有关,来自远距离输送夏季风海洋性水汽团形成的降水δ18O值较低(或偏负), 而大陆性气团或局地蒸发水汽循环形成的降水δ18O值较高（或偏正）。不同的水汽来源是决定降水中δ18O值变化的主要因素,因此,通过降水中的δ18O值,特别是其季节变化的特征分析,可以反过来揭示当地降水的水汽来源。      

水汽源区变化对陕西关中降水稳定同位素的影响

基于关中地区7个站点的降水同位素及气象数据,分析了δ~(18)O的时空特征及环境效应,模拟出代表站点的气团运移轨迹,利用向外长波辐射(OLR)数据研究水汽源区变化及对夏半年降水稳定同位素的影响。结果表明:δ~(18)O有着较为明显的季节性变化规律,由春季到冬季逐渐下降,空间分布则呈由东南向西北递减的趋势;大气降水线方程表现出明显的过渡性区位特征,夏半年以降水量效应为主;水汽主要通过西北与东南两个水汽通道输送,青藏高原的热力、动力性质对水源差异产生了较大影响;水汽源区变化与对流层中上部水汽含量场都与稳定同位素特征、水汽运移轨迹有着较强的对应关系,8、9月形成于西太平洋的热带辐合带(ITCZ)使东南季风成为夏季关中地区主要的水汽输送通道。     

北京连续降水水汽输送差异的同位素示踪

为了探讨连续降水过程中水汽输送的变化,应用NCEP/NCAR资料、HYSPLIT后向轨迹模拟及降水稳定同位素资料对北京22场连续降水的水汽输送差异进行了研究。结果表明:连续降水的水汽输送可分为西向水汽输送、远洋水汽输送、近海水汽输送、远源大陆水汽输送和局地大陆水汽输送5种类型,并以近海水汽输送和西向水汽输送为主（降水量占比60.8%）。不同水汽输送类型下降水δ18O的差异主要受水汽源区同位素富集程度及水汽输送途中降水过程的影响,降水氘盈余的变化反映出二次蒸发的影响及水汽源区大气相对湿度的差异。14场连续降水的水汽输送类型发生了变化,且降水δ18O值的变化能够较好地指示水汽输送类型的变化。该结果说明降水同位素特征能够为识别水汽输送类型提供有效信息。     

珠江流域大气降水稳定性氢氧同位素特征

大气降水稳定同位素的特征对于明确流域水循环过程、水汽来源和气候变化等方面都有重要指示作用。选取珠江流域的广州、桂林、柳州和香港4个站点的IAEA大气降水氢氧同位素数据,对其时空分布特点及影响因素进行了研究。结果显示:该地区降水中氧同位素的变化呈现出旱季高、雨季低的特点。全年尺度下,4个站点主要受温度效应影响,只在旱季有着较为微弱的降水量效应;得到的珠江流域大气降水线方程:δD=8.084δ~(18)O+10.998,R=0.965,对比全球及中国大气降水线方程,都较为接近,证明该地区降水主要遵循瑞利分馏过程;d盈余值的变化呈现出雨季低、旱季高的特征,表明珠江流域水汽主要源于海洋,在旱季受到北方空气南下及局地水循环的影响。     

我国大气降水中稳定同位素研究进展

大气降水中稳定同位素的比率与降水产生过程中的气象条件密切相关,可以利用其时空分布特征来反演大气过程,示踪水汽来源,反映天气气候的区域性特征.对影响我国大气降水中稳定同位素组成与分布进行了总结,探讨了影响降水中氢氧同位素的因素及空间变化特征,并分别介绍了我国青藏高原区、西北干旱区和东部季风区等地区近年来降水中稳定同位素的...     

新德里季风降水中过量氘与季风水汽来源

收集和分析了新德里降水中同位素资料(δ¹⁸O和δD),利用季风水线方程对个别年份缺测的δD资料进行估计,建立了新德里36 a夏季过量氘序列.基于降水中过量氘和水汽源区相对湿度关系考虑,利用NCEP/NCAR再分析资料,研究了新德里夏季过量氘序列和水汽源区相对湿度的关系.研究发现,西阿拉伯海相对湿度变化和新德里季风降水中过量氘变化较为一致.结合西阿拉伯海风速和印度西北地区季风降水量资料分析结果,认为西阿拉伯海是新德里季风水汽的主要来源.     

阿勒泰地区降水量、可降水量及降水转化率分析

根据1961-2007年47 a阿勒泰地区7个地面站每日4个频次的水汽压和日降水量资料, 分析了阿勒泰地区降水量的变化. 结果表明: 过去47 a阿勒泰地区年降水有增多趋势, 夏、冬季节降水呈明显增加趋势, 而春、秋季则增加较缓慢;降水空间分布表现为自南向北递增, 自西向东递减. 运用整层大气可降水量的经验计算公式, 计算了阿勒泰地区大气可降水量和降水转化率. 结果得出: 阿勒泰地区可降水量时间分布为夏季多、 冬季少;空间分布表现为自山区外围向山区中心递增, 降水量的大值区与可降水量的小值区对应. 降水转化率的时空分布说明这47 a其呈递增趋势, 且冬季较高. 研究结果表明, 阿勒泰地区具有一定的增水潜力.     

南水北调中线降水丰枯遭遇风险分析

受降水丰枯变化不确定性和差异性的影响,南水北调中线工程水源区与受水区降水的丰枯遭遇状态各不相同,给南水北调工程水资源调度运行带来风险。联合copula函数和贝叶斯网络理论,建立了南水北调中线工程水源区和受水区降水丰枯遭遇风险分析模型,对南水北调中线工程调水最不利的丰枯遭遇风险概率进行了研究。利用copula函数建立了水源区和受水区年降水量联合分布函数,计算条件概率,结合贝叶斯网络进行丰枯遭遇风险分析。结果表明南水北调中线4个受水区调水风险的概率均在25%以下,并对不同情景的调水风险进行了仿真分析。     

中国西南地区降水氢氧同位素研究进展与展望

中国西南地区属典型的季风气候, 降水的水汽来源及其影响因素非常复杂. 通过检索西南地区有关降水氢氧同位素的文献, 对西南三省一市降水氢氧同位素研究进行了综述. 从已开展研究的区域和站点、 主要采用的样品采集与分析方法、 主要的研究内容(同位素组成、 大气降水线、 氘盈余)和水汽来源、 影响因素以及区内的空间差异等几方面进行总结, 并对今后西南地区降水氢氧同位素的研究进行展望, 为研究区域降水氢氧同位素的进一步研究提供科学指导.     

三类ENSO相位下中国暖季降水时空变化特征

基于全国2048个站点1961—2019年逐日降水观测数据,采用10个降水指标刻画暖季降水时空特征,分析了东部厄尔尼诺（EP）、中部厄尔尼诺（CP）和拉尼娜（LN）事件对中国暖季降水时空特征的影响。研究结果表明：（1）过去59年,我国暖季降水总量、降水强度和极端降水等特征总体上均呈增加趋势,主要表现在东南和西北地区,而华北地区呈减少趋势。（2）东南和西北地区暖季可降水量的增加和增强的水汽通量为降水的形成提供了有利的水汽条件;而华北地区暖季可降水量趋于减少和水汽通量减弱均不利于降水的形成。（3）ENSO事件对我国暖季降水时空特征有显著调节作用。位于中国东北的气旋带来干冷空气和水汽通量减少使得在EP起始年份华北地区暖季降水总量、降水强度和极端降水等均趋于减少。东南地区对LN事件较为敏感,在LN起始年份,位于东南地区的反气旋源源不断的将暖湿气流输送到该区域,为降水增加提供了充沛的水汽条件。     

山东省酸沉降时空分布规律研究

从宏观角度研究了山东省的区域性酸沉降，以代表性地区点布点为主，根据１９９２年７月至１９９３年６月监测资料，着重分析了湿沉降中的降水酸度时空分布规律，降水ＳＯ＾２－浓度时空分布规律，降水主要化学成分和干沉降大气中ＳＯ２，ＮＯ２，ＴＳＰ时空分布规律，并从气象角度对酸雨成因机理作了初步分析。     

黑河上游降水同位素特征及其水汽来源分析

为了加深对黑河上游水循环过程的理解, 以研究区5个站点2015年8月至2016年8月的降水同位素实测数据和气象数据为基础, 除对降水同位素特征进行分析外, 主要利用TrajStat软件中的后向轨迹计算模块与潜在源贡献因子分析（PSCF）方法, 对研究区降水的水汽来源进行了分析, 并结合水汽通量等方法进行了补充分析。结果表明： 降水同位素呈夏高冬低趋势, 大气水线斜率（8.02）和截距（11.02）均高于全球大气水线的斜率（8.00）和截距（10.00）, 存在温度效应（δ¹⁸O=0.43x-10.82, r=0.54, P<0.0001）, 不存在降水量效应（δ¹⁸O=-0.05x-7.81, r=0.03, P<0.0001）; 研究区降水受多种水汽影响, 西风水汽影响最大。夏季除受西风水汽影响外, 还受东南季风水汽影响显著且水汽来源复杂; 研究区夏季的潜在蒸发源地集中在一些相对湿度和蒸发量较大的地区, 如祁连山区、 河西地区、 柴达木盆地北部、 青藏高原东南部及酒泉地区西南部等; 当降水量小、 温度高时, 持续性降水的大气水线方程的斜率和截距较小, 暴雨稳定同位素值较贫化, 受东南季风水汽影响最大, 其次是北方和西风水汽, 多种水汽辐合是暴雨事件发生的必要条件。     

2017年金华地区大气降水的水汽输送特征

利用2017年1～12月当地降水资料和同期全球再分析资料,引入HYSPLIT和GrADS气象模型,定量分析金华地区大气降水的水汽输送特征。结果表明:(1)研究区逐月场降水的水汽来源、运移路径存在差异。逐月水汽变化过程与冬、夏季风具有密切的联系。其中,4～5月水汽输送呈现为冬、夏季风之间的转换特征;9～10月为夏、冬季风转型时期。(2)研究区水汽输送通道大致可分为四条:西太平洋、孟加拉湾-南海、欧亚大陆和局地水汽通道;另外,研究区不同高度层的水汽在冬、夏半年的水汽输送通道和贡献率不同。