青海省 1961—2018 年侵蚀性降水时空变化特征

利用青海省41个气象站点1961—2018年逐日降水数据,采用常规统计学方法,统计逐年降水量/日数、侵蚀性降水量/日数,分析青海省降水和侵蚀性降水的时空分布特征。结果表明:青海省年降水量、降水日数、侵蚀性降水量、侵蚀性降水日数之间呈显著的幂函数关系,空间分布均从东南向西北逐步减少。从4个生态功能区分布来看,三江源地区年降水量最高,为469.3 mm,柴达木盆地全省最低,为99.4 mm;侵蚀性降水量柴达木盆地最低,为25.1 mm,东部农业区全省最高,为155.5 mm。1961—2018年青海省年降水量和侵蚀性降水量分别以8.1、4.7 mm/10a呈显著增加趋势,年降水日数表现为不显著的减少趋势,侵蚀性降水日数呈显著的增加趋势,变化速率分别为-0.5、0.2 d/10a。侵蚀性降水量和侵蚀性日数突变分别发生在2004年和2001年,突变后侵蚀性降水量和降水日数较突变前分别增加22.4 mm和0.7 d。1961—2018年青海省侵蚀性降水量和侵蚀性降水日数的贡献率平均为32.7%和6.5%,侵蚀性降水量和侵蚀性降水日数的贡献率分别以0.59%和0.21%呈显著增加趋势。     

克拉玛依市1959—2008年降水变化的特征分析

以1959—2008年克拉玛依市逐日降水资料为基础,采用线性趋势法、累积距平法、曼—肯德尔法、最大熵谱分析法等统计方法分析了克拉玛依近50 a的降水变化特征。结果表明:克拉玛依春、秋、冬三季及年降水量呈增加趋势,夏季降水量呈减少趋势;四季及年降水日数均呈减少趋势;从降水量级来看,R=0.0 mm的降水日数呈减少趋势,0.1 mm≤R≤4.9 mm、5.0 mm≤R≤9.9 mm、10.0 mm≤R≤24.9 mm、R≥25 mm的降水日数呈增加趋势(注:R为日降水量)。年降水量以12.9 a、8.3 a、2.9 a为主要周期,1987年为突变点,极端降水事件有增加的趋势。     

三峡水库蓄水关键区降水时空变化特征

根据1961—2012年三峡水库安全蓄水各关键区域内经过质量控制的261个代表站逐日降水资料,采用线性回归分析、FFT滤波等方法,研究了区域全年和5—9月降水的时空分布及演变趋势。结果表明:三峡水库蓄水关键区年均降水量为992.9 mm,东多西少,岷江东南部为降水大值中心;近52年来,年降水量以-16.2 mm/10a的速率显著减少,2000年后减少尤为明显,宜宾—重庆段减少最为严重,金沙江减少最微弱;蓄水关键区5—9月降水量占全年降水量75.6%,5—9月降水量以-12.2 mm/10a的速率显著减少,减少趋势较为明显的区域主要位于岷江、沱江、宜宾—重庆段交汇处,5—9月降水20世纪70年代前呈"中北多、南部少",之后演变成"中北少、南部多",大暴雨和极端降水量呈增加趋势,蓄水前后区域降水变化主要体现在空间分布格局方面。     

1961-2014年石家庄地区降水量的时空变化特征

利用石家庄地区5个代表站1961-2014年的逐日降水资料,采用多种统计分析方法,分析了石家庄地区降水量的时空变化特征,结果表明石家庄地区年降水量从20世纪70年代开始下降,80年代达到最低,90年代有所增加,但也没有明显的上升趋势,21世纪初又开始下降.20世纪70年代降水量的减少春季和秋季贡献最大,80年代降水量的减少和90年代降水量的增加主要是夏季的贡献.石家庄地区年降水量起伏较大,1963年降水量最多,为1038.4 mm,2014年最少,仅为276.2 mm.近54年石家庄年降水量在波动中呈现下降趋势,线性趋势为-11.0 mm/（10 a）,但下降趋势并不明显.石家庄北部年降水量呈上升趋势,市区及东部、南部和西部年降水量均呈下降趋势,变化趋势均不明显.近54年,石家庄春季降水量呈上升趋势,线性趋势为0.9 mm/（10 a）,夏季、秋季和冬季降水量均呈下降趋势,线性趋势分别为-11.9,-1.1和-0.3 mm/（10 a）,上升或下降趋势均不明显.夏季降水减少是导致石家庄年降水减少的主要原因.石家庄四季降水量变化趋势的空间分布具有明显的季节特征和区域特征.石家庄四季降水量均存在显著周期变化.     

近50年上思县气温和降水变化分析

采用上思国家气象观测站1961—2010年的气温与降水观测资料,运用一元线性回归方程、滑动平均等数理统计方法．分析近50a来气温和降水变化的总体特征和趋势,结果表明：上思县年平均气温呈上升趋势,线性倾向率为0．177℃／10a,冬季增温最为显著,线性倾向率为O．253℃／10a;上思县年降水量整体呈增加趋势,线性倾向率为7．27mm／10a,降水量增加的趋势不显著。     

都兰地区近64年降水年际变化特征分析

利用都兰国家基本气象站1954—2017年月降水资料,运用气候倾向率法、累计距平法、滑动平均法、M—K检验法和小波分析法,分析了都兰地区1954—2017年降水量时间变化规律。结果表明:都兰地区年降水量整体呈增加趋势,气候倾向率为14.258mm/10a,64a来共增加了91.25mm;春、夏、秋季降水量呈增加趋势,气候倾向率分别为3.726mm/10a、10.664mm/10a、0.464mm/10a,冬季降水量呈减少趋势,气候倾向率为-0.264mm/10a;都兰地区年降水量从1986年发生由少到多的突变,并通过了0.05的显著性水平检验;年降水量存在20a主周期。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

近50年阜新地区气候变化特征分析

根据1951—2000年阜新地区气温和降水资料,运用一元回归、相关分析等数理统计方法,对近50 a阜新地区气候变化进行了分析。分析表明:近50 a阜新地区年平均气温呈上升趋势,增温率为0.24℃/10 a,近30 a增温尤其明显。不同季节平均气温的变化趋势与年平均气温变化趋势基本一致,仅冬季平均气温有差异。根据近50 a冷暖波动情况,可将阜新地区划分成2个冷期和2个暖期。近50 a阜新地区年降水量呈下降趋势,递减率为8.009 mm/10 a,但是近30 a降水量呈上升趋势。各季节中夏、秋、冬季降水量呈上升趋势,但春季降水呈下降趋势。近50 a阜新地区降水变化可分为3个多雨期和3个少雨期。     

1961—2010年我国夏季总降水和极端降水的变化

利用1961—2010年我国753站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近50年我国夏季降水的变化,包括夏季总降水量、极端降水量和极端降水频次的变化。结果表明,夏季总降水量和极端降水量的空间分布大致相似,在我国东南和西南部呈上升趋势,在东北和西北部呈下降趋势。用泊松回归拟合出的极端降水频次变化趋势显示,江淮流域及其以南地区测站的降水频次普遍增加,以北地区则呈减少趋势。进一步分析得到,我国大部分地区的夏季总降水量变化由降水平均强度的变化引起,而极端降水量的变化多由降水频次的变化引起。通过比较温度和水汽变化对降水量变化影响的相对重要性得到:在黄河以北大多数地区,水汽变化主导夏季总降水量的变化;而在江淮流域及华南大部分地区,温度变化为主导。     

中国气候过渡带干旱化发展趋势与东亚夏季风、极涡活动相关研究

利用国家气候中心1961~2000年中国160个测站降水量和NCEP/NCAR全球再分析资料,采取线性趋势变化、相关和水汽输送等分析方法,揭示中国大陆40 a的年和季降水变化趋势显著区域的时空分布特征,探讨与东亚夏季风和极涡活动的某些相关。结果表明:(1)经内蒙古中东部、山西省、河南省、陕西省和甘肃省东部至湖北省西部、四川省西北部和重庆市年降水量线性下降趋势较显著(其中相当部分为中国的气候过渡带),并明显向东与华北大部、东北地区中南部、环渤海地区、山东省和江苏省北部线性下降较显著区连成一片,构成占中国国土面积约1/5的气候变化干旱化区域,其中20世纪90年代年平均降水量负距平为50~100 mm的面积约达90万km2,其季节变化主要为夏、秋两季降水锐减,长江中下游、东南部沿海和广东省大部年降水量线性上升趋势显著,其中江西省20世纪90年代年降水量正距平在200 mm以上;(2)20世纪90年代夏季1000~300 hPa水汽输送积分负距平区与中国40 a气候变化干旱化区域总体相吻合;(3)中国西部地区东部与华北、东北地区中南部、环渤海地区降水干旱化区域连成一片,原因是多方面的,文中初步揭示了与影响中国的东亚夏季风在30°N以北地区活动和太平洋区极涡强度指数自20世纪70年代前后减弱相关显著。     

1979~2015年青藏高原低涡降水特征分析

为了研究青藏高原低涡降水长期特征,利用1979~2015年高原低涡数据集、依照高原低涡降水范围,匹配高原各站逐日降水信息,对高原低涡降水特征进行统计分析。结果表明,青藏高原低涡降水量呈上升趋势,大值中心位于西藏那曲地区,呈向东南凸出递减分布,并以夏季低涡降水为主,全年和夏季高原低涡降水量与总降水量均存在明显的正相关关系。安多站高原低涡降水呈下降趋势,但对年降水的平均贡献率高达三成;那曲站与托托河站高原低涡降水在总体上却呈上升趋势,递增率分别为0.2 mm/a和0.7 mm/a,其中那曲低涡频数与低涡降水强度的正相关系数达0.66,而托托河低涡降水占总降水的百分比却呈下降趋势。高原低涡日降水量等级主要以小雨为主,但中雨却是低涡降水量的主要贡献者。趋势分析发现高原低涡降水递增中心位于青海北部,递增率达到0.9 mm/a,次中心在西藏西南部雅鲁藏布江沿线地区;同时,高原低涡引发小雨降水基本呈全区一致增加趋势,中心位于西藏东北部和青海西南部地区;中雨降水上升趋势主要集中在西藏西南部、青海地区以及四川西部,其中青海南部存在较为明显上升中心区,下降趋势主要分布在西藏北部和东部。     

青藏高原西部春季降水年代际变化趋势

利用ERA-Interim和APHRO_MA资料分析了1979～2007年间青藏高原西部春季（3～5月）降水的年代际变化趋势及可能原因。结果表明,青藏高原西部局部区域春季降水呈显著减少趋势,降水的变化趋势与其西南部辐合上升运动及阿拉伯海北部水汽含量变化存在联系。发现研究区春季降水增加时伴随其西南部显著的辐合上升异常,同时高层（500 hPa）位势高度场负异常中心与环流的气旋式正异常中心一致,而低层（850 hPa）的辐合上升异常相对较弱;研究区春季降水增加同时伴随阿拉伯海北部至研究区西南部的高、低层比湿正异常,其中低层的比湿正异常更为显著,其正异常中心均位于阿拉伯海北部。上述区域的水汽输送能解释研究区春季降水55.3%的变化,同时两者的变化趋势具有很好相关性。研究显示1979～2007年间研究区春季降水呈下降趋势主要是由阿拉伯海北部低层向印度次大陆水汽输送减少,以及研究区南部高层辐合上升运动减弱造成的。青藏高原西部春季降水变化趋势和相关区域水汽变化的一致性,可以为分析高原气候变化提供依据。     

青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化研究进展

近几十年来,随着全球气候变暖,青藏高原降水整体呈现增加趋势,气候暖湿化趋势明显;与此同时,位于青藏高原东南缘的中国西南地区整体上呈现暖干化趋势,干旱事件频发。探讨青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化、揭示降水趋势性变化的原因已经成为当前研究热点。本文评述了近年来青藏高原降水的水汽来源研究,重点关注青藏高原变湿、西南地区变干的水汽来源变化原因以及青藏高原南北水汽来源差异,讨论了尚未解决的科学问题,展望了未来研究方向。现有研究表明,青藏高原以西的西风带控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现减少趋势,青藏高原以南和以东的季风控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现增加趋势,上述水汽源区贡献变化导致了青藏高原及其周边不同区域降水趋势性变化的差异。展望未来,水汽来源分析的模型和数据需要进一步验证及减少不确定性,青藏高原下垫面和蒸散发变化对周边地区降水的影响机制研究有待加强,全球变化与青藏高原降水水汽来源变化的关系尚需深入分析。     

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。      

1980~2019年夏季青藏高原中东部极端日降水分布特征

基于中国气象局国家基准气象观测站逐日观测资料,采用百分位法对1980~2019年夏季青藏高原中东部地区极端日降水进行定义,分析了不同分位极端日降水的气候分布特征。结果表明:（1）青藏高原中东部夏季降水呈东多西少、中间多南北少的反位相分布特征,且存在显著的年际和年代际变化。（2）99%分位降水阈值普遍在24 mm/d以上,95%分位和90%分位降水阈值维持在12~20 mm/d,75%分位降水阈值则进一步下降至7~9 mm/d。（3）从长期变化趋势看,青藏高原中东部99%分位的极端日降水出现频次呈显著的上升趋势,其余几个分位则以下降趋势为主。（4）相较于99%和90%分位而言,95%分位在青藏高原中东部夏季降水中具有更为突出的贡献,且近40 a来99%分位的贡献在不断增加。（5）青藏高原中东部日降水量介于0.1~10.5 mm,但日降水量的频次波峰和总降水量的波峰位置存在差异,2.4~5.1 mm日降水量在青藏高原中东部降水中具有重要作用。      

Some characteristics of cumulus convection over the Tibetan Plateau

The diagnostic model of the cumulus convection proposed by Yanai et al. (1973) was applied to the atmosphere over the Tibetan Plateau, and used to estimate the vertical mass flux, entrainment and detrainment, excess temperature and moisture, liquid water content, and condensation and precipitation rates of highland cloud clusters. The re-sults illustrated that in clouds over the Tibetan Plateau, the water vapor condensation rate, liquid water content, and efficiency of the rain generation process are less than those in the tropics (represented by the Marshall Islands region). Therefore, the condensational latent heat released over the Tibetan Plateau, overall, is much smaller than that in the tropics. The water vapor and liquid water detrainment from shallow nonprecipitating cumulus clouds, and their entrainment into deep cumulus clouds, serve as a growing mechanism for the deep precipitating cumulus towers over the Tibetan Plateau. It should be noted that there is a stronger detrainment of liquid water from cumulus clouds and a stronger re-evaporation rate in environment. The process of the condensation-detrainment-re-evaporation-entrainment is repeatedly in progress. It would play an important role in maintaining of cumulus convection on the condition that the supply of moisture is not plentiful over the Tibetan Plateau.The analyses also showed that the cloud mass flux Mc over the Tibetan Plateau is less, and the large-scale av-erage upward motion is much less than those over the Marshall Islands. Stronger compensating downward motion in the cloud environment over the Tibetan Plateau, responsible for the area’s strong environmental heating rate was re-vealed, and would link to the stability of the South Asian High in summer.     

高分辨率MRI模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟

本文使用MRI模式在不同分辨率下(180 km、120 km、60 km、20 km)的AMIP试验结果, 分析了该模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟, 并考察模式分辨率的影响。结果表明:MRI模式能够较为合理地模拟出青藏高原夏季气候平均的降水空间分布, 但对气候平均水汽输送通量以及降水年际变化的模拟却存在较大的误差。随着分辨率的提高, 该模式对青藏高原气候平均降水的模拟有明显改进, 包括降水年循环以及夏季降水的空间分布等。分辨率为180 km、120 km、60 km、20 km的MRI模式模拟的青藏高原7月平均降水绝对误差分别为2.2 mm/d、1.2 mm/d、0.7 mm/d、0.2 mm/d。另外, 高分辨率模式模拟的青藏高原夏季水汽输送通量的年际变化也更接近观测。当分辨率达到20 km时, MRI模式模拟的西风水汽输送指数与观测的相关系数达到0.43, 通过了0.1显著性水平的显著性检验。但MRI模式对青藏高原夏季降水的年际变化以及气候平均水汽输送通量的模拟技巧并不随分辨率的增加有明显提高。低分辨率模式中模拟降水量偏大、印度季风槽偏强的现象在高分辨率模式中仍然存在。     

青藏高原云水气候特征分析

利用2001~2016年MODIS月平均液相云水路径（Cloud Liquid Water Path,LWP）、冰相云水路径（Cloud Ice Water Path,IWP）资料和ERA-Interim再分析等资料,分析了青藏高原空中云水的分布特征、变化趋势以及与大气环流变化和水汽输送变化的关系。结果显示,LWP和IWP的年平均分布形态与降水、可降水量对应较好,林芝地区聚集了丰富的LWP、IWP、降水量和可降水量。受印度洋季风影响,LWP和IWP存在明显的季节变化,夏季LWP和IWP最丰富,冬季最少。水汽传输和高原的动力、热力作用是影响夏季LWP和IWP分布的主要因素,夏季高原南部相对湿度大,水汽抬升强烈,促进了LWP和IWP的形成和积累。LWP和IWP随海拔高度的变化特征较为相似,3000~5500 m海拔高度区间内二者的总体变化特征与青藏高原降水的梯度变化特征一致,为随高度先较快升高后保持稳定的分布特征。青藏高原年平均和季节平均LWP和IWP在2001~2016年间均以减少趋势为主,这一变化趋势与云量和降水变化趋势一致,LWP和IWP的减少趋势与水汽输送通量散度的增加密切相关。     

夏季青藏高原东南部水汽收支气候特征及其影响

采用1961—2005年NCEP/NCAR再分析资料, 研究了夏季青藏高原东南部水汽收支的气候特征及其影响效应。结果表明:夏季青藏高原东南部总体上是一个水汽汇区, 平均总收入为39.9×106 kg/s。东亚夏季风的建立、推进对青藏高原东南部的水汽输入有重要影响, 而青藏高原东南部的水汽输出则与夏季我国东部雨带的推进过程密切相关。该区对周边地区的水汽收支有重要影响, 是向我国西北地区东部、长江中下游地区输送水汽的重要通道, 青藏高原东南部的水汽“转运站”效应是长江中下游流域洪涝和北方夏季干旱异常的关键因子之一。青藏高原东南部东、北边界夏季水汽收支均具有准两年周期振荡特征, 并分别与长江中下游、西北地区东部夏季降水的准两年振荡特征具有一定的联系。     

青藏高原一次强对流过程对水汽垂直输送的数值模拟

本文采用中尺度天气研究预测模式(WRF)模拟了青藏高原那曲地区的一次强对流过程,分析了强对流对水汽的垂直输送量及对模式不同云微物理参数化方案的敏感性.通过与实测资料的比较,发现此次模拟在对流发生时间、地点、降水时间等方面均与实际接近.敏感性试验表明:当对流发生时,对流区域向上的水汽通量随海拔高度呈先增大后减小的趋势,该...