西北干旱区水汽收支变化及其与降水的关系

利用NCEP资料计算并分析1961—2010年西北干旱区(35°N—50°N,73°E—105°E)经纬向水汽输送、蒸发和水汽辐合辐散的变化特征,以及它们与同期西北干旱区降水之间的关系。结果显示:(1)西北干旱区冬、春、秋季经向水汽输送为净输入,纬向为净输出,总水汽输送为净输入。夏季经、纬向水汽输送均为净输出;(2)1961—2010年,西北干旱区各季节降水均增加,冬、春季降水增加显著,夏、秋季降水增加不显著。冬季纬向水汽净输出减少,导致西北干旱区冬季总水汽输送增加;春、秋季经向净输入减少和夏季经向净输出增加,导致春、夏、秋季总水汽输送减少;(3)1961—2010年,西北干旱区各季节蒸发量显著增加,且夏季增加趋势最显著;(4)各季节水汽通量散度显著减小,水汽辐合加强,且夏季水汽辐合增强最明显;(5)蒸发增大和水汽辐合增强是西北干旱区降水增加的主要原因,但外部水汽输送变化也会影响降水变化。     

广东大尺度大气水汽汇的年际及年代际变化特征

用1958～2004年实测降雨量和NCEP／NCAR再分析资料，分析了广东地区大尺度水汽汇的年际和年代际变化特征及其与水汽通量变化的关系。结果表明，气候平均而言，广东春夏季大气向地面输送较多水资源，秋季地气间相互交换的水分相当，冬季由地面向大气输送较多的水资源。四季和年水汽汇的年际分量方差贡献均占主导地位，秋、冬季水汽汇的年际分量有约3年的显著周期。除了显著的年际分量外，冬、春季和年水汽汇的年代际分量方差贡献也较显著，占总方差的40％以上，以30多年的长周期变化为主，目前正处于由正位相向负位相转变的过渡期，预示今后广东有偏旱趋势。广东冬春季水汽汇的异常有显著的同相关系。另外，夏、秋季水汽汇的年代际分量有10～15年的显著周期。广东各季大气水汽汇偏强（弱）是由于从热带低纬输送到南海北部至华南地区的水汽增强（减弱），并伴随着水汽通量的辐合的增强（减弱）造成，但各季水汽通量异常分布型是有差别的。     

近45a华南夏季降水时空演变特征

利用华南区域65个气象站点1960～2004年的观测数据,采用经验正交函数分解法(EOF)分析了华南夏季降水的时空变化.结果表明:华南中部和西北部是华南夏季降水的两个主要气候变异中心区,华南中部夏季降水具有年代际变化为主的特征,华南西北部夏季降水则具有年际变化为主的特征.华南中部夏季降水的强弱异常变化,与华南上空水汽输送异常而导致该地区垂直积分水汽通量辐合异常密切相关.即华南中部夏季降水强年,该区域上空为明显的水汽通量距平辐合,降水弱年则为水汽通量距平辐散或弱的水汽通量距平辐合.为华南区域夏季降水的气候预测提供一定的参考依据.     

近五十年中国西北地区夏季降水场变化特征及影响因素分析

利用中国气象局信息中心提供的西北地区1951～2005年夏季月平均资料集和1958～2002年ERA40资料, 分析近五十年来西北地区夏季降水场的主要变化特征, 及与之相关的大尺度水汽输送和环流场变化, 讨论大尺度环流指数如涛动、 极涡、 赤道太平洋Niño3.4区海温与西北地区夏季降水的相关性。结果表明, 近五十年西北西部尤其是南疆的降水增多, 与西伯利亚 (50°N～60°N, 40°E～70°E) 上空位势高度增加和伊朗高原 (35°N～42.5°N, 60°E～75°E) 上空位势高度减少有很大关系。1987年后, 西北西侧水汽辐合也是该区降水增多的一个重要因素。西北东部降水受海温影响大。此外, 北大西洋涛动、 极涡面积可以反映近几十年来西北降水西增东减的年际波动。极涡面积大小与西北降水第一模态相关性尤其突出, 可以作为考察西北降水变化的一个重要指标。     

近10年夏季西北地区水汽空间分布和时间变化分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料对近10年(2000-2009年)夏季西北地区整层大气水汽的时空分布进行了分析。结果表明:(1)近10年西北地区夏季大气可降水量和水汽通量分布呈两头多、中间少。700～200hPa的水汽通量值要比地面至700hPa的大,在南疆盆地,地面至700hPa的水汽通量值比700～200hPa的大,水汽通量在600～450hPa之间比较丰富;(2)整层水汽通量散度辐合区对降水落区的预报具有指导意义,除甘肃河西地区外,其他地区低层(700hPa以下)和高层(700hPa以上)的水汽通量散度呈反位相分布。(3)近10年西北地区水汽输送主要来自西风带在青藏高原西侧分为南北两支所携带的水汽、孟加拉湾的水汽随西南风输送以及西风带爬上青藏高原沿高原南边输送,而造成整层水汽通量年变化的主要原因是西风带输送水汽能力的大小。(4)近10年西北地区整层水汽通量呈线性增加,整层水汽通量的年变化趋势基本上可以指示地面降水的年变化趋势。(5)西北地区近10年夏季水汽来源主要以经向输送为主,纬向水汽通量对于西北区水汽净收支起决定作用。     

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。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

夏季区域西风指数对中国西北地区水汽场特征影响的对比分析

利用1970—1997年NCEP／NCAR冉分析月平均资料,设计了区域西风指数。通过分析西北地区夏季的水汽输送通量散度,发现该地区水汽平流引起的水汽输送通量散度项年际变化极小,而风场辐合(辐散)引起的水汽输送通量散度项年际变化却很大,在西北地区区域西风指数较强年份风场辐合比区域西风指数较弱年份强。由此可知．两风年际变化对西北地区的风场辐合(辐散)的影响是我国西北地区水汽场年际变化的主要原因。中国西北地区;区域西风指数;水汽输送通量散度;降水     

影响青藏高原大气可降水量的因素及其变化特征

利用1979—2015年ERA-Interim全球0.5°×0.5°月平均再分析资料,计算了青藏高原水汽收支方程中的水汽局地变化项、辐散项、平流项和垂直项的相对贡献,并分析了各项的变化特征。结果表明:(1)在整层和近地层,水汽辐合辐散项占大气可降水量变化项的比例最高;在中层和高层,水汽平流项占大气可降水量变化项的比例最高。水汽辐合辐散与大气可降水量有更好的相关性。(2)水汽辐合辐散的空间分布整体为低层辐合高层辐散;在整层和近地层,高原东部为湿平流,其余大部分区域为干平流,在中层湿平流区域面积扩大,高层几乎都为干平流。(3)水汽辐合辐散年际变化表现为增加趋势,其中整层、近地层和中层增加趋势最明显;水汽平流年际变化表现为各层都呈下降趋势,其中中层和高层下降趋势最明显。     

塔里木盆地夏季降水年代际的变化及联系的大尺度环流[*]

基于1961-2020年夏季塔里木盆地33站逐日降水数据和NCEP/NCAR大气环流再分析数据,分析了塔里木盆地夏季降水的年代际变化特征及影响环流。结果表明,塔里木盆地夏季降水在1986/1987年发生了由少到多的年代际突变,降水显著增加的区域主要位于盆地的西部和北部,主要由降水日数的增加贡献。不同年代际背景下,影响塔里木盆地夏季降水的环流配置存在一定差异。1961-1986年,影响盆地夏季降水的中亚副热带急流位置显著南移,中亚上空的异常气旋位于40°N附近,水汽源于阿拉伯海;1987-2020年,影响盆地夏季降水的中亚上空异常气旋位置位于40°N以南,水汽源于孟加拉湾和西北太平洋。东大西洋—西俄罗斯大气遥相关型在塔里木盆地夏季降水的年代际变化中扮演了重要角色。     

沈阳城区一次暴雨过程的水汽条件分析

利用Micaps实况资料、东北区域中尺度数值模式分析场资料和常规观测资料,对2013年8月16日沈阳城区暴雨的水汽条件进行了分析。结果表明：850 hPa以下城区上空水汽含量占整层的80％以上,地面比湿呈现快速增加后减少的变化,比湿峰值对应的并不是强降水的最强时刻。强降水发生前,城区地面周围的湿度分布不均匀,水汽输送主要以南北向为主。比湿的迅速增加主要是由于降水前风向和风速的快速变化,其中主要是南风分量的贡献。城区上空垂直方向上水汽主要是850 hPa向上输送,850 hPa以下输送强度逐渐减弱。伴随着强降水的开始,水汽的垂直输送转为高度层越低,输送强度越大。强降水发生时,地面U、V方向上水汽通量快速减小。强降水发生后,地面和高空水汽输送均发生了变化。大气可降水量与降水量之间具有一定的对应关系,可降水量的大小主要是取决于水平水汽通量辐合的大小,水汽局地变化对可降水量的贡献较小。水汽通量的辐合、辐散的大小主要取决于水平风场引起的辐合、辐散的大小。     

华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系

本文基于1961～2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF（欧洲中期天气预报中心）ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:（1）华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。（2）降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E～120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。（3）华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减—增—减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。（4）水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。（5）考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。     

河西走廊西部干旱区一次极端暴雨天气的水汽特征分析

利用高空、地面观测资料、加密区域站雨量资料、FY-2D云图、NCEP 1°×1°再分析资料,使用物理量诊断、后向轨迹模型等方法分析了 2011年6月15—16日河西走廊西部干旱区一次极端暴雨天气的环流形势、中尺度系统、水汽输送和收支特征。结果表明:河西走廊西部受内蒙古西部到河套地区西北—东南向暖性高压脊西部形成的高原低涡中心影响,200～400 km的低涡中心稳定维持在暴雨区上空超过12 h,形成了良好的动力条件;对流层低层湿度增大气温降低,中层冷空气从低涡南部侵入,大气处于弱不稳定状态,地面风速辐合、地形抬升进一步增强了低涡中心的上升运动,触发局地对流。主要存在随西风气流的西路和绕高原的东路两条水汽输送通道,以绕高原的东路水汽输送为主,其在暴雨期间的贡献率高达84.6%,以对流层中层输入最为显著。甘肃中部500和700 hPa异常偏东气流对东路水汽输送通道的形成十分重要,其能将已到达西北地区东部的暖湿空气继续向西北方向输送从而到达河西走廊西部。暴雨时段内水汽平均净输入强度是前期的2.73倍,对流层中层高原低涡中心、对流层低层风速风向辐合和地形辐合造成暴雨区550、700和800 hPa三层200～400 km的水汽辐合中心,大气可降水量高达34 mm,是夏季平均值的2倍多。     

我国季平均气温和降水局地同时相关的时空特征

将1955—1998年我国160站冬、夏季平均气温和总降水量序列分解为年代际和年际变化两个部分，用方差分析、相关分析和奇异值分解方法，分析了两种要素序列的方差构成及要素间局地相关关系的性质、季节变化和地理分布。结果表明:我国冬夏季气温、降水异常序列中，总方差年际变化大于年代际变化，但按自由度均分的方差，年代际变化较年际变化大，尤以气温为甚；单站气温、降水同时相关图上，夏季表现为显著的负相关，显著区主要分布在35°N以南、105°E以东的地区；夏季局地温度、降水也呈显著负相关关系，进一步分析表明，干热、湿凉型异常夏季多发生在江淮和华南两区，但同一年中两区夏季异常型常相反，它由年代际和年际变化中的负相关共同构成。     

洞庭湖流域夏季降水特征及旱涝年份大气环流分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961-2015年逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,对洞庭湖流域55年夏季降水的时空变化与典型夏涝年、夏旱年的大气环流特征进行分析。结果表明:55a间流域夏季降水存在明显的年际和年代际变化特征,存在准3a和20a周期。流域夏季平均降水量呈现由中北部平原地区向四周山区递增的空间分布特征。从大气环流和水汽输送及辐合形势来看,典型夏涝(旱)年,对应着西北太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强和流域上空水汽的异常辐合(辐散)。     

中国东部夏季水汽输送的年代际变化特征

基于1948—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用9 a滑动平均、EOF分析及合成分析方法,研究了我国东部夏季水汽输送的年代际变化特征。结果表明:6—8月水汽输送由强转弱发生在1975年前后,水汽输送异常显著区域主要位于东部地区;6月南海到我国东部地区的水汽输送存在年代际变化,7月孟加拉湾、南海和西太平洋(8月印度洋、南海和西太平洋)到我国东部的水汽输送同样存在年代际变化;6—8月年代际变化前后水汽输送矢量分布与相应月份水汽输送通量年代际特征向量场的空间分布基本一致;显著的水汽通量散度辐合区位于华中以西经华北到东北地区,长江以北水汽辐合(辐散)异常显著区域由风场的辐合(辐散)异常和水汽平流异常共同造成,长江以南地区水汽辐合(辐散)异常显著区域主要由风场的辐合(辐散)异常造成。     

内蒙古地区多年大气可降水量及其转化效率研究

利用1961-2015年NCEP/NCAR再分析资料和内蒙古119个国家站月降水资料,对大气可降水量、水循环次数、水汽通量及其散度的时空分布特征进行分析。结果表明:(1)内蒙古地区四季平均大气可降水量均值为8~14 mm,自南向北、自东向西递减,65年的年际变化上总体呈减少趋势,受锋区活动及大气环流季节突变影响,4月、6月分别出现了2次突然增长,10-11月出现1次突然减少;(2)水循环次数夏季最高,春、秋季次之,冬季最低,呈自东北向西南递减,年际变化呈增加趋势,受纬度影响量值及变率均明显不同;(3)内蒙古地区水汽输送以偏西风为主,但夏季偏南风输送的加强直接导致大气可降水量及水循环次数的增加;(4)各季水汽输入量均小于水汽输出量,导致内蒙古地区长期处于水汽收支失衡状态;(5)水汽通量散度的空间分布即水汽的辐合辐散与水循环次数的空间分布较为一致,说明水循环次数能够客观反映大气可降水量的转化情况。     

利用高分辨率ERA-Interim再分析资料对2011年夏季江淮区域水汽汇的诊断分析

利用水平分辨率接近0.7°×0.7°、垂直方向60层的ERA-Interim再分析资料,分析了2011年夏季江淮区域水汽汇的演变及各项的贡献,研究了与水汽辐合项有关的水汽输送及相应的月平均环流和天气尺度扰动。结果表明:(1)ERA-Interim再分析资料对江淮区域夏季水汽平衡有较好的描述能力。由水汽辐合项与水汽局地变化项计算的水汽汇值和用降水与蒸发求得的水汽汇值高度一致,说明该资料可用于研究江淮区域的水汽汇。(2)2011年夏季江淮区域整体处于水汽汇区,且水汽汇值具有明显的2~6天的天气尺度振荡。降水对水汽汇的贡献远大于蒸发,而水汽辐合项与水汽局地变化项对水汽汇均有较大贡献,并且对水汽汇具有超前1~2天的指示作用。(3)月平均环流和天气尺度扰动均通过与水汽输送密切相关的水汽辐合项对江淮区域水汽汇产生显著影响。月际尺度的水汽汇变化与大尺度大气环流尤其是副高有密切关系;而江淮流域及西南地区的天气扰动对江淮区域水汽汇的天气尺度振荡起到至关重要的作用。     

APO异常对我国西北地区东部秋季干湿变化影响

利用1961—2010年NCEP/NCAR的月平均和逐日再分析资料、中国区域589个站月降水量和气温月平均资料,研究夏季亚洲—太平洋涛动 (APO) 异常与我国西北地区东部秋季干湿变化的关系。结果表明:夏季亚洲—太平洋涛动指数 (APOI) 的异常变化与我国西北地区东部干湿指数 (DROI) 呈显著正相关。夏季APOI正异常年对应的秋季中高纬度地区500 hPa高度场乌拉尔山以西高压脊加强、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽加深、鄂霍次克海东部高压脊加强;东亚西风急流轴偏北;经阿拉伯海、印度半岛—孟加拉湾的西风水汽以及北太平洋反气旋底部的偏东水汽输送均为加强趋势,并结合中纬度西风水汽输送使研究区秋季偏湿,反之亦然。进一步研究表明,夏季APO为正异常时,秋季西北地区东部上升运动加强、暖湿气流加强 (均在第54—56候最为明显)。     

中国西北地区东部盛夏降水特征及对初春地表感热异常的响应

选用1961-2015年中国西北地区74个气象站逐月地表感热通量计算资料,及其东部155个常规气象站夏季的月降水资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,通过经验正交函数分解(EOF)、线性回归分析、奇异值分解(SVD)等数理统计分析方法,分析了西北地区东部盛夏(7-8月)降水的时空异常演变特征及其与西北地区初春(3-4月)地表感热异常的联系及成因。结果表明:(1)中国西北地区东部盛夏降水由东南向西北递减,总体呈年代际减少趋势,减少最明显的区域为宁夏北部、内蒙古中南部。其空间异常型主要表现为全区一致的增多(减少)和西北-东南向"-+-"变化。(2)当西北地区初春(3-4月)地表感热通量整体异常偏强(弱)时,盛夏(7-8月),在贝加尔湖以南、中国北方的上空出现高度场异常偏高(低),中国西北地区水汽辐散(辐合)加强,西北地区东部宁夏平原降水出现异常偏少(偏多);而陕西南部有水汽的辐合(辐散)加强,有(不)利于该地区降水的产生。