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.     

低纬环流系统对江淮梅雨暴雨影响的数值模拟

利用有限区域细网格模式与Ｔ４２Ｌ９谱模式进行三维嵌套，对１９９１年７月１０－１１日０８时江淮梅雨暴雨过程作了数值模拟，探讨了低纬环流系统和由其形成的水汽输送通道对江淮梅雨的影响。结果表明：孟加拉湾水汽源地及其西南季风水汽输送通道的贡献大于南海水汽源地及其东南季风水汽输送通道；两个水汽源同时存在，对江淮梅雨暴雨引起非线性叠加增强；台风环流和季风低压环流强度的变化对江淮梅雨暴雨有重要作用。     

青藏高原—季风水汽输送“大三角扇型”影响域特征与中国区域旱涝异常的关系

文中分析了南亚季风水汽输送关键区“大三角扇型”区域特征 ,即该区域以高原地区为顶端 ,南海季风与印度季风涉及的低纬活动源区为“底边”构成了类似“大三角扇型”的南亚季风水循环相关影响域 ,此“大三角扇型”水汽输送特征分布描述了副热带高压环流以及中纬度扰动等亚洲季风系统成员的总体动力影响效应 ;反映了该区域南半球跨赤道气流 ,赤道西太平洋季风槽及季风活动等水份循环特征。表现了东亚海陆热力强迫、青藏高原非绝热效应、海洋“暖池”及异常孟加拉湾对流活动等诸因素的综合影响。研究表明 ,大三角区域热源强信号源 (高原地 气与孟加拉湾、菲律宾、南海等海 气过程 )区域的水份循环时空演变、遥相关特征及其对亚洲季风爆发的综合影响等均是认识中国及东亚旱、涝异常成因的重要科学问题     

梅雨期区域边界水汽输送模型及其数值试验

通过诊断分析,提出梅雨期中国区域边界水汽输送特征模型,即高原中部区域西边界与低纬南海、西太平洋南边界为水汽输送流入主体,西太平洋东边界为水汽“流出”主体。数值模拟研究表明:1998年洪涝特大暴雨过程6月与7月份水汽输送通道特征存在差异,6月中下旬长江流域暴雨过程以西边界与南边界水汽流共同输送为主体,其中南海西太平洋区域水汽输送显著,7月份水汽输送过程以高原中部区域西边界“水汽流”为主体。因此,高原中部区域西边界与中国区域南边界的水汽输送对长江流域特大暴雨的形成均具有重要的作用。区域边界水汽流的时空特征分析及其理论模型将为长江流域暴雨预报提供科学依据。     

长江中下游旱涝的环流型与赤道东太平洋海温遥相关波列特征

根据长江中下游地区夏季旱涝年前期冬、春季北太平洋海温分布特征进行分析研究 ,提出了影响区域性旱涝的海温“强信号”概念 ;探讨了北半球大气环流结构对赤道东太平洋海温异常响应问题 ,并研究了东太平洋海温与北半球夏、春季高度偏差场季尺度相关偏差场波列结构相关特征。研究结果表明 ,赤道东太平洋海温异常可能通过低纬walker环流引起赤道西太平洋区域性大气异常运动 ,从而产生遥响应环流型 ,形成类似PNA遥相关“大圆波列”。此类遥响应特征在西太平洋区域表现出与副热带高压、西风槽、阻塞高压等相关的系统的准定常经向波列。研究结果还表明此类经向波列结构描述了中高纬地区系统对低纬异常海温遥响应的动力学特征。应用 1997～ 1998年冬季实际海温资料 ,并在赤道中东太平洋地区引入实际海温异常的敏感性试验 ,较成功地模拟了 1998年夏季长江流域洪涝的降水分布特征。文中从统计、动力分析和数值模拟综合分析方法揭示出由前期东太平洋海温异常引起的大气环流变异 ,构成中国长江流域旱涝的物理图像及其动力学模型。     

江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析

在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.     

青藏高原热力强迫对中国东部降水和水汽输送的调制作用

从4个方面综述了有关青藏高原大地形热力“驱动”对中国东部雨带和水汽输送特征及其年代际变化的影响作用的研究进展:(1)中国三阶梯大地形热力过程变化与季风雨带季节演进;(2) 青藏高原地-气过程热力“驱动”及其季风水汽输送结构;(3) 青藏高原积雪冷源对中国东部水汽输送结构及其雨带分布的影响;(4) 青藏高原视热源变化与雨带年代际变化相关特征及其可能调制。其主要研究结论是:(1)中国西部高原特殊三阶梯大地形结构强化了海-陆热力差异,尤其是高原大地形使地-气热力差异季节变化有由青藏高原向东北方向大地形区域延伸变化趋势,且其与季风雨带由东南沿海移向西北朝青藏高原与黄土高原边缘同步演进,两者似乎存在类似季节内演进的一种“动态的吸引”。(2)中国东部雨带时空变化特征和季风强弱变化趋势均与青藏高原热源强弱异常变化相对应。青藏高原热源异常影响低纬度海洋向陆地的水汽传输路径和强度,进而调制中国东部降水时空演变。在青藏高原热源强和弱年,中国降水变率空间分布特征分别为“北涝南旱”和“南涝北旱”。青藏高原视热源强(弱)异常变化“强信号”将对东亚与南亚区域的季风水汽输送结构,以及夏季风降水时空分布的变异具有“前兆性”的指示意义。(3)长江中下游地区作为独特南北两支水汽流的汇合带,该地区夏季青藏高原热源与水汽通量相关矢特征呈类似于青藏高原多雪与少雪年水汽通量偏差场中水汽汇合区显著特征差异,揭示了冬季青藏高原积雪冷源影响中国东部夏季长江流域梅雨水汽输送结构特征。(4)中国降水的年代际变化基本型态为中国东部呈“南涝北旱趋势”,西北区域呈现出“西部转湿趋势”。但基于近10年青藏高原春季视热源出现“降后回升”趋势,中国东部“南涝北旱”的降水格局已出现转折趋势。     

亚洲—太平洋季风区的遥相关研究

亚洲-太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有非常显著的影响.文中根据国内外相关研究,重点分析和评述了在亚洲-太平洋季风区中4种季节内时间尺度的遥相关关系,清楚地揭示了印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风之间的相互作用.研究发现:(1) 在亚洲季风爆发初期,印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在相差大约两周的超前关系,形成从印度西南部经孟加拉湾到达中国长江流域及日本南部的遥相关型,即"南支"遥相关型.(2) 在季风盛行期间,长江流域降水明显受热带西北太平洋夏季风的影响,与西北太平洋夏季风降水呈反相关关系,即当季风减弱时,长江流域夏季降水偏多.(3) 与长江流域降水相反,华北雨季(7月第4候-8月第3候)则与西北太平洋夏季风降水呈正相关关系,当西北太平洋夏季风强时,西太平洋副热带高压异常偏北偏东,副高西南侧的异常东南水汽输送在中国华北地区上空辐合,给该地区降水偏多提供了充足的水汽条件.(4) 华北夏季降水同时还与印度夏季风呈正相关关系,在夏季风盛行期间,形成由印度西北部经青藏高原到中国华北地区的西南-东北走向的遥相关型,即"北支"遥相关型. 上述4种遥相关关系,反映了亚洲夏季风季节北推过程中,印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风子系统之间的关联.     

1998年长江流域梅雨期暴雨过程的水汽输送特征

通过对1998年第二次青藏高原大气科学试验期间的加密观测资料、NCEP／NCAR资料、1998年6—7月暴雨2个关键强降水时段水汽通量特征的诊断分析及其区域边界水汽输入问题的数值模拟研究表明：1998年长江流域特大暴雨过程是在有利的持续异常且稳定的大尺度环境场及中尺度风场的配合下发生的；6月与7月水汽输送特征存在差异；高原中部区域西边界与中国区域南边界的水汽输送对此次梅雨期特大暴雨的形成均有重要作用，即水汽源及其侧边界水汽通道特征的显著变化对梅雨期不同阶段长江流域特大暴雨的形成、发生和发展作用明显；水汽的时空分布特征为长江流域持续性特大暴雨的预报提供了着眼点。     

2010年夏季欧亚异常阻高演变过程及对天气气候的影响

2010年6—8月,北半球存在欧亚遥相关,异常最早出现在北大西洋高空急流出口区,为负扰动,扰动沿遥相关波列向下游传播,造成莫斯科地区的高温热浪以及巴基斯坦与中国西北和东北部的暴雨洪涝。遥相关分析表明,急流出口区的负扰动首先引起俄罗斯西部的正扰动,阻塞高压发展,造成持续高温干旱;之后引起西亚北部的负扰动,造成冷空气频繁南下,与北上和西进的印度季风交汇在巴基斯坦北部,造成极严重的洪涝;8月初扰动沿高空急流继续向下游传播,在我国西北、东北以及朝鲜半岛造成洪涝,甘肃舟曲突发性大暴雨和泥石流以及松花江暴雨就发生在这个时期。由于2010年夏季整个欧亚地区经向型环流异常发展,高空急流经向分量很大,这导致高、低纬冷暖空气在不同地区持续相互作用,不仅使阻塞高压在中高纬俄罗斯西部异常发展、强大和持续,而且使低纬巴基斯坦发生严重洪涝,以及我国中纬度地区的强烈暴雨。季风活动在引发上述暴雨洪涝起着十分关键的作用,分别表现为来自低纬阿拉伯海和孟加拉湾的两支暖湿气流与沿着阻高东侧南下的冷空气在巴基斯坦北部上空交汇;来自印度洋、太平洋的暖湿气流和中纬度西风带的水汽在我国东北以及朝鲜半岛上空交汇。     

对流层上层斜压波包活动与2003年江淮流域梅雨的关系

利用NCEP/NCAR再分析和中国740站逐日降水资料, 研究了2003年淮河流域梅雨期间对流层上层斜压波动的传播情况。结果发现, 斜压波组织成波包向下游传播且具有明显的下游频散效应。波动起源于巴尔喀什湖西北侧, 沿着西北－东南向的路径向东南传播, 传至江淮流域大约需要3天。斜压波包所带来的扰动能量为江淮流域暴雨的发生发展提供了必要的能量积聚。通过与1998和1997年这两个梅雨年份的比较, 发现1998年异常强梅雨年的斜压波包的活动特征与2003年的相似, 但在梅雨降水非常偏少的1997年, 未发现有明显的斜压波包向下游的传播。     

1998年夏季中国暴雨洪涝灾害的气象水文特征

文章分析了1998年夏季我国长江、嫩江、珠江流域发生的严重洪涝灾害的气象、水文特征及其成因。6月中、下旬珠江、长江、嫩江流域出现了持续性强降水, 局部地区下了大暴雨; 7月下旬长江流域出现了“二度梅”, 湖南、湖北和江西省普降暴雨; 8月上半月嫩江流域再次出现持续性强降水。频繁的强降水使长江、嫩江、华南西江等干、支流水位迅猛上涨, 支流河水不断涌入干流, 使得干流洪峰迭起。雨水和洪峰迭加, 引发了百年一遇的大洪水。1998年7月副热带高压南落是造成长江流域“二度梅”的主要原因。副热带高压、南海季风涌、中高纬冷空气和从青藏高原东移的中尺度对流系统 (MCS) 等4个因子的最佳组配, 有利于长江流域出现持续性强降水。     

近50a江淮地区梅雨期水汽输送特征研究

利用1958—2007年ERA再分析风场及气压场资料和APHRO高分辨率逐日降水资料,对近50 a来梅雨期水汽输送的时空特征及其与江淮地区降水的关系进行了研究,发现各条水汽通道对江淮地区梅雨期降水强度及范围的影响程度均不同。梅雨期影响我国降水的水汽输送有显著的年际变化,并且水汽输送强弱年对应江淮地区降水强度也有明显差异。相关分析及合成差值的结果显示,西太平洋水汽输送贡献更大,且西太平洋水汽输送(东南通道)增强时,江淮地区降水增多。印度洋水汽输送的加强会减弱太平洋的水汽输送从而使得江淮少雨。在全球变暖的背景下,西太平洋的水汽输送对降水的增强作用有所减弱而印度洋输送所导致降水强度减弱的范围则明显扩大。自1980年起,江淮降水出现缓慢增多的趋势与全球变暖所导致的东亚环流异常进而影响水汽输送异常相关。     

长江流域地区水汽输送及其对旱涝影响研究综述

大气水汽输送在气候系统中起着重要的作用.本文回顾了近年来关于长江流域地区水汽输送的相关研究进展,主要包括长江流域水汽输送的基本特征,旱涝年水汽输送的异常特征,青藏高原对长江流域水汽输送的影响,青藏高原水汽输送与长江流域旱涝的关系.     

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。     

持续性梅雨锋暴雨的环流特征分析

重点分析了1999年梅雨季长江中下游地区暴雨集中期大尺度环流特征和主要影响天气系统.认为该期间发生的持续性暴雨是在一种特定的大尺度环流背景下发生的.主要表现为:(1)副高活动有明显的阶段性西进、滞留、东撤,这一特征与中高纬度天气系统的活动密切相关,副高活动直接影响低空急流的水汽输送路径及降水强度;(2)华北高压坝的建立有利于切变线北侧维持偏东风气流,对锋区的稳定起重要作用;(3)高原南侧生成的低涡在沿切变线东移过程中逐渐加强,使梅雨锋中的对流活动加剧,降水加强.     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅰ 基本事实

利用统计方法对春季(4~5月)南半球环状模(SAM)与夏季(6~8月)中国降水的关系作了分析,发现春季南半球环状模指数(SAMI)与夏季长江中下游降水之间存在显著的正相关关系。春季SAM偏强的同期对流层下层在欧亚大陆存在一以蒙古高原和天山山脉为中心的异常反气旋对,从中国东北到华南中纬度地区均为异常的偏北气流控制。这种环流异常形式可以持续到夏季并加强,致使东亚夏季风减弱;春季SAM偏强,夏季西太平洋副热带高压西部脊强度加强,位置偏西,这些异常环流都有利于长江中下游地区降水偏多。另外,春季SAM偏强,夏季长江中下游地区水汽含量增大,向上的垂直运动得到加强,为该地区降水偏多提供了基本的水汽条件。春季SAM偏弱时,夏季东亚大气环流和水汽条件相反。因此,春季SAM为夏季长江中下游汛期降水提供了一有用的前期信号。     

1998年夏季长江上游暴雨过程的水汽输送特征

应用ECMWF再分析资料,分析了1998年夏季长江上游9次暴雨过程的水汽输送特征.结果表明:长江上游暴雨的水汽主要来源于孟加拉湾、南海和西太平洋,也存在由阿拉伯海北部经印度半岛北部再经青藏高原东南部进入长江上游的水汽路径;不同暴雨过程其水汽来源差别较大;长江上游的复杂地形和水汽输送形式的共同作用是决定长江上游暴雨发生的一个重要因素;当西太平洋副热带高压偏南、偏西、偏强,印度季风低压偏弱时,有利于长江上游暴雨的水汽输送;长江上游水汽输送的特征决定了其暴雨过程发生发展的复杂性.