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。     

一次高空急流增强过程中的中尺度扰动和动量输送特征

本文利用中尺度数值模式的高分辨率模拟结果,研究了夏季东亚副热带西风急流一次短时间尺度强度变化过程中的中尺度西风扰动特征和相应的动量输送特征。结果表明,此次急流强度短时间尺度变化以急流轴线为界,北侧增强,南侧减弱。急流整体增强和急流内部中尺度西风扰动的积累效应有关。急流入口区(出口区)南侧主要为西风动量水平通量辐散区(辐合区),北侧为辐合区(辐散区),西风动量水平辐合辐散区的水平尺度只有百公里左右,也属于中尺度范围,并且辐合辐散区一般位于地形坡度较大区域上空。西风动量的垂直输送与西风动量水平通量散度分布几乎一致,但数值小一个量级以上。     

山西春季典型干湿年份水汽输送特征差异

应用山两62个气象站1961—2008年春季降水资料,同期NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析等方法探讨了山西春季典型干湿年份水汽输送特征差异。研究发现：春季典型干旱年,青藏高原南侧副热带偏西风及其在进入我国东部长江以南地区转向的西南风水汽输送减弱,高原北侧西风带水汽输送亦减弱,而西太平洋副高北侧西风水汽输送显著加强,西侧偏南风水汽输送减弱,使江南西南风向华北的水汽输送显著减少,山西偏北风水汽输送加大出现春旱;同时我国东部长江流域及向北到黄河流域、我国东部沿海水汽通量辐散加强,而华南及沿海水汽通量辐合加强;春季典型湿润年则相反。春季典型干旱年山西西风水汽通量减少和北风水汽通量增加量级相当,典型湿润年山西南风水汽通量增加明显大于西风水汽通量的增加。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。     

青藏高原春季地表感热异常对西北地区东部降水变化的影响

利用青藏高原地区代表站点的实测地表热通量数据、JRA-55和NCEP再分析资料以及中国西北地区东部代表站点的降水资料等数据,通过波文比分析、奇异值分析(下称SVD)以及环流场的合成分析等方法,研究了青藏高原地区春季地表加热场异常与同期中国西北地区东部降水变率的关系,结果表明:(1)高原春季波文比值的变化反映出高原地表的非绝热加热中,春季感热加热的贡献较为显著,是高原春季地表加热的主要成分;(2)SVD分析表明,春季高原地表感热的异常与同期中国西北地区东部的降水存在负相关关系,春季高原地表感热增强的年份,中国西北地区东部的春季降水减少;(3)春季地表感热强-弱年的高原周边垂直环流偏差场表明,春季高原地表感热的年际异常增强(减弱)会引起高原周边地区的垂直环流场上升气流的减弱(增强);(4)相对涡度场、位势高度场、风场和水汽通量散度场的合成分析表明,春季高原地表感热偏强的年份,中国西北地区东部对流层高层以正涡度和气流的辐合运动异常为主,中低层以负涡度和辐散下沉运动异常为主,因此中国西北地区东部春季的水汽辐合由低层向高层逐渐减弱,不利于春季降水的发生。     

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。     

我国东、西部夏季水汽输送特征及其差异

本文利用ERA-40再分析每日资料分析了我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季1971～2000年气候平均的水汽输送特征及其差异, 分析结果表明我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季气候平均的水汽输送特征有明显的差异。由于亚洲夏季风从孟加拉湾、 南海和热带西太平洋输送大量水汽到我国东部季风区, 故在东部季风区夏季经向水汽输送通量比纬向水汽输送通量大。而西北干旱—半干旱区受中纬度西风带的影响, 夏季纬向水汽输送通量比经向水汽输送通量大, 且此区域夏季无论纬向或者经向水汽输送通量均比东部季风区的水汽输送通量小一量级。并且, 分析结果还表明: 我国东部季风区由于湿度大, 故夏季水汽输送通量的散度不仅依赖于湿度平流, 而且依赖于风场的辐合、 辐散, 而西北干旱—半干旱区夏季水汽输送通量的散度主要依赖于湿度平流。此外, 分析结果还表明了我国东部季风区的水分平衡与西北干旱—半干旱区的水分平衡也有明显的不同。     

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。     

河北一次春季回流暴雨过程及其热力结构分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,采用天气动力学诊断方法,对河北中南部春末一次回流暴雨的风场、水汽、热力条件进行了详细分析。结果表明:(1)此次大暴雨发生在地面冷锋后部、近地层超低空急流产生回流的稳定气团中,850—700 hPa低空西南急流和切变线是其主要影响系统。(2)随高空急流发展,急流中心右前方强辐合引起气流下沉,使低层高压加强、高压南部风速加大,导致山东、河北南部低空东北风加强而产生近地面层超低空东北风急流,与其上层偏南急流相遇在太行山东麓产生耦合形成回流,有利于在河北南部、山东等地形成暴雨中心。(3)强暴雨发生在西南水汽通道北侧边缘,暴雨区水汽主要为西南急流输送;强暴雨区位于水汽通量散度强辐合区与水汽通量散度强辐散区之间的水汽通量散度锋区中,低层风切变辐合对暴雨触发起到关键作用。     

低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟

利用MM5V3中尺度数值模式,对2003年6月16日20:00~17日08:00云南楚雄等地大暴雨的中β尺度系统的发生、发展进行了数值模拟。模拟结果表明:强降水中心与实况基本吻合,但模拟降水量比实况偏弱;中β尺度系统发展的初期低层质量辐合先于高层辐散增强,而减弱阶段也是低层辐合减弱先于高层辐散减弱,也就是说低层散度场的变化引起高层的变化;中β尺度系统的发展、增强、减弱过程,主要靠低层的正涡度制造;低纬度地区水汽分布差异较高纬度地区小,水汽的辐合主要取决于风场辐合,而平流输送则决定暴雨的持续时间;高原地形对空气的上升运动和水汽辐合有一定影响,特别是在背风坡,上升运动均有所减弱,水汽呈弱的辐散。     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

雅鲁藏布江流域夏季降水的年际变化及其原因

本文通过多套观测与再分析降水资料的比较,分析了雅鲁藏布江流域夏季降水的特征,从水汽含量与水汽输送的角度检验了雅鲁藏布江水汽通道的特点,研究了流域夏季降水的年际变化及其原因。分析表明:（1）该流域夏季降水大值位于雅鲁藏布江出海口至大峡谷一带,观测中流域平均降水可达5.8 mm d-1。不同资料表现的降水空间分布一致,但再分析降水普遍强于观测,平均为观测的2倍左右。（2）该流域夏季的水汽主要来自印度洋和孟加拉湾的偏南暖湿水汽输送,自孟加拉湾出海口沿布拉马普特拉河上溯至大峡谷,即雅鲁藏布江水汽通道。水汽收支诊断表明,夏季流域南部（即水汽通道所在处）是水汽辐合中心,流域平均的辐合约9.5 mm d-1,主要来自风场辐合与地形坡度的贡献。（3）不同再分析资料表现的流域降水和水汽分布特征总体一致,但量值差异较大。NCEP（美国国家环境预报中心）气候预报系统再分析资料CFSR、日本气象厅再分析资料JRA-25较欧洲中期天气预报中心再分析ERA-Interim资料更适于研究该流域（青藏高原东南部）的水汽特征,因为后者给出的流域降水和水汽偏强。（4）近30年该流域夏季降水无显著趋势,以年际变率为主。年际异常的水汽辐合（约为气候态的35.4%）源自异常西南风导致的局地水汽辐合（纬向、经向辐合分别贡献了16.5%、83.5%）,地形作用很小。流域夏季降水的年际变化是由印度夏季风活动导致的异常水汽输送造成的,其关键系统是印度季风区北部的异常气旋（反气旋）式水汽输送。     

近30年六盘山东与西坡降水及空中水汽条件差异特征分析

利用1989—2018年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-Interim高时空分辨率(0.125°×0.125°)再分析资料以及气象站降水观测资料,对六盘山区近30年东坡与西坡降水及空中水汽条件差异特征进行诊断分析。结果表明:①近30年六盘山区大气可降水量、700hPa比湿、水汽通量与降水量空间分布特征较为一致,呈东高西低、南大北小的特征。②六盘山区的水汽主要来源于低层孟加拉湾、南海及印度洋暖湿气流的水汽输送。③六盘山区的水汽输送特征表现为700hPa和750hPa以西南风水汽输送为主导,750hPa以下六盘山东侧为东南风迎风坡,受地形强迫的影响,东南暖湿气流在东坡抬升。④六盘山系东坡存在高层辐散、低层辐合或弱辐散的动力场配置,加之地形、东亚季风与天气系统之间相互作用的共同影响,造成六盘山区降水及空中水汽条件呈东高西低的分布特征。初步的研究结果可揭示区域空中水汽条件的分布特征,为该地云水资源开发提供可参考性依据。     

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。     

黄河中游强暴雨过程的中低纬度环流特征和水汽输送

利用1981～1991年6～9月气象资料，用合成分析方法研究了黄河中游强暴雨过程。根据环流特征，它可归纳为汛期暴雨型和非汛期暴雨型两大类。重点分析了每种类型的水汽通量、水汽通量散度、风矢量等的分布。结果表明，两种类型中，水汽源地，输送路径以及辐合强度等都有很大的差异。     

华南夏季大气水汽汇时空变化特征

用1958~2004年NCEP/NCAR再分析资料,分析华南夏季大尺度大气水汽汇的时空变化特征。结果表明:西南地区东部至华南北部地区、华南沿海地区是我国南方夏季水汽汇的2个主要的变异中心区。西南地区东部至华南北部地区夏季水汽汇具有明显的年代际变化特征。华南南部沿岸地区夏季水汽汇则以年际变化为主。西南地区东部至华南北部附近地区以及华南南部沿岸地区水汽汇的强弱异常变化,与东亚上空水汽输送异常而导致上述地区的垂直积分的水汽通量辐合的异常是密切相关:如果向华北或者长江流域的水汽输送增强(减弱),则华南地区得到的水汽减少(增加),导致上述地区上空的水汽汇偏弱(偏强)。     

近50年来中国夏季降水及水汽输送特征研究

利用1951-2006年中国448站夏季降水资料、NCEP/NCAR VersionⅠ的再分析资料,研究了近50年来中国夏季降水年代际变化特征及其分区,并从季风性水汽输送的变化角度出发,讨论了影响中国一些主要地区降水变化的可能机制.研究发现:(1)从总体上来说,自1951年至今,中国夏季降水存在3个突变时段,即1956-1960年,1980年前后以及1993年以后.且90°E以东突变后的主要变化特征都是多雨区由北向南传播,而90°E以西则是多雨区由南向北传播;2)近56年来就110°E以东的中国东部夏季降水而言,1980年以后多雨区由华北南移到长江中下游,又于1993年以后由长江中下游继续南移至华南;3)中国东部各地区降水和850 hpa风场、整层水汽输送场的相关分布一致表明,中国110°E以东各降水区以南为来自偏东偏南的季风性异常水汽输送,而以北为来自偏北风和相应的异常水汽输送,两者在降水区汇合造成风和水汽输送异常辐合.因而,西太平洋副热带高压南侧的东南季风及其异常水汽输送、北方冷槽的偏北风及其异常水汽输送是中国东部夏季降水异常的主要成员,这和一般认为的这些地区降水异常来自孟加拉湾的季风性异常水汽输送的观点不同,需要作进一步研究.总之,对于中国东部旱涝的形成,应该重点注意来自西北太平洋副热带高压西侧的直接或间接经南海到达的异常四南季风性水汽输送.     

黄河流域冬、夏季水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料,对黄河流域1月和7月多年平均及旱、涝年整层积分的水汽通量、辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明,1月黄河流域无明显的水汽输送,而7月水汽沿西南、东南及西北3条路径输送,前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、下游区,而上游区水汽流入较小;旱年,黄河中、上游区均无明显的水汽输送,只有下游的小范围地区受西南气流影响。各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应,而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源;涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月,西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出,各区均为水汽净辐散,不利于降水;7月,大量的水汽主要来自西边界和南边界,涝年各区均为水汽盈余,多年平均也以净辐合为主,而旱年则以水汽亏损为主。     

四川盆地夏季水汽输送特征及其对旱涝的影响

利用1981—2000年夏季观测资料,分析了四川盆地夏季平均的水汽输送状况及四川盆地典型旱涝年的水汽输送差异特征,并在此基础上,初步分析了四川盆地旱涝异常的大气环流背景。结果表明:四川盆地的夏季水汽主要来源于青藏高原、孟加拉湾及南海地区。当西太平洋副热带高压偏北偏西时,其外侧东南风可以把南海水汽带到盆地西部,孟加拉湾及青藏高原水汽受到阻挡被迫停留在盆地西部,形成了盆地西部异常的水汽辐合,东部异常的水汽辐散,由此导致四川盆地西涝东旱。反之,当西太平洋副热带高压偏南偏东时,其西南侧的南海水汽不能到达盆地西部,只能到达盆地东南部,而孟加拉湾及青藏高原水汽则可以进入盆地东部,在盆地东部形成异常的水汽辐合,在西部形成异常的水汽辐散,造成四川盆地西旱东涝。