基于探空资料的58a新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料，分析了新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征，结果表明：新疆大气比湿呈自西向东、自南向北递减分布，随高度增加而减小分布特征，新疆比湿远小于东亚季风区；新疆夏季比湿最大，其次为秋季、春季，冬季最小，850hPa和500hPa新疆各站之间比湿差异较大，而700hPa各站比湿差异较小；对流层850、700和500 hPa比湿均表现为线性上升趋势，并有1967-1986年偏干、1987-2005年偏湿的特征，1987年为突变点；对流层850、700和500 hPa比湿与降水均呈显著正相关关系；夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大，发生暴雨时比湿约为气候平均1—2倍，夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键，新疆暴雨天气时的比湿比东亚季风区显著偏小；冬季暴雪天气比湿是一年中最小的，春秋季强降水比湿介于夏、冬季之间，但可达气候平均的2—3倍，春秋季需要更多的水汽产生强降水。     

兰州市空中水汽含量和水汽通量变化研究

利用历年的高空和地面资料,深入分析了兰州市空中水汽含量和水汽通量的变化特征。结果表明:(1)夏季空中水汽含量和水汽输送相对较多,冬季相对较少;2~7月是水汽含量的增长期,9~1月是递减期,8月与7月持平;97%的水汽集中在400 hPa以下;(2)兰州市空中水汽变化与降水量、降水日数、气温的变化有明显的一致性,也存在一定的差别;(3)兰州市空中水汽输送强度中心接近500hPa高度;冬季水汽日变化最大层位于700~600 hPa,这与我国东部地区空中水汽输送高度和边界层水汽日变化特征有明显的区别。     

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。     

华北夏季降水的年代际趋势突变及其可能成因

介绍了一种最新的分段线性拟合检验气候变化趋势突变点的方法,并利用该方法对1968-2000年华北地区夏季降水年代际时间尺度的趋势突变点进行了检验,结果表明在年代际时间尺度条件下,华北夏季降水在1977年前后发生了趋势突变,500 hPa位势高度距平场在突变前后基本上呈“反向”分布。与趋势估计方法比较,分段线性拟合方法可以明确地给出趋势突变点的位置,物理意义更加合理,具有较大的优越性。分析年代际趋势突变前后水汽输送和地面感热通量的变化,发现突变前后,中国东部的西南水汽输送由强转弱,而突变前后春、夏季地表感热通量的变化使得大陆东南部的海陆热力差异由强转弱,可能导致东亚夏季风环流由强变弱,进而削弱华北的水汽输送,使华北夏季降水出现减少趋势。     

河南空中水资源的时空分布特征

利用郑州、南阳、驻马店及周边与空中水资源密切相关的站1961～1990年各月逐日各时次探空资料,进行了地面至各标准等压面层的水汽特征量计算分析。结果表明：空中水资源具有明显的季节、年际及地理分布变化特征,而且和降水资源的时空分别特征基本一致;各高度层多年平均水汽资源量皆以夏季最为丰富,春、秋季次之,冬季最少;各月水汽资源量随高度增加而减少,400hPa以下水汽含量占整层水汽量的96％;空中水汽含量地理分布基本上为南部多,北部少,南北差异也以夏季最大,春、秋季次之,冬季最小。     

祁连山区空中水汽分布特征及变化趋势分析

利用欧洲中心再分析资料,结合探空资料与内陆河径流量资料,分析了祁连山区空中水汽含量和水汽年内变化及多年演变特征。结果表明:祁连山单位面积垂直累积水汽含量随季节变化差异大,夏季最高,秋季次之,冬季最低,与以往认识不同的是在适宜天气条件下,祁连山春季空中水汽也具有开发前景。此外,祁连山东段水汽含量一年四季都高于西段,在祁连山西段山区中稳定存在一水汽低值中心,这是以往资料空间分辨率不高时未曾认识到的,该低值中心年内水汽差异很大,夏季是冬季的6倍之多;水汽密度分布与之类似。祁连山区逐月单位面积垂直累积水汽含量呈单峰型变化,6-9月是水汽分布最多的时段,进入冬季起水汽含量快速减少。近37年来,祁连山区空中水汽年保有量呈现增加趋势,这也与同时段疏勒河与黑河径流量的逐步上升趋势是一致的,但不同季节表现态势不同,夏、秋季整体呈增加趋势,冬、春季呈减少趋势。     

襄樊市空中云水资源分布及人工增雨潜力研究

利用襄樊市各县(市)1978-2007年地面水汽压和降水资料,计算分析了该市空中云水资源的时空分布状况,并对其人工增雨潜力进行了评价分析.结果表明:襄樊市年大气可降水量随年代递增呈微弱增多趋势,20世纪90年代、21世纪头7年分别比20世纪70年代末到80年代增加19 cm、22 cm;空中水汽含量月季变化明显,7月最大,8月次之,1月最少;空中水汽含量四季分配不均,夏季远大于冬季,秋季略高于春季;各地自然降水产出率,2月、11月较大,夏季和冬季的12月份较小,7月份最小;增雨潜力四季变化存在较大差异,其中夏季最大,大多在78%以上.秋季9、10月次之,大部在75%以上,冬季2月、11月最小,大部在72%以下;地理分布上,增雨潜力是南部大于北部.     

基于探空资料的1961—2018年新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料,分析新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征,结果表明:新疆大气比湿自西向东、自南向北递减,且随高度增加而减小,新疆比湿远小于东亚季风区;夏季比湿最大,其次为秋季、春季,冬季最小,850和500 hPa各站之间比湿差异较大,而700 hPa各站比湿差异较小;850、700和500 hPa比湿均表现为线性增加趋势,并表现为1967—1986年偏干、1987—2005年偏湿,1987年为突变点;850、700和500 h Pa比湿与降水均呈显著正相关关系;夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大,发生暴雨时比湿约为气候平均1～2倍,夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键,新疆暴雨天气时比湿比东亚季风区显著偏小;冬季暴雪天气比湿是一年中最小的,春、秋季强降水比湿介于夏、冬季之间,但可达气候平均的2～3倍,春、秋季需要更多的水汽产生强降水。     

近33a河南省四季地面水汽压时空分布特征

利用河南省49个地面气象台站1979—2011年的月平均地面水汽压资料,分析了近33a来河南省四季水汽压的时空分布特征,在此基础上,对夏季地面水汽压进行了分区。结果表明:①河南省四季地面水汽压多年平均的空间分布较为相似,都呈现出由西北向东南递增的趋势。②EOF分解表明,河南省四季地面水汽压空间变化的最主要分布是全省一致型。③河南省四季地面水汽压存在明显的年际和年代际变化,除冬季主要存在准15a的年代际变化外,其余季节则在多数时段存在着准5a左右的年际变化;各季地面水汽压均呈线性增加趋势,其中冬春(夏秋)季增加趋势(不)明显。④通过REOF分解,结合地理位置和气候特点,可将河南省夏季地面水汽压分为豫北、豫东南和豫西3个区。     

2000—2009年江西空中水汽资源变化特征

利用2000-2009年南昌、赣州两个探空站资料,通过计算大气水汽含量和水汽通量,对江西省空中水汽含量变化、分布、水汽输送等特征进行了分析。结果表明,近10年来,江西省平均大气水汽含量为35.04 kg/m2,水汽含量呈下降趋势。水汽含量夏季丰富,冬季匮乏,2-6月是江西大气中水汽含量主要增长期,最大值出现在8月,最小出现在1月或12月;空间上呈现南多北少分布。水汽输送在春、冬季以纬向输送为主,夏、秋季经向和纬向输送量基本相当。     

2003年渭河流域5次致洪暴雨过程的水汽场诊断分析

利用实况高空探测和地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料, 从水汽输送、水汽收支以及水汽含量等方面着手, 对2003年发生在渭河流域的5次致洪暴雨过程进行了对比分析, 结果表明:强降水发生时, 降水区700 hPa上的比湿值均不低于7 g/kg; 在垂直结构上, 强降水地区低层水汽含量在降水前6~12 h出现峰值, 强降水出现在高层比湿的峰值附近; 致洪暴雨过程的水汽通道与西太平洋副热带高压的位置有着明显的相关性; 渭河流域南边界是水汽的主要输入方, 主要的水汽输送层在850~700 hPa, 西边界是水汽的主要输出方。     

海河流域水汽输送及其变化特征分析

根据海河流域测站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和日本气象厅JRA-25资料,分析了1951—2008年夏季海河流域大气水汽含量的变化以及不同环流形势下的水汽输送特征,结果表明：海河流域大气水汽含量存在显著的年代际变化特征,与降水量存在显著统计相关;海河流域上空纬向水汽输送主要发生在850~700 hPa之间,经向水汽输送在850 hPa以下存在强的水汽输送带,它是海河流域水汽的主要贡献者,也是影响海河流域降水的最主要因素之一。气旋型环流和南风型环流对海河流域水汽输送有较大影响。     

重庆地区空中水资源的时空分布特征

利用1987—2006年重庆及其周边地区11个站的探空资料,通过计算水汽含量、水汽通量等参量,分析了重庆地区上空水汽含量和水汽输送的时空分布特征。结果表明,重庆地区空中水汽含量在夏季最大,冬季最小;南部、西部较多,北部、东部较少。绝大部分的水汽含量集中在500 hPa以下。重庆地区的水汽主要来源自西边界的西风水汽输送和南边界的西南风水汽输送;重庆大部分地区上空的水汽输送多以辐合为主,尤其在重庆西部地区更为明显,进行人工增雨潜力较大。     

AIRS反演中国区域上对流层水汽分布特征研究

上对流层水汽分布对于全球能量和水循环具有非常重要的影响。利用美国Aqua卫星红外高光谱仪器（AIRS）反演的湿度廓线资料对中国上对流层水汽时空分布特征进行了分析。为了保证卫星反演湿度廓线产品精度可以满足气候特征分析的需求,首先利用JICA野外加密探空试验观测数据对卫星反演湿度廓线进行了真实性检验,分析表明,Aqua卫星搭载的AIRS反演的湿度廓线与探空加密观测数据总体具有较好的相关性,在200 hPa高度相对湿度偏差在5%以内,其精度可以用于上对流层水汽气候特征的分析。通过趋势分析以及EOF分解等方法,分析了2003年1月-2013年12月的中国区域上对流层水汽时空分布特征,结果表明,受夏季风影响,中国区域上对流层水汽具有明显的季节变化规律和年周期特征,中国大部分地区上对流层冬季偏干、夏季偏湿,夏季高湿区可以北移到35°N以北。而在新疆地区冬季偏湿、夏季偏干。总体来说,全年夏季水汽含量最高,秋季次之,冬季最小。2003年以来新疆地区及南部海域上对流层水汽呈显著增加趋势,华南、华北、内蒙古中西部水汽也有所增加,在高原地区及东北区域上对流层水汽稍有减少,但变化均不显著。上对流层水汽的增加,将有可能放大温室效应,在气候变化研究中应给予重视。     

2004年梅雨期武汉上空水汽的演变及其与暴雨的关系

利用2004年6—7月武汉每天两个时次探空资料计算出的可降水量以及各层的比湿和相对湿度，对比分析各种水汽量的垂直分布以及逐日演变特征，探讨了2004年梅雨期武汉上空水汽的演变及其与暴雨的关系。结果表明，武汉上空大气中水汽含量随高度递减，90％以上的水汽集中在700hPa以下；7月的水汽含量高于6月；武汉上空出现整层比湿增长或中高层比湿增长可导致整层相对湿度明显增长，而且增长的幅度随高度递增；在暴雨分析预报中，分析中高层水汽演变好于分析低层水汽演变；采用整层平均相对湿度和可降水量结合分析整层水汽演变以及将中高层平均的比湿和相对湿度结合分析中高层水汽演变时，对暴雨预报均有很好的指示意义。     

两次秋季北上台风引发东北地区暴雨的水汽特征

利用ERA5 0.25°×0.25°高分辨率再分析资料、实况融合降水资料、台风最佳路径数据集、HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model)后向轨迹追踪模型等资料,对2019年13号台风"玲玲"和2012年15号台风"布拉万"引发东北地区暴雨的水汽特征进行分析。研究表明:两次台风最大湿层厚度达200 hPa附近,700 hPa以下比湿大于10 g·kg^-1,高比湿主要集中在850 hPa以下的低层,台风的水汽分布具有明显的非对称结构特征。整层积分水汽通量散度与暴雨落区有一定的对应关系,尤其和降水强度对应。东北地区周边海域的水汽对东北暴雨的水汽供应很关键,源在日本群岛东部的西北太平洋的东南水汽通道是最重要的水汽通道。西南太平洋或阿拉伯海,包括欧拉方法研究发现的孟加拉湾较远距离的水汽输送存在,但是并非是东北台风暴雨的主要贡献者。     

Spatio-temporal variability of atmospheric rivers and associated atmospheric parameters in the Euro-Atlantic region

We study the spatio-temporal variability of Atmospheric Rivers (ARs) and associated integrated water vapor and atmospheric parameters over the Euro-Atlantic region using long-term reanalysis datasets. Winds, temperature, and specific humidity at different pressure levels during 1979–2018 are used to study the water vapor transport integrated between 1000 and 300 hPa (IVT300) in mapping ARs. The intensity of ARs in the North Atlantic has been increasing in recent times (2009–2018) with large decadal variability and poleward shift (~ 5° towards the North) in landfall during 1999–2018. Though different reanalysis datasets show similar spatial patterns of IVT300 in mapping ARs, bias in specific humidity and wind components led to IVT300 mean bias of 50 kg m⁻¹ s⁻¹ in different reanalysis products compared to ERA5. The magnitude of winds and specific humidity in the lower atmosphere (below 750 hPa) dominates the total column water vapor and intensity of ARs in the North Atlantic. Reanalysis datasets in the central North Atlantic show an IVT300 standard deviation of 200 kg m⁻¹ s⁻¹ which is around 33% of the ARs climatology (~ 600 kg m⁻¹ s⁻¹). Though ARs have a higher frequency of landfalling over Western Europe in winter half-year, the intensity of IVT300 in winter ARs is 3% lower than the annual mean. The lower frequency of ARs in the summer half-year shows 3% higher IVT300 than the annual mean. While ARs in the North Atlantic show a strong decadal change in frequency and path, the impact of the North Atlantic Oscillation (NAO) and Scandinavian blocking on the location of landfall of ARs are significant. Furthermore, there is a strong latitudinal dependence of the source of moisture flux in the open ocean, contributing to the formation and strengthening ARs.