南水北调西线引水区与黄河上游降水过程的水汽特征分析

利用NCEP再分析资料,分析了南水北调西线引水地区和黄河上游的可降水量、水汽通量、水汽通量散度和该区域的流场.结果表明:在5~9月间,该地区可降水量7月最大,其次为8月、6月、9月,最小为5月;水汽通量主要从南边界获得,北边界存在较稳定的强度不大的净收入,西边界不太稳定,会出现负收入.研究区域上空600 hPa水汽通量主要为辐合,风场散度对水汽通量散度的贡献最大;向研究区域输送的水汽在低层既有直接从孟加拉湾输入,又有从孟加拉湾经中南半岛北部绕过来的,而高层则基本从孟加拉湾直接输入.     

内蒙古锡林郭勒盟2012年冬季暴雪过程天气学特征研究

暴雪是冬季雪灾发生的主因,气候变化导致极端天气气候事件频繁发生,准确预报暴雪天气过程对防灾减灾起着重要作用. 以内蒙古锡林郭勒盟地区2012年11月3-5日出现的一次暴雪天气过程为例,对2012年锡林郭勒盟地区冬季出现的暴雪天气过程进行了诊断分析. 结果表明：暴雪天气过程的主要环流背景条件是乌拉尔山长脊和西伯利亚冷涡,而高空蒙古低槽、低空切变线和地面河套气旋是这次暴雪的触发机制. 此次暴雪天气属于强冷空气类蒙古低槽(涡)型,发生在高湿区和水汽通量辐合区内,地面气旋和华北脊对暴雪的产生和落区起到决定性作用. 暴雪天气从降雪前期到结束,整层湿层较深厚,低空急流的建立为暴雪提供了很好的不稳定能量和水汽辐合条件,锡林郭勒盟地区有高空辐散低空辐合强烈的上升运动,为此次暴雪提供了非常有利的动力条件. 乌拉尔山高压脊东移,使强冷空气沿脊前西北气流南下,地面气旋不断发展,而南方暖湿气流强盛,迫使气旋东移;华北脊的阻挡作用使得气旋缓慢移动,影响系统滞留于锡林郭勒盟地区,产生长时间的降雪天气.     

辽宁省冬季区域暴雪水汽输送特征

利用1949 - 2015年NCEP/NCAR逐日及月平均资料, 对辽宁省冬季区域暴雪水汽输送特征进行研究, 结果表明： 受冬季风影响, 辽宁省冬季降水水汽主要来自西边界中纬度西风气流的输入, 区域暴雪的发生是经向水汽异常输送的结果, 西风带偏西气流与日本海反气旋性环流西南侧偏南气流在辽宁省交汇是辽宁省区域暴雪产生的主要原因。辽宁省区域暴雪水汽源地主要有西太平洋、 日本海、 东海和黄海, 其中东海、 黄海是直接的水汽源地。日本海高压是辽宁省区域暴雪水汽输送的关键系统, 82.4%的区域暴雪过程海平面气压场有日本海高压存在, 根据其位置和强度可分为偏北型、 偏南型和高压脊型, 不同环流型高压水汽输送强度不同, 区域暴雪分布范围不同。东海、 黄海湿度平流作用和风场辐合作用是辽宁省区域暴雪产生的贡献因子, 不同环流型日本海高压湿度平流作用的贡献不同。     

中国南方2008年与2016年两次低温雨雪冰冻天气过程对比分析

利用2.5°×2.5° NCEP/NCAR月平均资料、1°×1° FNL再分析资料、国家气候中心1951年至2016年1月西太平洋副热带高压脊线和西伸脊点两项环流指数,从事件实况（降水、气温和冰冻灾害）、环流条件、能量条件、水汽条件和动力条件几个方面出发,对2008年1月10日至2月2日和2016年1月20至25日发生在中国南方的两次低温雨雪冰冻天气过程做了对比分析。研究表明：（1）"0801南方雪灾"的主要特征表现为降水范围大、过程持续时间长、灾害重;2016年1月低温雨雪冰冻过程的主要特征表现为降水范围小、过程持续时间短、灾害轻。"0801南方雪灾"冷空气强度不如2016年1月强。（2）造成"0801南方雪灾"的亚欧大环流背景为"北脊南槽"型,2016年1月低温雨雪冰冻的亚欧环流形势中低纬同位相,从西伯利亚到伊朗为脊,中蒙由低涡控制。（3）与"0801南方雪灾"相比,2016年1月低温雨雪冰冻期间我国南方对流层中下部10°~20° N的温差较强。（4）"0801南方雪灾"水汽输送偏北（到达34° N）且更高（到达300 hPa）,2016年1月低温雨雪冰冻期间水汽输送偏南（到达28° N）且较低（到达400 hPa）。（5）"0801南方雪灾"水汽输送轨迹在5 000 m、3 000 m和1 500 m高度均以西南路径为主,2016年1月低温雨雪冰冻期间水汽输送轨迹在5 000 m、3 000 m和1 500 m高度均以西北路径为主,冷空气沿着低压底部从西北移至南方变性增湿。（6）2008年1月26至28日整层垂直运动弱,但向上扩展高（至200 hPa）;2016年1月22日至24日垂直运动强,但扩展高度低（500 hPa以下）。     

长江流域旱涝典型年大气水汽输送

利用我国125个探空站一日两次自地面至100hpa共11个层次上的观测资料,对长江流域典型夏涝年(1980年)和夏旱年(1985年)我国大气中水汽总输送场、涡动输送场及散度场进行了计算分析。结果表明:当水汽总输送场从西北、西南和东南三支气流携带的水汽交汇于长江流域,且整个水汽输送场稳定持久,则在水汽辐合带附近导致大量降水,形成洪涝;反之,当三支气流微弱不稳定,不能形成水汽辐合带条件,则形成干旱。涡动输送亦反映出类似的特征。稳定且强盛的西南气流水汽输送是形成降水的主要条件和原因。     

水汽输送对雅鲁藏布江流域降水中稳定同位素的影响

利用NCEP/NCAR全球大气再分析格点资料和2005年西藏雅鲁藏布江流域4个站点（拉孜、奴各沙、羊村和奴下）降水中δ18O数据，分析了雅鲁藏布江流域降水中δ18O变化同水汽输送通量的关系。从空间上来看，雅鲁藏布江流域降水中δ18O同水汽输送通量呈明显的正相关，从下游至上游，随着水汽输送通量的减少，降水中的δ18O逐渐降低；从时间上来看，春季水汽通量较小，降水中的δ18O较高，而在夏季，水汽通量大，降水中的δ18O较低。在此基础上，又利用NCEP/NCAR气象数据建立水汽追踪模型，以羊村站为例对雅鲁藏布江流域降水的水汽输送过程进行了追踪模拟，并讨论了降水中δ18O变化同水汽源地以及输送过程的关系。结果发现，在季风降水之前的春季，降水中较高的δ18O主要受西风带水汽输送以及当地蒸发水汽的影响；在季风期间，降水中较低的δ18O主要受来自印度洋暖湿水汽输送的影响。      

1979-2016年我国东北地区空中水汽状况及变化趋势分析

水汽是形成云和降水的物质基础,与全球水分循环和能量平衡密切相关,对天气和气候具有重要影响。基于NCEP/NCAR月值再分析资料,综合分析我国东北地区上空不同高度层位比湿的气候学特征和长期趋势变化,同时分析了整层积分水汽通量的季节变化。结果表明：东北地区空中水汽集中分布于500 hPa以下,1979年至20世纪末低层比湿呈增加趋势,2000年后转为缓慢下降,但2012年以来波动回升。此外,东北地区比湿及水汽通量季节差异明显,夏季水汽含量最多,冬季最少,秋季多于春季;东北地区水汽含量最大值出现于7月,最低值出现在每年12月至次年1月。水汽来源受东亚季风系统影响明显,夏季水汽源地主要为南海,渤海和黄海对东北地区夏季水汽也有一定贡献;其他季节水汽主要来源于西风带输送。     

东亚夏季风异常与西北东部汛期降水的关系分析

对1961-2000年东亚夏季风与同期6～9月西北区旱涝的相关和强(弱)夏季风年空中水汽通量及其散度场、高度场和u、 v风场进行了诊断分析. 结果表明: 东亚夏季风对我国降水的影响主要位于100° E以东的地区; 强夏季风年, 夏季风西北影响区汛期降水偏多, 高度场东高西低, 纬向西风、经向南风和水汽通量显著增强, 存在大范围的水汽通量辐合; 弱夏季风年, 夏季风西北影响区汛期干旱少雨, 高度场西高东低, 纬向西风、经向南风、水汽通量明显减小, 除甘肃河东大部(30°～35° N, 101°～105° E)存在水汽通量辐合外, 其它地方为水汽通量辐散.     

中国西北地区水汽的平流输送和辐合输送

分析了中国西北地区上空的水汽汇聚过程———平流输送与辐合输送,为西北地区降水过程数值模拟的参数化提供依据.分析表明:中国西北大部分地区为负的水汽平流输送,从上风方向得到的水汽输入小于水汽输出,是水汽的净流失区;中国西北地区中部为大范围负的水汽辐合输送,当地的水汽由风场向外扩散,加剧了当地的水分流失,是水汽扩散区;在水汽净输送的年际变化中,中国西北地区小于华北地区,平流输送呈上升趋势,辐合输送下降,平流的相对贡献在增加;在与大气环流系统的关系中,中国西北地区水汽的平流输送主要受西风带影响,辐合输送与南亚夏季风有显著相关.变化趋势表明西风的作用在加强.     

祁连山-黑河流域水循环中的大气过程

利用气象台站探空资料、地面观测资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了祁连山-黑河流域水循环中的大气过程,结果表明:受西风带波动影响的水汽来源贫乏是此区大气水汽含量少的原因之一;水汽输送通量辐散是此区大气水汽含量少的原因之二;就年平均而言,祁连山-黑河流域大气水汽含量仅为高湿的江南地区的20%,为半干旱区的华北中部的约40%;高海拔的祁连山区因降水效率高,地面蒸发量小,地表水物质易于聚积形成径流;黑河流域因降水效率低,降水量值与地面蒸发量值相当,对地表水的贡献很小。在祁连山黑河流域25°×25°区域上空,大气年输入水量为6678亿m3,输出为6502亿m3,净输入水量为176亿m3;输入水汽呈逐年减少的趋势。20世纪70～80年代有明显的下降,近40年来祁连山黑河流域的气温在升高,大气中的水汽含量在减少,降水量的减少将难以避免。     

三江源区大气水汽含量时空特征及其转化变化

利用1979-2016年ERA-Interim再分析资料提供的1°×1°水汽通量和大气可降水量（PWV）数据,采用相关性分析、趋势分析法、累积距平及反距离加权（IDW）等方法,研究三江源地区PWV与水汽通量的时空分布特征和降水转化率（PCE）。结果表明:①过去38年来,经、纬向多年平均水汽通量分别为2.0 kg/（m·s）、10.3 kg/（m·s）,水汽通量纬向增幅高于经向,水汽在纬向汇入为主,经向输出为主;② PWV呈微弱增多趋势,年平均PWV为1 791.6~2 278.9 mm,季节平均PWV为122.2~1 134.2 mm,不同季节内空间差异明显;③三江源区多年平均PCE为24.6%,1989年最高,达32.8%;季节与多年平均PCE空间分布一致,都表现出由东南向西北递减的变化特征,季节分布变化差异大;④该地区空中水资源丰富但自然PCE低,开发潜力大,应用前景广阔。     

祁连山云和空中水汽资源的季节分布与演变

祁连山云和空中水汽资源具有明显的季节变化特征：总云量春季最多,夏季次之,低云量夏季最多,春季次之。近45年中的春季和夏季,总云量在减少,低云量在增加,对应降水也在增加;秋季三者都为减少趋势;冬季总云量和降水在增加,但低云却呈减少趋势。相关分析表明,总云和降水在夏季、秋季呈显著正相关,低云和降水在春季、夏季及秋季呈正相关;值得注意的是冬季低云和降水在祁连山的中东段呈负相关,但通不过信度检验。空中水汽主要沿两条路径输送到祁连山,平均状况下祁连山存在较强的水汽辐合,且东段辐合（-0.1～-0.05 kg/(m2·s）)强于中西段（-0.05～0 kg/(m2·s））。地中海、黑海、里海、咸海、阿拉伯海和孟加拉湾是祁连山的水汽输送源地,但各个季节又有所不同。祁连山区域的水汽收支表明,春季净水汽通量在1979年以后一直为正且呈增加趋势,夏季整个区域基本上是个“水汽汇”,秋季和冬季则一直为负。分析认为祁连山春、夏两季空中云水资源具有较好的开发潜力。     

西北地区大气水汽的区域分布特征及其变化

对西北地区大气水汽的区域分布及变化特征进行了分析.结果表明:受不同气候系统影响的西北地区可划分为西风带、高原区与东亚季风等3个气候影响区,水汽沿西北、西方与西南3条路径输送到西北地区;东亚季风区是西北大气可降水量和水汽通量的最丰富区,西风带区是次之,高原区最少.平均状况下,高原区的边坡、东亚季风区、天山及祁连山等西北地区降水最大和次大中心维持水汽的辐合状态.西风带区在1978年以前净水汽通量呈“亏损”状态,之后维持“盈余”;高原区净水汽通量一直为“亏损”状态;东亚季风区90年代以前净水汽通呈“盈余”状况,其后基本维持平衡,且数值远大于其它区.西风带区降水和大气水汽在变化过程中均有突变发生,时间分别为1990年和1985年,其它两区没有突变现象发生.     

北大西洋涛动对青藏高原夏季降水的影响

利用青藏高原中东部1961-2004年60个气象台站夏季(6-8月)降水资料,通过旋转经验正交函数分解发现青藏高原夏季降水存在南北反向变化的空间模态,分析表明这种变化模态与北大西洋涛动(NAO)密切相关.利用NCEP/NCAR再分析资料进行环流场分析,探讨了NAO对青藏高原这种降水空间变化模态的影响机制.结果表明:强NAO年份时,高原北部水汽输送通量强度增强,水汽辐合增强,而高原南部水汽输送通量强度减弱,此时高原切变线位置明显偏北,正是在这种水汽输送和环流形式配置下使得高原北部降水偏多而高原南部降水偏少;在弱NAO年份,上述情况基本相反.     

中国降水同位素信息熵时空分布及其水汽输送示踪

研究水汽输送过程有助于更好地理解极端降水发生过程。但是, 降水系统的复杂性和降水同位素的随机性使得利用降水同位素示踪水汽输送过程具有较大的不确定性。利用信息熵研究了中国降水同位素组成概率分布特征, 发现降水氢氧同位素信息熵之间呈现很强的线性关系, 且斜率近似为1;对比分析了降水同位素信息熵和其平均值的时空分布特征, 发现降水同位素信息熵空间分布可以很好地揭示水汽由海洋向大陆的运移过程, 而这一特征并没有反映在降水同位素平均值空间分布上;利用降水同位素信息熵对影响中国的由季风形成的3条水汽通道进行了示踪分析, 发现降水同位素信息熵空间分布很好地指示出3条水汽通道的水汽来源和水汽运移路径及其季节变化。