亚洲干旱/半干旱区降水与大洋暖池气候的相关特征研究

利用ERA-40再分析资料分析了亚洲干旱/半干旱区降水与大洋暖池气候的相关特征.结果表明:亚洲干旱/半干旱区剔除季节变化的水汽、降水与三个大洋暖池(WPWP、EIOWP和EP)区在南北纬10°之间区域水汽、海温都有非常显著的正相关关系.其中,干旱/半干旱区降水与东印度洋暖池海温的相关性最好,与西太平洋暖池海温的相关性次之,与ElNino1+2区的相关性较弱;ElNino区越靠近中太平洋,亚洲干旱区与ElNino区水汽的相关性就越强.亚洲干旱/半干旱区夏季的降水与EIOWP1、WPWP1/2和EP三个大洋暖池四季的海温都有较好的相关性,亚洲干旱/半干旱区的降水对EIOWP1的海温变化响应最快(降水变化延后海温变化1-3月),对WPWP1/2区海温变化的响应最慢(延迟4个月).就季节尺度而言,在ElNino年冬季和LaNina年的夏季,亚洲干旱/半干旱区的降水都比常年偏多.近年来由于西风减弱和印度季风的增强,使得更多的印度季风区和东亚季风区水汽被输送到亚洲干旱/半干旱区,是干旱区上空水汽增加,降水增多的原因之一.     

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。     

青南高原汛期降水异常与水汽输送

根据地面气象站观测资料,分析1961-2004年青南高原汛期降水变化的区域特征,并依据NCEP/NCAR再分析资料分析了典型多雨和少雨年份的大气水汽输送.研究表明: 青南高原汛期降水变化的区域性较强,其东北部、西部和中南部变化形势差异显著,各区典型异常年份出现的时段和频率以及对应的水汽来源不同.其中,来自赤道西太平洋的水汽输送是青南高原东北部地区汛期降水的主要来源,而西北冷空气是降水形成的重要促进因素;西部地区汛期降水主要受到来自孟加拉湾水汽输送和西风水汽输送的影响,同时欧洲东部和西西伯利亚地区阻塞高压活动对其亦有一定影响;中南部地区汛期降水主要来源于西南季风的水汽输送,此外也受到欧亚中高纬环流形势的影响.     

桂林地区大气降水（大雨、暴雨）的δ18O特征与水汽来源的关系

现代大气降水中的稳定同位素组成是全球或地区性水循环研究的重要载体,同时也是冰芯、湖泊沉积物、石笋等研究领域中,运用稳定同位素来重建古气候的重要依据。本文研究了桂林地区2012年大气降水氢氧同位素组成的逐日变化,根据得到的132组氢氧稳定同位素组成建立了桂林局地大气降水线方程为δD = 8.8δ18O +17.96,大气降水的δ18O波动范围在-13.56‰～+1.07‰,平均为-5.78‰;δD在-101.52‰～+16.02‰,δD平均为-41.03‰。利用降水稳定同位素资料,结合后向轨迹法( Backwards Trajectory) 对桂林水汽来源进行追踪,发现夏季(5-10月)大气降水的水汽来源主要受来自孟加拉湾、南海海洋气团的水汽源的控制,降水的δ18O值偏负,平均为-8.02‰(共64组);冬季(11月至次年4月)大气降水的水汽来源主要受来自西太平洋暖湿气团、冬季风冷气团或西风环流所携带的大陆性气团的影响,不同程度地叠加了局地环流气团、蒸发水汽的补给的影响,降水的δ18O值偏正,平均为-2.86‰(共68组)。研究结果表明,桂林大气降水的稳定同位素组成与降水的水汽来源、季风类型、降水云团来源和性质有关,来自远距离输送夏季风海洋性水汽团形成的降水δ18O值较低(或偏负), 而大陆性气团或局地蒸发水汽循环形成的降水δ18O值较高（或偏正）。不同的水汽来源是决定降水中δ18O值变化的主要因素,因此,通过降水中的δ18O值,特别是其季节变化的特征分析,可以反过来揭示当地降水的水汽来源。      

2017年金华地区大气降水的水汽输送特征

利用2017年1～12月当地降水资料和同期全球再分析资料,引入HYSPLIT和GrADS气象模型,定量分析金华地区大气降水的水汽输送特征。结果表明:(1)研究区逐月场降水的水汽来源、运移路径存在差异。逐月水汽变化过程与冬、夏季风具有密切的联系。其中,4～5月水汽输送呈现为冬、夏季风之间的转换特征;9～10月为夏、冬季风转型时期。(2)研究区水汽输送通道大致可分为四条:西太平洋、孟加拉湾-南海、欧亚大陆和局地水汽通道;另外,研究区不同高度层的水汽在冬、夏半年的水汽输送通道和贡献率不同。     

巴丹吉林沙漠降水稳定同位素特征与水汽再循环

了解沙漠降水稳定同位素特征,有助于研究干旱区水循环过程.根据2015-2016年取自巴丹吉林沙漠4个站点的降水样品,分析了δ2H、δ18O的时空分布特征及影响因素;借助后向气团轨迹模型分析了降水水汽来源;采用氘盈余模型计算了水汽再循环比.结果显示,降水δ2H、δ18O均表现出季节效应,夏高冬低;沙漠腹地较外围山区δ2H、δ18O偏正,d-excess偏负,反映出腹地降水的蒸发程度更高.年内降水主要来自西风水汽,夏季部分受东南季风影响.沙漠湖泊区再循环比为10.3%~10.9%,略大于山区的8.5%;再循环水汽在总蒸发量中占比11.1%,反映出沙漠强烈的蒸发对本地降水的贡献较为有限.      

中国冰川积累与水汽来源补给分析

利用冰川编目数据和NCEP/NCAR再分析资料, 对中国及周边地区水汽通量、中国冰川地理分布情况、大气环流途径和降水分布进行分析, 发现中国冰川水汽来源复杂, 不同地区各季节存在不同的大气环流控制. 这说明不同地理位置的冰川所指示的气候信息是不同的, 大约以30° N和100° E为界, 中国西北部主要受西风环流影响, 冰川发育的水汽主要源于西风环流. 以横断山脉为界, 横断山脉以西, 即30° N以南和100° E以西的区域, 主要受印度季风控制, 冰川发育水汽主要源于印度洋、阿拉伯海和孟加拉湾; 横断山脉以东区域, 受东亚季风控制, 冰川发育水汽主要来源于太平洋和南海; 横断山脉、念青唐古拉和青藏高原东部地区受印度季风和东亚季风共同控制, 冰川发育水汽主要来源于孟加拉湾和南海. 不同地区冰芯积累量的变化与该地区夏季季风环流指数的变化具有较好的一致性.     

祁连山地区大气水循环研究(Ⅰ):空中水汽输送年际变化分析

通过与探空站资料比较,在分析NCEP I、NCEP II和ECMWF再分析资料整层相对湿度变化趋势和显著性水平的基础上,应用NCEP I再分析资料和1960-2010年气象台站观测资料,研究了祁连山地区过去51 a来空中水汽输送变化特征,分析了水汽输送发生变化的原因,并探讨了该地区夏季降水与东亚季风、南亚季风、南海季风、西风带和副热带高压等季风指数之间的关系.结果表明:祁连山地区的空中整层水汽含量在1960年代下降趋势明显,之后近40多年基本保持稳定,总体表现为下降趋势.水汽净收支整体表现为明显的下降趋势,说明过境水汽留在祁连山地区的数量在减少.其中,经向水汽整体表现为北风输送,为"+"值,对水汽净收支的贡献为"正",呈下降趋势;纬向水汽整体表现为西风输送,为"-"值,说明对水汽净收支的贡献为"负",表现出的下降趋势说明纬向流失的水汽在减少.进一步分析显示,祁连山地区水汽净收支减少的直接原因是由风速减小导致流入本区域的水汽输送量减少引起的.地表到300 hPa平均风速显示,纬向风速率1990年代比1960年代减小了13.2%,经向风速率1990年代比1960年代减小了10.5%.夏季降水量与各季风指数的相关性表明,祁连山西部、中部和东部降水均未与各季风指数有较好的相关关系,该地区特殊的地形作用和环流条件及该研究关注的季节和时间尺度是产生这一结论的主要原因.     

2001-2005年西北中东部水汽及其输送特征

利用西北地区中东部2001-2005年近5 a的40个站点逐日探空资料, 分析了该区域的水汽及其输送特征.结果表明:整层水汽含量分布不均, 季节变化明显, 除冬季外, 沿祁连山存在一条"湿舌". 水汽主要来源于以西风为主的纬向输送和西南气流的径向输送. 高原上的水汽输送, 北部来源于西北气流, 南部为西南气流, 但北部的水汽通量仅有高原东侧西南气流输送的一半左右, 高层水汽输送更加重要. 占主导的西风和西北风的水汽干输送是西北干旱的原因之一, 而特殊的地形作用是该区域降水形成及分布不均的重要因素. 在水汽输送能力最强的夏季, 纬向水汽输送最强的高度出现在600 hPa左右高度上, 而径向强输送集中于600 hPa以下103° E以东的高原东侧.     

1980-2009年西藏地区水汽输送的气候特征

利用1980-2009年NCEP/NCAR月平均再分析格点资料, 分析了近30 a来西藏地区水汽输送的气候特征. 结果表明: 1)西边界和南边界为水汽流入边界, 北边界和东边界为水汽流出边界; 夏季水汽总输入量最大, 冬季最小且季节差异显著; 春季水汽总输出量最大, 冬季最小且季节差异不明显; 春、 冬季为净水汽支出, 夏、 秋季为净水汽收入; 2)无论是年还是不同季节平均, 近30 a来西边界水汽输入量、 北边界水汽输出量基本呈现增加趋势或弱的减少趋势, 东边界水汽输出量、 南边界水汽输入量基本呈现减少趋势; 总水汽输入、 输出量均呈现减少趋势; 年、 夏季、 秋季净收入量呈现减少趋势, 春季、 冬季净支出量呈现增加趋势; 3)西藏地区冬、 春、 秋季的水汽主要来自中纬度西风带水汽输送, 夏季水汽主要来自阿拉伯海、 孟加拉湾、 南海和西太平洋地区, 夏季南边界的水汽输送状况对西藏地区降水起着决定性作用.     

青藏高原水汽输送与冰芯中稳定同位素记录*

降水中稳定同位素作为水中的组成成分,与水汽来源的变化存在直接的关系。根据在青藏高原降水中稳定同位素的研究,青藏高原南北降水中δ¹⁸ O和过量氘(d)都存在着显著的空间变化,这种空间变化与西南季风夏季向北推进的位置有关。在时间变化上,青藏高原不同地区降水中δ¹⁸ O和d的季节变化特征也与水汽来源的季节变化有关,而且这种季节变化主要受控于西南季风水汽与西风带输送水汽之间的相互作用,在中国最北端的阿尔泰山区还受到极地气团的影响。由于不同的大气环流造成的水汽来源的差异,青藏高原冰芯中稳定同位素变化也存在空间差异。北部地区冰芯中稳定同位素的年际变化与当地气象站记录显示良好的对应关系,而南部冰芯中稳定同位素的变化与当地气象站降水量在年际变化上显示反相关关系。     

水汽源区变化对陕西关中降水稳定同位素的影响

基于关中地区7个站点的降水同位素及气象数据,分析了δ~(18)O的时空特征及环境效应,模拟出代表站点的气团运移轨迹,利用向外长波辐射(OLR)数据研究水汽源区变化及对夏半年降水稳定同位素的影响。结果表明:δ~(18)O有着较为明显的季节性变化规律,由春季到冬季逐渐下降,空间分布则呈由东南向西北递减的趋势;大气降水线方程表现出明显的过渡性区位特征,夏半年以降水量效应为主;水汽主要通过西北与东南两个水汽通道输送,青藏高原的热力、动力性质对水源差异产生了较大影响;水汽源区变化与对流层中上部水汽含量场都与稳定同位素特征、水汽运移轨迹有着较强的对应关系,8、9月形成于西太平洋的热带辐合带(ITCZ)使东南季风成为夏季关中地区主要的水汽输送通道。     

东亚夏季风水汽输送带及其对中国大暴雨与洪涝灾害的影响

东亚夏季风每年给中国东部地区带来充沛的降水，是中国水资源的主要来源，同时也常常给中国造成严重的洪涝灾害。东亚夏季风水汽输送的强度、影响范围和持续性在极端暴雨过程中起着关键的作用。这支夏季风气流的水汽输送带可称为东亚季风水汽输送带，与国际上近期提出的"大气河"概念相近，但又不完全相同。东亚夏季风水汽输送带是东亚夏季风最具地区性的特征，也是东亚地区夏季大暴雨和洪涝的制造者。本文根据近百年来的资料，综合评述了东亚夏季风水汽输送带的特征和形成原因，并以海河、黄河、淮河与长江近百年最强的5次持续大暴雨过程为例，分析了季风水汽输送带的重要作用。最后，提出气候变暖可以通过4个方面影响全球水循环，包括气候变暖后大气可容纳更多的水汽、大气环流发生变化、辐射强迫改变以及气溶胶影响的区域性等，这些变化都会对季风水汽输送带产生重要影响。     

东亚夏季风水汽输送带及其对中国大暴雨与洪涝灾害的影响

东亚夏季风每年给中国东部地区带来充沛的降水，是中国水资源的主要来源，同时也常常给中国造成严重的洪涝灾害。东亚夏季风水汽输送的强度、影响范围和持续性在极端暴雨过程中起着关键的作用。这支夏季风气流的水汽输送带可称为东亚季风水汽输送带，与国际上近期提出的"大气河"概念相近，但又不完全相同。东亚夏季风水汽输送带是东亚夏季风最具地区性的特征，也是东亚地区夏季大暴雨和洪涝的制造者。本文根据近百年来的资料，综合评述了东亚夏季风水汽输送带的特征和形成原因，并以海河、黄河、淮河与长江近百年最强的5次持续大暴雨过程为例，分析了季风水汽输送带的重要作用。最后，提出气候变暖可以通过4个方面影响全球水循环，包括气候变暖后大气可容纳更多的水汽、大气环流发生变化、辐射强迫改变以及气溶胶影响的区域性等，这些变化都会对季风水汽输送带产生重要影响。     

“0506”华南持续性暴雨的季风环流背景

提出了确定东亚夏季风活动区域、划分热带季风和副热带季风活动区域的指标,利用大气对流层风速、位势高度、湿度、温度、OLR以及TBB等NCEP/NCAR资料,从月、候和过程平均多种时间尺度,诊断分析了2005年6月(简称“0506”)华南持续性暴雨的季风环流活动变化特征.结果表明:副热带高压强度偏强,西脊点位置偏西偏南,热带西太平洋(130°～140°E)区域越赤道气流偏强,华南处于气旋性低压异常区,无论是月时间尺度还是暴雨过程时间尺度都表现出这些明显特征;暴雨过程水汽除了来源于孟加拉湾和南海外,水汽通量异常部分主要来自南海和热带西太平洋,热带西太平洋水汽随着副高边缘气流经过南海向华南输送,从而为暴雨过程提供了丰富的水汽来源;2005年6月热带季风前沿在华南沿海地区停滞时间比气候平均偏长(2候),该特征是华南暴雨预报值得参考的信号;6月整个南海地区平均季风偏强,主要体现于经向风明显偏强,但华南持续性暴雨过程开始于南海地区夏季风非活跃期,这与热带季风季节内振荡向北传播到华南有关.以上季风活动变化特征为华南强降水提供了有利的动力条件和丰富的水汽来源.     

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。      

新德里季风降水中过量氘与季风水汽来源

收集和分析了新德里降水中同位素资料(δ¹⁸O和δD),利用季风水线方程对个别年份缺测的δD资料进行估计,建立了新德里36 a夏季过量氘序列.基于降水中过量氘和水汽源区相对湿度关系考虑,利用NCEP/NCAR再分析资料,研究了新德里夏季过量氘序列和水汽源区相对湿度的关系.研究发现,西阿拉伯海相对湿度变化和新德里季风降水中过量氘变化较为一致.结合西阿拉伯海风速和印度西北地区季风降水量资料分析结果,认为西阿拉伯海是新德里季风水汽的主要来源.     

阿尔泰山蒙赫海尔汗冰川不同水体稳定同位素空间分布特征及水汽来源

通过对2010年6月下旬于阿尔泰山蒙赫海尔汗冰川北支采集的新降雪、再冻结冰、冰雪融水、河水及雪坑样品中δ¹⁸O和δD的测定以及过量氘的计算, 利用HYSPLIT气团轨迹模型, 对研究区降水中稳定同位素的空间分布特征及水汽来源进行了初步研究. 结果表明: 新雪、再冻结冰以及河水样品中δ¹⁸O的空间分布均呈现出显著的“反高度效应”特征, 这是降雪过程中不同海拔高度水汽来源的差异造成的; 不同水体样品中均有较高的过量氘, 说明内陆再循环水汽长期对研究区的降水产生显著影响. 进一步分析表明, 影响研究区降水的内陆再循环水汽主要来自于西西伯利亚平原湿地和沼泽的蒸散发.     

2009/2010年我国西南秋冬春连旱特征及其大气环流异常分析

利用中国逐日站点降水资料、逐日季风监测指数及逐日副热带高压指数、74项环流指数及NCEP/NCAR再分析资料, 分析了2009年秋季至2010年春季的秋冬春西南特大干旱过程中各指数及大气环流异常特征.结果表明: 自2009年10月底东亚冬季风建立以来, 至2010年春季, 东亚冬季风强度持续偏强, 加之西太平洋副热带高压较常年偏西偏南, 西南地区长期受副高控制, 气温持续偏高, 加之冷空气虽然总体偏强, 但主要控制我国北方地区, 造成冷暖空气在西南地区少有交汇, 致使降水偏少, 干旱发生发展. 印缅槽强度较常年偏弱, 来自印度洋、孟加拉湾以及南海的水汽条件不足, 向西南地区输送的来自南海和孟加拉湾两条水汽通道的水汽通量均较常年偏弱很多, 加之西南地区、特别是云南地区自2009年秋季以来, 长期处于下沉运动的正距平区, 造成这段时间西南地区干旱少雨, 旱情持续. 2009年9月El Niño事件全面爆发, 南海-西太平洋地区形成异常反气旋流场, 该反气旋流场较常年偏西偏南, 造成副高位置偏西偏南, 从而使得云贵高原及其周边的印度季风区的降雨量明显偏少;高原地区及南海、菲律宾附近及热带辐合带地区OLR异常对西太平洋副热带高压的变化有一定影响, 进而影响西南地区降水, 其内在机制还有待深入研究.     

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。