特别策划：走进天津

在我国华北平原海河流域五大支流汇流处,有这样一座四季分明、历史悠久、经济迅猛发展的现代都市,她东临渤海,北依燕山。海河在城中蜿蜒而过;她被誉为中国北方经济中心、环渤海地区经济中心、中国北方阳际航运中心、中国北方国际物流中心、阳际港口城市和生态城市,这就是我阳四大直辖市之一——天津。     

中国著名的优质水稻之一

“宇宙无常,沧海桑田。造化填海,隆起津南”（《津南气象赋》）。津南区位于天津市东南部,海河下游右岸,是经过漫长的“沧海桑田”变化,海退成陆形成的,总面积385．71平方千米,属于渤海海积和黄河冲击平原,地势甲坦、上层较厚,其地表层多为黄土、黑沙土两种,土质略含盐碱。     

海河流域降水极值的时空演变特征

利用海河流域104个测站逐日降水资料,研究了海河流域过去47年中降水极值时空变化趋势,从降水极值变化的角度解释了海河流域旱涝的演变特征。结果表明:近47年来,海河流域的降雨量、小雨日数、暴雨日数、湿涝事件、日最大降水量均表现出明显减少趋势,干旱事件表现出显著增加趋势,加剧了海河流域干旱化程度。海河流域降水极值空间变化趋势在大部分区域表现为干旱化倾向,尤其是在海河流域东南部区域干旱化程度最为显著。降水的极值变化致使降水时空分布变得更加不均匀,使得海河流域干旱事件发生频率和强度增加,从而对流域内生态、环境和社会经济系统产生深远的影响。     

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。     

海河流域夏季降水与北半球环流异常的相关

使用1981—2013年6—8月的月平均海河流域站点降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,采用SVD方法分析了北半球高度场环流异常与海河流域夏季降水的关系。结果表明夏季海河流域的一致型降水异常主要受热带地区高度场异常的影响,而北半球中高纬的高度异常分布对海河流域东南部降水异常有重要作用。热带及中高纬地区的高度场异常与副热带西风急流和流域上空的水汽输送有一定的对应关系,急流强度和位置的变化以及水汽辐合异常造成海河流域降水异常,尤其中高纬高度异常的这种对应关系更加明显,并且两个地区的高度异常分布对应的海河流域异常水汽输送有不同来源。     

1956—2010年海河区降水变化对水资源供需影响分析

基于全国水资源综合规划和水资源公报获得的海河区1956—2010年降水、水资源系列资料和基准年水资源需水预测成果,分1956—1979年和1980—2010年两个时段,初步分析了降水变化对海河区水资源量和需水量的影响。结果显示:与1956—1979年相比,降水变化导致海河区1980—2010年水资源量减少约86亿m3,经济社会需水量增加约22亿m3,经济社会总缺水量77亿m3,占总缺水量的75%。降水减少加剧了海河区水资源的供需矛盾。     

东亚经圈环流年代际变化及对海河降水影响

基于NCEP/NCAR和ERA 40两套再分析资料及中国160个站月降水资料,分析了海河流域夏季降水的变化特征及受东亚夏季风的影响,并定义了东亚夏季经圈环流指数,研究了东亚夏季风的年际和年代际气候变化特征及与海河流域夏季降水的关系。结果表明：近30年来,夏季东亚地区对流层低层和高层的西风均呈现反位相的变化特征,同时东亚地区对流层低层南风分量异常减弱,中低纬度的经圈环流也呈现减弱趋势,夏季风的强度随之减弱,不利于夏季雨带向北推进。文中定义的东亚夏季经圈环流指数与海河流域夏季降水存在显著的正相关关系,说明经圈环流指数值越大,东亚经圈环流强度越强,利于夏季东亚季风向北推进,从而使海河流域夏季降水偏多。反之,当东亚夏季风偏弱时,东亚经圈环流也偏弱,不利于海河流域降水偏多。本文结果表明,东亚经圈环流的年代际减弱是海河流域近30年处于少雨期的一个直接原因。     

海河流域盛汛期旱涝急转事件及其与大气环流异常的关系

利用1958—2012年海河流域30个气象站月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料及1974—2012年月平均向外长波辐射资料,分析了海河流域盛汛期旱涝急转事件及其与大气环流异常的关系。结果表明,南亚高压和西太平洋副高在盛汛期的月际振荡是海河流域旱涝急转形成的一个重要原因。涝转旱年及旱转涝年涝期对应于"西低东高"的流型(海河流域上游为低槽区,下游为高压区),冷暖空气活跃且易于较长时间在流域交绥,低层水汽输送较强且有正涡度异常,高层辐散和上升运动偏强,流域多雨偏涝;旱期则对应于"西高东低"的流型,西风带环流较为平直,低层有负涡度异常且水汽输送偏弱,高层辐散和上升运动偏弱,海河流域因而少雨偏旱。海河流域旱急转涝(涝急转旱)事件易发生在南亚夏季风偏弱(强)的背景下。海河流域盛汛期旱涝急转与初汛期流域上空气压场强度以及北太平洋涛动(NPO)、南半球环状模(SAM)存在显著的正相关,上述因子可能是旱涝急转事件的前期信号。     

2010年夏季海河流域降水预测技术方法评述

对2010年海河流域夏季（6—8月）降水趋势预测效果、〖JP+1〗主要预测依据及技术方法进行回顾与评述。从气候背景、海温和大气环流特征等方面,分析了2010年海河流域夏季少雨的成因,认为目前海河流域仍处于少雨气候背景下,前期海温异常、夏季西太平洋副高异常强大、偏西,东亚夏季风偏弱等特征的不同,是影响海河流域少雨的主要原因。总结了预测的成功与不足,对提高汛期降水趋势预测准确率和开展流域气候预测服务具有重要意义。     

海河流域盛夏旱涝及其长期预报

海河流域降水大部分集中在盛夏(7—8月),而此时段降水量的年际变率又较大,因而,旱涝发生也较频繁。本文着重分析了海河流域旱涝的天文背景,及其前期高度场上的遥相关因子,并分析了典型的厄尼诺年海河流域发生旱涝的情况。最后,在综合分析的基础上,作出了盛夏旱涝的分级预报工具。     

海河流域太阳辐射计算模型评估及时空变异规律

太阳辐射是气候形成和演变过程中重要的驱动力,研究太阳辐射的计算模型及时空变异规律对地球和气候系统意义重大。根据1960-2012年海河流域6个站点太阳辐射资料和45个站点日照时数、气温等气象资料,建立了4种太阳辐射计算模型,采用平均相对误差和Nash-Sutcliffe效率系数评估模型精确程度,在此基础上利用优选出的模型计算45个站点多年逐月太阳辐射值,进而研究海河流域太阳辐射的时空变异规律。结果表明:Angstr9mPrescott模型最适用于估算海河流域的太阳辐射;从时间变化来看,海河流域1960-2012年太阳辐射总体上呈显著下降趋势,平均变化速率为-10 MJ·m-2·a-1,春夏秋冬四季均呈现显著减少趋势,其中夏季减少幅度最大,其次是秋季,春季和冬季减少幅度最小;从空间分布来看,海河流域西北地区多年平均太阳辐射值最高,南部低纬度区域太阳辐射最低,除丰宁站以外的44个站点均呈现太阳辐射减少趋势,最大减少幅度达-27 MJ·m-2·a-1,减少趋势最为明显的是中南部地区。人类活动造成的大气污染物增加可能是海河流域太阳辐射减少的主要原因。     

地形及下垫面对渤海大风影响的数值研究

为研究渤海周围下垫面对大风的影响,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,对2009年4月13和15日两次渤海东北大风过程进行了地形和海洋下垫面敏感性试验。结果表明:渤海北部地形对渤海海面大风有增强作用。地形的存在会使大风区更偏东,冷空气速度略偏慢,而辽宁东部地形的阻挡作用会使黄海北部海面风速减小。辽河平原喇叭口地形的存在使喇叭口东北部风速增大,而喇叭口西南侧及渤海海面风速减小。由于海洋下垫面较光滑,会对海上大风起到增强作用,引起"向岸风"效应。海洋下垫面对大风的增强作用与大风强度有关,风速越大,海面对大风的增强作用越明显,向岸风作用也就越明显。两次东北大风的试验结果表明,海面对大风的增强作用在渤海北部约2~3 m·s~(-1),渤海南部约3~5m·s~(-1)。渤海海洋下垫面对大风的增强作用大于渤海北部地形动力作用。     

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。      

渤海海冰数值模式的研究进展

根据渤海海冰冰情,从热力和动力两个方面综述了渤海海冰数值模式的研究进展。从热力参数方案和气候特点上,展望新一代渤海中小尺度短期海冰热力模式;从海冰动力模式中3种常用数值方法的主要特点和实际应用情况上,论述SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在渤海海冰短期预报的发展前景。在此基础上,结合海洋气象的发展,讨论海冰短期预报的关键技术。将海冰数值预报模式与传统的中长期海冰统计预报有机地结合起来将是渤海海冰模式未来的发展方向。     

渤海西部雷雨大风统计特征及对流参数指标分析

使用2011—2016年5—9月渤海西部7个海岛、平台、浮标站加密资料等,对渤海西部雷雨大风统计特征进行分析,结果表明:渤海西部雷雨大风以8～9级为主,主要发生在渤海西部偏南海区;6月发生最多,其次是7月,5月最少,其中,6月过程主要发生在19—23时,同时,高空冷涡影响过程是低槽影响过程次数的两倍,且以带状回波影响最多,占68.8%;大风发生前6～12 h,渤海西部比上游陆地站温度每经度低6℃,而在大风发生前1～2 h,比上游沿岸温度每经度高4℃以上,气压每经度低2 hPa;同时,使用订正探空资料分析渤海西部雷雨大风发生前对流参数指标及其参考阈值,结果表明:抬升指数、大风指数、最佳对流有效位能和0～3 km垂直风切变在渤海西部相对华北陆地更明显,分别给出渤海西部6—9月逐月以及高空冷涡和高空低槽背景下的抬升指数、大风指数、最佳对流有效位能和0～3 km垂直风切变参考阈值,为渤海西部雷雨大风预报提供参考。     

准双周低频活动与山西4—9月降水的关系

利用1979—2010年山西省日降水量资料与欧洲中心再分析资料,通过诊断分析方法探讨了欧亚范围大气低频活动与山西省4—9月降水天气过程的关系。结果显示,山西日降水量的主要分布模态有全省一致型、北中部型、中部型;山西日降水量准双周周期特征明显。影响山西降水的500hPa低频关键区在我国东部沿海渤海附近,低频影响系统是渤海低频高压。渤海低频高压存在准双周变化周期;渤海低频高压指数转为正位相超前山西降水日0～3d。渤海低频高压来源于西西伯利亚低频高压(主要出现在西西伯利亚东部至中西伯利亚西部),西西伯利亚低频高压传播至渤海附近大约一个准双周周期。     

渤海小高压的形成机制分析

对2006年7月3日一次典型的渤海小高压与切变线相互作用的天气过程进行了分析，初步探讨了渤海小高压的形成机制。渤海小高压是由于渤海特殊的地理位置造成的，它与南北支系统的相互作用、中低纬切变线的位置、日本海低涡中横槽的位置密切相关。渤海小高压的形成与其高低空的动力、热力条件关系密切，当华北到渤海地区没有明显的低空辐合和高空辐散，并受明显的干区、正的沙氏指数区、能量低值区控制时，容易形成渤海小高压。     

山东省风暴潮的形成原因及预报

渤海是一个向东开口的半封闭型浅海.当渤海及黄海北部出现强烈而持久的偏东大风时,海水便不断涌入渤海湾内,在山东省黄河三角洲及莱州湾一带形成风暴潮.渤海风暴潮多发生在北方强冷空气南下影响,同时南支槽发展东移,地面倒槽发展为气旋,形成"北高南低"的地面气压形势,山东北部沿海海面出现强劲的东北大风,如果适逢天文大潮,便出现风暴潮.     

近55年来中国10大水文区域干旱化分析

根据1951—2005年我国629个气象观测站逐月降水资料,采用Z指数方法,对我国10大水文区的干旱变化特征进行了研究。研究表明,近55年来,海河流域、辽河流域、松花江流域、淮河流域和黄河流域干旱范围趋于扩大,其中松花江流域、淮河流域、海河流域扩大的趋势更明显,西北诸河流域的干旱范围明显缩小,而长江流域、珠江流域、西南诸河区以及东南诸河干旱范围没有明显的变化趋势,各流域都有明显的阶段变化特征。淮河流域、海河流域和辽河流域干旱范围变化的年际间振幅较大,西南诸河流域和长江流域的年际间振幅较小。松花江流域、辽河流域、海河流域和淮河流域20世纪90年代开始干旱范围扩大迅速,进入21世纪后又都有明显的下降趋势。从线性变化趋势、阶段变化特征分析,预计到21世纪初期海河流域、辽河流域、松花江流域、淮河流域、西北诸河流域和黄河流域干旱范围趋于缩小,降水可能增多,东南诸河和珠江流域干旱范围趋于扩大,降水可能减少,长江流域和西南诸河流域变化不明显。     

海河下游延伸期降水过程的低频预测方法

本文对海河下游地区强降水过程与大气低频信号进行了诊断分析,结果表明雨日的低频涡度场在我国存在显著的偶极子型异常分布。根据这一异常分布特征构造了一对低频预报指数Dcurl35和Dcurl12以及相应的延伸期强降水过程的低频预报方法。进一步使用该低频预报方法进行了历史降水过程的回报检验和2014年强降水过程的预报试验,结果证明该方法对海河下游延伸期强降水过程有较好的预报能力,可以实际应用于海河下游延伸期强降水过程预报业务。