西北地区东部夏季水汽输送特征及其与降水的关系

采用ERA Interim 再分析资料和160 站逐月站点降水资料,运用经验正交函数（EOF）分析、合成分析等方法揭示了西北东部3 个分区的水汽输送的区域气候特征、与降水EOF气候模态相对应的整层水汽输送特征以及降水偏多（少）年的水汽输送异常特征。结果表明：西北地区东部夏季经向水汽输送的大值区处于900 hPa~800 hPa 高度上;纬向水汽输送大值位于700 hPa~500 hPa 高度上。对西北东部降水做EOF 分析,第一模态为全区一致型,与降水相对应的西风影响区主要盛行西风水汽输送,季风边缘区的南部盛行西南风水汽输送;第二模态为东南-西北型,东风、东北风水汽输送流入西北东部地区;第三模态为东北－西南型,西风和西北风水汽输送将水汽带到西风影响区内。     

西北地区大气水汽含量时空分布及其输送研究

利用ECMWF和NCEP/NCAR 1979-2016年逐月再分析资料,分析了我国西北地区大气水汽含量的时空分布及其输送特征。结果表明：（1）西北地区水汽含量在20世纪80年代中期至90年代末呈增多趋势,从90年代开始至21世纪初呈减少趋势。就季节而言,西北地区夏季水汽含量最多,占年平均水汽含量的46.6%。（2）西北地区水汽分布与降水分布具有一致性,水汽含量主要集中在西北地区东部及其西部的天山山脉、塔里木盆地东部一带,达12～30 mm,中部水汽含量较少,不足10 mm,水汽含量的空间分布呈现出“两边高中间低”的分布形式。（3）西北地区水汽输送以西风和季风两大环流系统为主,纬向西风水汽输送可达100～500 kg·m^-1·s^-1,在全年水汽输送中占主要地位,夏季从印度洋来的强度可达100～200 kg·m^-1·s^-1的西南季风水汽输送对西北地区东部影响较显著。（4）西北地区水汽源主要位于新疆天山山脉、青海中东部、甘肃河西走廊中西段、宁夏和陕西北部等地区,而水汽汇则位于甘肃南部、陕西南部一带。     

1953-2012年中国西北地区东部低层气旋性风场演变特征及成因

利用1953-2012年NCEP/NCAR全球再分析风场资料,结合同期NCEP全球月平均再分析资料和74项环流特征量资料,通过相关分析、M-K突变检验、小波分析等合成诊断分析方法,研究了近60年中国西北地区东部低层气旋性风切变频次的演变特征,并对其演变的成因进行了初步探讨。结果表明：西北地区东部低层气旋性风切变发生频次在近60年来呈显著的减少趋势,通过了a=0.001的显著性水平检验;风切变频次在1976年出现较明显的由多到少的突变,间接证实近30年来在西北地区东部低层出现风场辐合的次数显著减少,可能产生系统性降水的辐合条件下降;1960-1970年存在3～7年的振荡周期,其中以3年和7年的周期最为显著,基本与西北地区降水周期在时空上较吻合。西北地区东部低层气旋性风场演变的主要原因是大气环流在同一时期发生了较为显著的调整。     

1960-2009年中国西北地区东部低层风切变对雨日的控制作用及其在不同季节的降水效率

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,结合同时次NCEP全球再分析风场资料,在气旋性风切变辨识算法的支撑下,分析了近50年西北地区东部低层气旋性风切变演变对同期雨日多寡的控制与指示作用,结合低层水汽条件与气旋性风切变的配置关系,对其在不同季节对雨日的可能影响程度及降水效率进行了逐一比对与成因探讨。结果表明:在冷暖空气交汇频繁的春、秋两季,即一年中气旋性风切变多发时段,700 hPa气旋性风切变在干旱区和半干旱区,对雨日产生的差异性最为显著,降水效率相差达24%,而冬季仅为10%;通过对比分析西北地区东部不同季节风切变效率多年和少年比湿分布,发现在在春、夏两季,水汽条件对700 hPa气旋性风切变的降水效率影响最为显著。气旋性风切变降水效率概念的引入,不仅较为符合西北地区的天气气候特点,且能够较好地反映雨日与700 hPa气旋性风切变之间在不同季节与不同区域中的相关性,对现实预报有较重要的指示意义。     

北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。     

中国西北地区东部雨日的气候特征及其与低空风场的相关性研究

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,分析了雨日数的演变特征。研究发现：200 mm年降水量等值线的两侧存在明显差异,南部半干旱区处于夏季风北部边缘地带,受季风影响,雨日数年际波动大;北部干旱区年雨日数较少且相对稳定。在气旋性风切变辨识算法支持下,本文运用NCEP全球再分析资料风场资料,研究了近50年西北地区东部低空气旋性风切变的演变特征。分析发现,雨日数和低空气旋性风场切变数存在较为显著的正相关,但这种相关性存在明显的季节差异,秋、冬、春3季相关显著,夏季较差。进一步研究发现：水汽条件在雨日数和低空气旋性风切变的关系中起着重要的作用,特别在春、夏两季影响更为明显;秋季青藏高原北部绕流水汽输送带的强弱也直接决定低空气旋性风切变和雨日数的相关性的高低。     

春季东亚高空西风急流变异与东亚夏季副热带季风活动遥相关特征

利用1948-2006年NCAR/NCEP再分析资料,计算了200 hPa纬向风的方差场,定义了春季东亚对流层上层(200 hPa)的西风急流指数JEAS,分析了其与东亚夏季副热带季风强度指数ISMφ的相关关系.结果表明①JEAS主要反映出春季东亚高空西风急流的强度和东西方向位置的变化,并且与东亚夏季副热带季风存在显著的负相关,当西风急流发生强(弱)的异常时,预示东亚夏季副热带季风在30°N-35°N的江淮流域地区活动偏弱(强);②JEAS与南印度洋经北太平洋至东太平洋地区的夏季200 hPa速度势场呈准大圆路径" 、-、 "显著相关波列,当西风急流偏强(弱)时,一般对应着夏季北太平洋地区的加热场偏强(弱);③西风急流强(弱)的异常,与500 hPa夏季西北太平洋副热带高压在30.N以北的西太平洋地区活动减弱(增强)对应;④当西风急流强时,将强迫出滞后3个月的850 hPa风矢量场的主要分布特征是,亚洲大陆为反气旋性环流,东亚沿岸出现明显的南风负异常,东亚夏季副热带季风较常年弱,反之东亚夏季副热带季风强.     

初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常关系

应用1979-2011年NCEP/NCAR再分析资料和陕西地面月降水资料,分析计算东亚初夏季风强度指数和陕西降水距平一致率,采用统计相关分析方法分析初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常的统计关系,并采用合成分析方法讨论了初夏强(弱)东亚季风年陕西多雨(少雨)的大气环流特征。结果表明:初夏东亚季风偏强,陕西易多雨,且陕北、关中比较显著,而初夏东亚夏季风偏弱,陕西易少雨,偏少的程度陕北北部最明显;初夏东亚季风偏强时,欧亚中高纬度距平场自西向东呈"+-+"的波列分布,环流场中乌拉尔山长波脊偏强,贝加尔湖到巴尔喀什湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,相应的对流层低层青藏高原东侧为偏南距平风,而华北为弱偏东距平风,在西北地区东部形成了距平风的气旋性切变,有利于该区域初夏多雨;初夏东亚夏季风偏弱时,欧亚中高纬度距平场距平自西向东呈"-+-"的分布,中亚长波脊强盛,西太平洋副热带高压偏弱且位置偏东。陕西主要受中亚高脊前西北气流控制,陕西初夏多晴热天气,易少雨;但初夏东亚季风偏弱时,东亚中纬度盛行平直西风气流,西风锋区位于40°N附近,西太平洋副热带高压位置偏西偏南,青藏高原位势高度偏低,并多短波槽或低值系统活动,陕西初夏受西风带系统和高原东移的低气压系统影响,陕西大部易多雨。     

中国地区水汽输送异常特征及其 与长江流域旱涝的关系

利用中国地区1981-2002 年的常规观测资料和ECMWF 再分析资料, 研究了中国地区水汽输送的异常特征、水汽输送异常与长江流域降水的关系及其环流特征。研究表明: 中国地区水汽输送异常存在一些主要的模态, 其中第一模态最为显著, 其空间分布表现为在长江流域的水汽辐合或辐散, 其变化与长江流域的降水存在很好的关系。当西太平洋副热带高压偏南偏西偏强, 印度季风低压偏弱, 我国北方地区处于中高纬度槽后时, 大量来自孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽在长江以南形成强大的西南风水汽, 与我国北方的冷空气在长江流域辐合, 容易导致长江流域降水偏多。当西太平洋副热带高压偏北偏东偏弱, 印度季风低压偏 强, 中高纬为平直西风气流时, 不利于引导低纬海洋水汽进入我国, 长江流域以南没有稳定的西南风水汽输送, 我国北方冷空气偏弱, 不易南下到长江流域, 导致在长江流域没有明显的水汽辐合, 降水容易偏少。     

新疆大气水汽通量及其净收支的计算和分析

通过对NCEP 2.5°×2.5°再分析资料与NCEP 1°×1°再分析资料和探空资料的比较,讨论了该资料在新疆的适用性,并在此基础上计算和分析了新疆1948—2007年60 a的大气水汽通量及其净收支情况。结果表明,新疆大气水汽输送主要受三支水汽输送带影响：西伯利亚和蒙古方向的西北风水汽输送带、孟加拉湾路径到达新疆南部的西南风水汽输送带和来自大西洋的西风水汽输送带;夏季新疆主要受两股水汽通量影响,即西风和西北风,冬季新疆则主要受西风水汽输送带的影响,仅南疆盆地受来自青藏高原中西部的西南暖湿气流的影响;新疆地区空中水汽1978年以前主要来源于经向输送,而1978年以后纬向输送增加,其水汽净收支由经向和纬向水汽共同提供,但经向水汽的贡献仍最大。     

新疆地区25 a地面风场特征分析

 地面风除了受大范围环流影响外,还受地形影响较大。新疆既有大的盆地,又有高山垭口,造就了特殊的新疆地面风场。利用新疆54个气象站1980—2004年,每日4个时次的地面风资料,分析了该地区地面风场的长期特征,并进行经验正交函数分解。研究表明,新疆长期地面风场北疆、东疆和南疆有显著差别,主要表现在风向的转变,即北疆总体表现为西北风,南疆表现为偏东风,东疆表现为由西北风向偏东风转换的反气旋性弯曲气流;新疆经向风的长期变化表现为南风距平加强,而纬向风则表现为东风距平加强;经向风在整个时间序列上有3~5 a的短期变化,而纬向风在整个时间序列上有3~6 a的短期变化,且都表现为随时间延续周期变长;经向风南风距平增大趋势的最大值发生在七角井,而北风距平增大趋势的最大值则在阿拉山口。纬向风西风距平增大趋势的最大值在七角井,东风距平增大趋势的最大值位于安德河;EOF分析表明,第一特征向量的贡献达到87.5％,而第一特征向量对应的时间系数的距平值以1987年和1999年为界,表现为“正负正”的趋势。     

1979-2016年祁连山地区大气水汽含量时空特征及其与降水的关系

采用1979-2016年ECMWF1.5°×1.5°逐月再分析资料及同期37个气象站点的降水资料,利用一元线性回归、累积距平、Kriging及IDW（反距离加权）等方法分析了祁连山地区大气水汽含量时空分布特征、降水转化率空间变化规律以及风场分布规律,并对比分析了中国西部不同地区降水转化率的变化趋势。结果表明：（1）1979-2016年祁连山地区大气水汽含量整体呈增加趋势,且季节变化明显。其中夏季是各层大气水汽含量最多的季节,高达329.24 mm,占多年平均大气水汽含量的48.1%。（2）近38 a来,祁连山地区的大气水汽含量呈东南多、西北少的空间分布,且随海拔的升高而逐渐减少,整层大气水汽主要集中在5 000 m以下。（3）祁连山地区的降水转化率从空间上表现出由东向西递减的趋势,说明该地区空中云水资源的开发潜力自东向西逐渐增强,空中云水资源的开发潜力区域差异明显;季风所携带的水汽对其影响区域的降水贡献率较高,西风所携带的水汽则对其影响区域的降水贡献率较低。（4）中国西部地区降水转化率呈向心式递减的趋势,且区域空间波动较大。     

沙漠-黄土南北样带土壤物理性质区域分异特征

采集了沙漠-黄土南北样带从北到南的沙漠区、过渡区、黄土区的土壤样品,测量和分析了不同区域土壤容重(D)、粒度特征。结果表明：①D沙漠区>D过渡区>D黄土区,土壤容重的平均值依次为1.53 g·cm-3、1.51 g·cm-3、1.41 g·cm-3,过渡性明显;②沙漠区以中砂和细砂为主,过渡区以细砂为主,黄土区以细砂和粉砂为主。从沙漠区到黄土区,土壤颗粒逐渐变细,粘粒含量增加,分选性变差,偏度均属正偏,且在增大,峰态从常峰态向窄峰态类型变化,过渡区和黄土区属于双峰态,沙漠区属于单峰态。     

黄土高原地区沙尘暴形成的自然地理因素:Ⅱ多元回归分析与地带性特征

以黄土高原地区227个县的资料为基础,运用逐步回归的方法,建立了年均沙尘暴日数与影响因子之间的多元回归方程。黄土高原地区沙尘暴的分布具有一定的地带性。从西北向东南,年降水量逐渐增加,气候由干旱、半干旱向半湿润过渡。地表物质由风成沙、沙黄土向典型黄土和粘黄土过渡,天然植被类型由干旱荒漠、干草原、森林草原、草原森林向落叶阔叶林过渡,自然地理因子的地带性分异导致了沙尘暴的频率按同一方向递减。建立的回归方程表明,地表物质的抗蚀性对沙尘暴的影响较大,年降水量次之,大风日数居第三。通过合理的人类活动增加地表的抗蚀性,可以减低沙尘暴的发生频率。     

东亚土地覆盖动态与季风气候年际变化的关系

以东亚地区1982－1989年时间序列降水资料及AVHRR 8km NDVI数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（5－9月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（SVD）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。     

COMPARISONS BETWEEN ZONAL AND MERIDIONAL EDDY SENSIBLE HEAT TRANSPORT IN THE NORTHERN HEMISPHERE WINTER

The size and geographical distribution of the zonal eddy sensible heat flux and its divergence in the Northern Hemisphere winter are examined. Special attention is paid to the zonal eddy contribution to the total heat transport and the relationship between the zonal and meridional heat transport. The heat fluxes are calculated using 700mb air temperatures and geostrophic winds spanning the period 1947–1987. The zonal fluxes are much larger than the meridional fluxes, particularly in the regions of strongest flux. The sign and strength of the zonal flux are largely controlled by the direction and strength of the meridional transport. Zonal eddy transfer appears to be as important a source of energy as the meridional eddy transfer, particularly over North America and Siberia. Changes in atmospheric circulation strengths may be interpreted in terms of energy flux divergence to establish links with temperature changes. [Key words: sensible heat flux, zonal heat flux, meridional heat flux, energy flux divergence].     

普若岗日冰原西侧冰前风沙地貌的形成与我国冰川型沙漠的发现

在青藏高原中央、普若岗日冰原西侧流石坡地带山麓面上,分布有约100 km²的由戈壁与沙丘组成的地貌,这是世界罕见的、也是我国发现的首例中纬度、高海拔地区冰前沙漠沉积。野外地貌、地层测量和室内样品的粒度、矿物、¹⁴C测年分析等结果表明,其形成时代约为16 ka BP以来;沉积特征在沙丘沉积序列中表现为风成砂夹零星腐殖质层,在戈壁中表现为砾石表面具次生方解石或碳酸钙沉淀层;演化模式为冷直线式;形成条件为以下伏冰碛物为主要砂源,以行星西风环流和高原冬季风引起的地面西风为主要动力,以持续的寒冷半干旱为气候背景;成因主要与冰原西缘冰川作用形成丰富的冰碛物砂源有关;因此,这类沙漠与一般冰缘沙漠以河湖相砂为源具有显著区别,可称为"冰川型沙漠"。由于其形成兼与冰原、气候和环流的变化密切相关,所以它是高原腹地全新世气候环境变化的重要记录。     

距今30万年来西藏中部地区环境变化与西南季风变迁

通过对西藏中部黄土/古土壤/风成砂地层沉积相、年代以及夏季风强度替代指标磁化率等的综合研究,并与印度洋RC27-61孔的沉积速率、粒径和W¹⁸O记录以及黄土高原洛川剖面磁化率的对比,提出西藏中部在距今30万a以来经历了数次夏季风盛衰时期,与此相应,区域环境出现了数次暖湿与冷干变化,它们与全球冰期/间冰期气候变化相对应。