近30年三峡库区洪涝特征及建库前后致涝气候因子的差异

利用三峡库区1980—2007年逐日雨量观测资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了近30年来三峡库区洪涝变化特征,并对三峡库区洪涝典型年份大气环流形势进行合成分析,进一步研究了典型洪涝年份不同关键区水汽输送特征。近30年来,三峡库区洪涝有明显的年际、年代际差异;近年来,三峡库区年均洪涝和区域性洪涝强度均呈减弱趋势,而区域性洪涝较为频繁;大气环流合成分析表明,乌拉尔山高压脊显著加强,导致经向性环流增强,引导冷空气南下,与低纬北上暖湿气流交汇,有利于三峡库区降水,易于产生洪涝灾害;三峡库区蓄水前后在蒙古和我国东北地区的环流背景合成明显不同,蓄水前典型洪涝年份环流异常更有利于降水;在强盛的偏南气流影响下,蓄水前典型洪涝年份水汽输送指示特征较蓄水后的洪涝年份水汽输送更加明显,更有利于三峡库区降水;典型洪涝年2004、2007年,关键区水汽输送有明显的候变化特征,但在典型洪涝事件中各个关键区水汽输送指示特征并不明显。     

三峡库区夏季旱涝变化特征及成因

利用1951-2008年三峡库区范围内10个国家基本站的夏季降水资料,通过Z指数分析了三峡库区夏季旱涝的变化特征,确定出6个严重涝年(1954,1956,1980,1982,1983年和1998年)和6个严重旱年(1959,1966,1972,1976,2001年和2006年)。结合NCEP/NCAR的再分析资料以及NOAA的OLR资料,对严重旱涝年份的大气环流形势进行合成分析。结果表明:三峡库区夏季旱涝变化具有较好的一致性,1979年经历了由旱到涝的年代际转变;2001年后,三峡库区进入偏旱阶段。三峡库区夏季严重涝年和旱年环流形势存在显著差异,当100hPa南亚高压异常强大,500hPa高度距平场欧亚高纬度地区从自西向东呈"-+-"距平波列分布,乌拉尔山和鄂霍次克海地区有持续性阻塞高压发展,西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压位置易偏南,三峡库区以南的西南水汽输送增强,使得三峡库区的水汽辐合增强,这种环流形势配合有利于三峡库区洪涝的发生,严重旱年则相反。     

青藏高原夏季降水的区域特征及其与周边地区水汽条件的配置

使用青藏高原地区97个测站1961-2005年6～8月降水总量及同期NCEP/NCAR月平均 u, v风、比湿和300 hPa位势高度等再分析资料, 首先使用旋转经验正交函数分解方法得到青藏高原夏季降水的4种主要分布类型, 之后利用相关分析方法, 分析了与4种降水类型匹配的水汽输送以及相应的环流背景, 最后使用合成分析对高原异常旱涝年的水汽输送和环流形势的差异进行了分析.结果表明, 青藏高原夏季降水的主要气候特征是南部与北部降水异常呈现相反分布的特征, 其水汽输送和环流形势配置差异显著.如果孟加拉湾海区向北的水汽输送和东部海洋向西的水汽输送加强, 同时乌拉尔山阻高强盛, 东亚从低纬至高纬呈现 " - "位势高度环流形势时, 有利于西南水汽输送并与来自东部海洋的水汽形成辐合, 造成高原夏季降水偏多, 反之降水则偏少.     

中国西北东部地区春季降水及其水汽输送特征

文中使用 1 96 2～ 2 0 0 2年逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料 ,考察了中国西北东部地区春季降水及其水汽输送的气候特征和异常变化。分析表明 ,该地区春季降水时段集中、变率较大 ,具有明显的年际和年代际变化特征 ;水汽主要来源于南部季风区 ,输送路径集中于青藏高原和偏南方向 ,偏东方向输送相对较弱 ,而且西太平洋副高和高原对输送路径具有显著影响 ;多雨年的异常水汽输送主要来源于偏东方向海洋上的异常向西输送和前期由菲律宾及其北部海区的向北输送 ;对异常水汽通量进行分解后发现 :由环流异常引起的平均水汽输送在多数年份的降水正异常过程中起主导作用 ,而平均环流对异常水汽的前期输送对于局地降水异常也有一定贡献 ;多雨年的环流异常集中表现为高度场上位于中国东北地区的正异常中心 ,这有利于偏东、偏南的异常水汽输送到西北东部。结果初步认为西北东部地区的空中水汽资源具有一定的补偿能力和利用潜力 ,该地区是维系西北内陆地区空中水资源乃至水分循环过程的水汽输送关键区     

新疆春季降水异常的环流和水汽特征

利用1961—2007年新疆75个气象站月降水量资料和NECP/NCAR逐日4次再分析资料(2.5°×2.5°),分析了新疆3~5月降水异常环流、水汽输送和收支特征,以及环流和水汽异常对整个水汽输送异常的贡献。结果表明,斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)是造成新疆春季各月降水异常的主要环流型。3月水汽输送量最小,4~5月相当,各层西边界为主要流入界,东边界为主要流出界,西风气流输送水汽多少决定降水异常。各月降水偏多的水汽输送异常表现为3月出现巴伦支海—新地岛以东向南到里海、咸海—巴尔喀什湖水汽输送异常,然后其随西风气流进入新疆;4月出现西伯利亚向里海、咸海地区和阿拉伯半岛向里海、咸海水汽输送异常,而后其随西风气流进入新疆;5月出现西伯利亚向咸海—巴尔喀什湖、巴伦支海向南到地中海东部的水汽输送异常,同时还出现红海向地中海东部和阿拉伯海向北到中亚的水汽输送异常,高、低纬向中纬水汽输送异常并汇合于中纬后沿西风气流进入新疆。各月环流异常对整个水汽输送异常起主要作用。     

新疆北部冬季降水异常成因

利用1960—2004年天山山区及以北地区(新疆北部)38个气象站日降水量和NECP/NCAR逐日4次再分析资料,分析了新疆北部11,12月和1月降水异常的环流和水汽特征。结果表明:冬季斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)与新疆冬季降水异常密切联系;11月水汽输送量最大,1月最小,西风气流输送水汽多少决定降水异常;降水异常偏多时,新地岛以东北冰洋、西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常,高纬度地区和低纬度地区向中亚地区输送水汽汇合后沿西风气流进入新疆,而非来自地中海和里海水汽源地;降水偏少时,里海以东随西风气流向新疆水汽输送减弱。关注SCA环流型活动以及西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常对冬季降水预测具有一定意义。     

2015年初夏辽宁降水异常偏少的大尺度环流特征

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和辽宁省逐日站点降水资料,分析了2015年初夏辽宁降水异常偏少的大尺度环流特征。结果表明:2015年初夏是1962年以来辽宁同期降水最少的年份。2015年初夏辽宁降水异常偏少的大尺度环流特征并不是共性,高空急流、西太副高的强度和位置以及是否有西南暖湿气流输送在6个典型少雨年里各有不同。大尺度环流系统的异常配置是导致2015年初夏辽宁降水严重偏少的主要原因,高空急流较气候平均偏南偏强,辽宁位于急流轴以北,高层辐合不利于上升运动发展;西太平洋副热带高压较气候平均偏东偏南,冷空气位置偏北,辽宁缺少冷暖空气交绥;低空急流较气候平均偏东偏南,辽宁缺少暖湿水汽输送及低层辐合上升运动。2015年初夏辽宁降水异常偏少与北太平洋海表面温度"东高西低"导致的大规模上升和下沉运动密切相关。     

近50a江淮地区梅雨期水汽输送特征研究

利用1958—2007年ERA再分析风场及气压场资料和APHRO高分辨率逐日降水资料,对近50 a来梅雨期水汽输送的时空特征及其与江淮地区降水的关系进行了研究,发现各条水汽通道对江淮地区梅雨期降水强度及范围的影响程度均不同。梅雨期影响我国降水的水汽输送有显著的年际变化,并且水汽输送强弱年对应江淮地区降水强度也有明显差异。相关分析及合成差值的结果显示,西太平洋水汽输送贡献更大,且西太平洋水汽输送(东南通道)增强时,江淮地区降水增多。印度洋水汽输送的加强会减弱太平洋的水汽输送从而使得江淮少雨。在全球变暖的背景下,西太平洋的水汽输送对降水的增强作用有所减弱而印度洋输送所导致降水强度减弱的范围则明显扩大。自1980年起,江淮降水出现缓慢增多的趋势与全球变暖所导致的东亚环流异常进而影响水汽输送异常相关。     

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料,根据定义的旱涝指数,划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分别讨论华南前汛期4~6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上,进一步研究了4~6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和旱年的不同特征。结果表明:影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征,华南前汛期(4~6月)降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用,而阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。     

雷州半岛前后汛期干旱的成因分析

利用徐闻站和湛江站1960—2015年4—10月的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,根据1倍标准差的原则对前、后汛期累计降水、无降水总日数和最长无降水日数3个变量进行偏大(小)年份的极端值判断,并在此基础上根据选出来的干旱年对500 h Pa位势高度、850 h Pa风场和水汽输送垂直积分异常分布进行合成分析。结果表明:徐闻站和湛江站的无降水日数在前后汛期变化趋势比较一致,但是最长无降水日数在前后汛期趋势显著不同;湛江站和徐闻站前后汛期干旱异常年对应的副高异常有着明显正异常关系,副高的正异常对于雷州半岛前后汛期干旱有着加强的作用;反气旋环流与反气旋式水汽环流控制下对湛江站前汛期和徐闻站后汛期干旱产生影响,而异常偏弱的季风环流和沿季风路径的水汽输送影响湛江站后汛期干旱,水汽输送辐散对徐闻站前汛期干旱有影响。     

DIAGNOSIS OF SUMMERTIME FLOODS/DROUGHTS AND THEIR ATMOSPHERIC CIRCULATION ANOMALIES OVER NORTH CHINA*

Proposed are a set of new regional flood/drought indices and a scheme of grading their severity whereby 1951-2000 summer wet/dry events are investigated for North China (NC) in terms of 160 station monthly precipitation data from NCC (China National Center of Climate).Results suggest that 7 heavy droughts during 1951-2000 are 1965,1968,1972,1980,1983,1997 and 1999,while 6 heavy floods are 1954,1956,1959,1964,1973 and 1996. Based on 1951-2000 summer flood/drought severity graded by the new scheme,atmospheric circulation characteristics associated with the disasters over the NC are addressed in terms of monthly NCEP (National Centers for Environmental Prediction) reanalysis of geopotential heights,winds,surface temperature and PW (precipitable water).Evidences suggest that prominent anomalies benefiting to the heavy droughts occur over the Northern Hemisphere.The variations over middle-high latitudes especially the negative ones on Ural Mountain to western Siberia deepen the normal trough there and are indicative of stronger than normal cold air activity. At middle latitudes,remarkable positive anomalies present on the south to Baikal lead to the fact that the normal ridge shifts eastward over NC concomitant with anomaly sinking motion in the whole troposphere,which is helpful for the maintenance of the continent high.And the opposed ones over Korea and Japan force the trough moving eastward running against northwestward shifting of the western Pacific subtropical high.In addition,the anomaly west-east pressure gradient at middle latitudes profits northerly flow there.The southerly monsoon flow at low levels is weaker than normal with weak East Asian summer monsoon,and the related water vapor transportation is also weak with deficit PW over NC.Besides,sea surface temperature (SST) rises in the equatorial eastern and central Pacific and associated convective region moves to the east accordingly companied with weak Walker circulation in the droughts.And the opposed situations will occur during the floods.     

西藏高原汛期旱涝年水汽输送差异特征

利用西藏高原39个气象站自1961年或建站开始至2010年汛期(5—9月)的逐月降水资料,根据Z指数和区域旱涝指数分析了近50年西藏高原汛期旱涝的变化特征。在此基础上,选取了典型旱、涝年,采用NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过合成分析方法分析了旱、涝年的水汽输送特征的差异。结果表明:近50年以来,西藏高原以旱为主,涝灾较少,干湿状况具有明显年代际变化;西藏高原汛期旱涝与水汽输送异常联系紧密,典型旱(涝)年北印度洋、西北太平洋和亚洲中纬度地区的整层水汽通量经向、纬向及整层水汽通量和水汽通量散度均存在显著差异,呈反位相分布。越赤道急流区的差异最为显著,索马里越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在经向上,而菲律宾越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在纬向上。     

秋行夏令:2021年10月初北方致灾性持续暴雨及水汽极端性分析

2021年10月3—6日,我国北方地区经历了历史罕见的持续性极端强降水过程,暴雨中心稳定维持在陕西中部、山西、京津冀、辽宁等地南部和山东北部,给上述地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。基于台站观测降水、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料诊断了本次降水过程的极端性。结果表明,本次暴雨过程无论是降水强度、持续时长还是经向水汽输送均表现出典型北方夏季暴雨和大气环流配置特征。上述五省二市区域平均的过程累计雨量强度远远超过秋季其他暴雨个例,即使在夏季也位列第二。本次过程的极端性与强降水中心稳定在上述地区密切相关。上述五省二市区域平均降水连续4日均超过15 mm,这在秋季历史上从未出现过。除过程的极端性强外,9月山西等地降水异常偏多对10月初秋涝也起到了叠加作用。本次秋涝对应的大气环流呈现出典型的北方夏季主雨季环流型,表现为西太平洋副热带高压（副高）偏西偏北,副高西侧的经向水汽输送异常强盛,同时10月4—6日北方地区发生一次强冷空气过程,冷暖气流交汇在上述地区。水汽收支计算表明,本次过程的经向水汽输送强度为秋季历史之最,甚至超过了盛夏时期北方大部分暴雨过程水汽输送强度。上述分析结果表明,即使在仲秋时节亦可产生有利于北方极端持续暴雨的环流形势和水汽输送,并导致秋涝发生。     

长江流域及三峡库区近542年旱涝演变特征

选取长江流域沿线及三峡库区12个代表站,根据中国500年旱涝图集等级和各站建站以来5—9月降水量资料,按照旱涝等级标准,分别得到长江全流域、上游流域、中游流域、下游流域及其三峡库区1470—2011年旱涝等级序列。结果表明:长江各流域及其三峡库区均呈现较为明显的旱涝交替阶段,20世纪偏旱频率强烈增加,19世纪和20世纪偏涝频率明显增加。长江流域和三峡库区偏旱以上等级具有准160年周期震荡,全流域偏涝以上存在准140年的周期震荡,但20世纪后有所减弱,三峡库区偏涝以上等级存在准百年的周期震荡。三峡建坝蓄水前后库区降水EOF时空分布呈一致减少趋势,与此同时长江上游降水呈下降趋势,反映了长江上游流域及三峡库区气候趋旱;M-K突变检验显示水库蓄水前后流域上游和库区降水均未发生显著变化。在全球气候变化的背景下,三峡库区旱涝演变并不是孤立事件,而是与长江上游乃至整个长江流域旱涝背景密不可分。     

1961—2017年四川省夏季长周期旱涝急转演变特征及环流影响分析

基于NECP/NCAR再分析资料和四川省38个站点降水资料,结合长周期旱涝急转指数,分析了四川省夏季旱涝急转的时间演变特征及其与典型年份大气环流的联系。结果表明:1)四川省夏季旱涝急转指数年际变化差异较大,旱转涝事件多于涝转旱事件,但发生旱转涝事件的可能性和强度降低,而涝转旱年强度更强;2)旱转涝年的旱期与涝转旱的涝期相比,前者西太平洋副高位置偏西、偏强,不易将南海及西太平洋的水汽输送到四川,降水偏少偏旱,而后者中高纬槽脊波动剧烈,在高原东南侧低值系统与副高的配合下,有利于暖湿气流向北输送,在四川地区形成降水;而旱转涝年涝期与涝转旱年旱期相比,环流经向运动偏强,中高纬槽脊波动明显,有利于中高纬冷空气南下与低纬北上的暖湿气流相遇形成降水,降水偏多偏涝。     

山东夏季降水的气候特征及其成因

用GMS TBB和ECMWF的格点风资料,采用带通滤波、EOF分解和合成分析方法,对湖北省洪涝年出现“二度梅”年(1980、1998年)和无“二度梅”年(1991、1999年)的南海和青藏高原TBB的低频振荡特征进行了分析研究。结果表明:有(无)“二度梅”年,南海低频TBB在6～7月的振荡位相是相反的;在7月下旬～8月上旬,南海低频TBB为高(低)值位相,青藏高原低频TBB为低(高)值位相。南亚地区低频TBB场EOF1的空间分布形式呈“南负北正”(南正北负)。     

淮河洪涝年7月上旬环流特征与近10年平均环流特征差异分析

利用NCEP 1998-2007年分析资料,分析了2007年、2005年和2003年3个淮河大洪水年7月上旬逐日各层的位势高度、温度、水汽和风场等资料.分析结果表明:这3个洪水年和近10年平均场的大尺度环流背景、高低空急流、水汽输送特征等存在显著差异.东亚夏季风异常是这3年淮河流域洪涝出现的主要原因.同时,这3年西北太平洋副热带高压均较历史同期偏强,西伸脊点偏西;华北南部到黄淮距平风场上有较常年明显的偏北气流,副热带高压西北侧850hPa低空急流较常年平均偏强6m·s-1以上,南北两支气流交汇区正好位于淮河流域;在200hPa上淮河流域处于异常的高空急流入口南侧或受较常年偏强的反气旋环流控制之下;从整层水汽通量距平分析,南海是这3个淮河洪涝年的主要水汽源地.     

河南水灾变化及典型水灾年大气环流异常特征分析

利用河南1950-2007年的逐年水灾统计数据,对水灾年的时间特征进行分析,并对典型水灾年大气环流的异常特征进行分析,结果表明:在1950-2007年的58 a中,河南年年都出现水灾,全省水灾受灾面积66.7万hm2的有28年;66.7万hm2的有30年,约2年一遇;受灾面积133.3万hm2的有17年,约4年一遇;333.3万hm2的有4年,约15年一遇。在河南的典型水灾年,中高纬度的长波和南支系统都有很强的稳定性;亚洲中高纬阻塞形势非常明显,在西西伯利亚上空出现了强烈的偏北风分量,因而冷空气暴发南下非常频繁;副热带高压脊线在24°N左右,584 dgpm线呈西南东北走向,将来自孟加拉湾和南海的充沛水汽带到内陆。河南省正处于来自北方的冷空气和南支系统带来的暖湿气流交汇的区域,这是造成河南省出现严重水灾的主要原因。     

三峡地区旱涝多时间尺度变化特征及旱涝年大气环流异常

根据Z指数指标体系,构建了三峡地区旱涝指数时间序列,且利用Morlet小波分析方法研究了指数序列的多时间尺度演变特征和典型夏季旱涝年大气环流特征,结果表明：三峡地区干旱、雨涝有明显不同的年际、年代际特征,年、四季的干旱指数与雨涝指数基本呈反位相特征。三峡地区旱涝指数Morlet小波分析表明,在不同时间和频率域中,有显著的周期振荡,具有较强的局部特征;年旱涝指数主要有准5年、准9年、准15年的周期振荡;旱涝特征周期振荡也具有明显的季节性差异。三峡地区雨涝年的环流背景为乌拉尔山地区、西伯利亚、巴尔喀什湖地区上空位势高度偏高,我国河套地区、华北平原至日本海上空的位势高度偏低;干旱年的环流形式与之相反。