西北干旱区水汽收支变化及其与降水的关系

利用NCEP资料计算并分析1961—2010年西北干旱区(35°N—50°N,73°E—105°E)经纬向水汽输送、蒸发和水汽辐合辐散的变化特征,以及它们与同期西北干旱区降水之间的关系。结果显示:(1)西北干旱区冬、春、秋季经向水汽输送为净输入,纬向为净输出,总水汽输送为净输入。夏季经、纬向水汽输送均为净输出;(2)1961—2010年,西北干旱区各季节降水均增加,冬、春季降水增加显著,夏、秋季降水增加不显著。冬季纬向水汽净输出减少,导致西北干旱区冬季总水汽输送增加;春、秋季经向净输入减少和夏季经向净输出增加,导致春、夏、秋季总水汽输送减少;(3)1961—2010年,西北干旱区各季节蒸发量显著增加,且夏季增加趋势最显著;(4)各季节水汽通量散度显著减小,水汽辐合加强,且夏季水汽辐合增强最明显;(5)蒸发增大和水汽辐合增强是西北干旱区降水增加的主要原因,但外部水汽输送变化也会影响降水变化。     

季风湿润区冬季水汽收支年际及年代际变化特征

采用1958—2007年NCEP/NCAR再分析资料和我国160站降水资料,对东亚大陆季风湿润区冬季的水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:冬季水汽收支时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。挑选的水汽收支高、低值年不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚冬季风的强弱和降水的异常变化。高值年,蒙古冷高压和阿留申低压偏弱,对流层低层为异常偏南风,整层为异常逆时针环流,30°N以南的辐合和上升运动强,大气水分收入增多,降水增加;低值年则相反。差值合成的异常降水量中心值可达40 mm以上,差值合成的水汽异常输入主要集中在600~900 hPa。合成的经向水汽收支占净收支变化的91.3%,纬向上相差较小。季风湿润区南、北区域的水汽收支及降水的差异明显,纬向的收入支出对此差异贡献较大。水汽收支的年代际特征,不仅能够指示水汽输送的强弱及从海洋输入水汽的多少,还能够指示季风湿润区降水的变化,且差值合成的异常降水量最大可达30 mm以上。     

季风湿润区夏季水汽收支的年代际变化特征

采用1983—2002年NCEP/NCAR再分析资料和我国660站降水资料,对我国东部季风湿润区夏季水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:20世纪80—90年代夏季水汽收支时间序列表现出明显的年代际变化增加趋势,与降水时间序列的相关系数为0.71;水汽收支高值、低值年代不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚夏季风的强弱和降水异常变化。合成的水汽输送年代际异常在东亚—西太平洋区表现为4个异常环流,异常水汽通量辐合区位于长江流域及以南地区。水汽收支高值年代,亚洲大陆高纬度地区低压偏弱,大陆表面温度及西太平洋海温偏高,我国东部沿海盛行异常偏南风,低层气流辐合、高层气流辐散强,垂直上升运动强烈;低值年代则相反。合成的经向水汽收支占总收支的71.3%,合成的异常降水量最大达100 mm以上。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

淮河流域2003年梅雨时期降水与水汽输送的关系

本文利用2003年6～7月逐日NCEP／NCAR再分析资料分别计算了淮河流域梅雨期的水汽输送和该区域的水汽收支,分析了大尺度水汽输送和梅雨期降水之间的关系。结果表明：2003年梅雨期间(6月20日～7月23日)淮河流域水汽输送的来源主要有2个,一是孟加拉湾的西南气流经中南半岛北部进入华南再向淮河流域输送,二是来自西太平洋副热带高压南侧的偏东气流在南海转向形成的偏南气流进入华南再向北输送,以上两条输送带以定常方式向淮河流域输送水汽。通过计算梅雨期的整层涡动水汽输送,发现经向水汽输送非常稳定,纬向水汽输送具有较大幅度变化。研究还表明：2003年梅雨期间淮河流域的水汽收支主要来自经向水汽输送,特别是南部边界的水汽流入,而纬向水汽输送多表现为水汽的流出。梅雨期间淮河流域经向水汽收支的突然增强和维持稳定往往对应一次强降水过程的开始。梅雨期间淮河流域净水汽收入主要来源于经向从地面到600hPa高度的深厚水汽输送,另外在纬向近地面层还有一支弱的净水汽流入,而中低层为明显的纬向净水汽流出。在经向水汽净输入相当情况下,纬向水汽净输出的减弱有利于增强强降水过程的强度。淮河流域2003年夏季经向水汽收支的爆发性增长和突然减弱和该区域的入、出梅日期对应,它的演变反映了东亚夏季风由南向北推进的进程。     

西南地区东部夏季旱涝的水汽输送特征

利用1959-2006年两南地区东部20个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了西南地区东部夏季旱涝年的水汽输送特征.结果表明,西南地区东部水汽来源主要有两个:第1条主要来自青藏高原转向孟加拉湾经缅甸和云南进入西南地区东部,第2条水汽经由孟加拉湾南部,强大的水汽输送带继续向东输送至中南半岛及南海,与南海越赤道气流所携带的水汽汇合后转向至西南地区东部,而由四太平洋副热带高压西侧转向的偏南水汽对向西南地区东部水汽输送也有影响.与西南地区东部夏季降水相联系的水汽通道中,印度洋水汽通道强度最强,太平洋水汽通道强度最弱.在印度季风区,偏北的高原南侧水汽通道(经向)强度远小于偏南的印度洋水汽通道.东亚季风区夏季水汽输送经向输送大于纬向输送,而印度季风区夏季水汽输送则是纬向输送大于经向输送.西南地区东部夏季降水与纬向通道的强度变化关系密切,而与经向通道的水汽输送强度变化关系不明显.当印度季风区南支水汽输送偏弱时,印度季风区北支(高原南侧)和东亚季风区向西的水汽输送偏强,使得以纬向输送为主的印度季风区经向水汽输送加大,而以经向输送为主的东亚季风区纬向水汽输送加大,从而使东亚地区的水汽输送带偏西,西南地区东部夏季降水偏多,可能出现洪涝,反之则可能出现干旱.西南地区东部夏季水汽有弱的净流出,是一个弱的水汽源区,南边界流入水汽量最多,干旱年整个区域水汽流出较常年明显,而洪涝年则有弱的净流入.夏季水汽通道水汽输送强弱变化与同期500 hPa高度场和SST场的分布形势密切相关.     

夏季云贵高原地区降水特征及云水资源的匹配

基于云贵高原地区1961—2010年高分辨率(0.5°×0.5°)逐日降水格点资料,分析了云贵高原及东、西两个区域的夏季降水变化特征。并结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979—2010年ERA-Interim再分析资料,计算了其夏季水汽输送通量和净水汽收支。结果表明:(1)云贵高原夏季平均降水分布不均匀,存在区域差异:云贵高原西部的中部为降水量低值区,其向南、向西逐渐增加;东部由其东南部向西北部递减的分布形式。(2)将云贵高原分成两个区域,东、西部区域的降水都呈增加的趋势,降水量较高的区域降水增长速度较快。(3)大气中的水汽从云贵高原南边界和西边边界进入,从北边界和东边界流出,全区以净水汽输出为主,输出值与降水的变化都呈增长趋势。其中东部水汽为净输入;西部为净输出,向各区域的水汽输送量逐渐增加与各区降水量呈增长趋势变化同样相一致。(4)影响西部夏季降水的水汽主要源于孟加拉湾北部、南海北部和横断山到四川盆地地区,而东部水汽主要来自南海北部和四川盆地西部。     

基于格点降水场的中国东部冬季降水变化特征

采用1958-2007年国家级2419地面台站0.5°×0.5°格点降水场和NCEP/NCAR月平均再分析资料,对中国东部冬季降水量变化及对应的大气环流变化特征进行研究。结果表明：冬季近50 a降水量时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。20世纪90年代降水较多,大气水汽充足, 60、70年代相反,这种特征反映出水汽在东亚地区输送的强弱及从海洋输入中国大陆水汽的多寡。降水量强弱年差值合成的异常降水量可达40 mm以上。降水量与水汽收支时间序列的相关系数为0.605。水汽收支与降水场的回归系数揭示了长江流域以南地区为异常大值区。降水量强年,冬季风偏弱,对流层低层和高层为异常气旋式环流,低层盛行异常偏南风,孟加拉湾、南海异常暖湿水汽输送到中国东部地区,中国东部近海海温偏高,配合加强的异常垂直上升运动,有利于水汽的增加,造成降水量增加。     

1971—2010年三江源地区水汽输送变化分析

在利用三江源地区及邻近区域探空资料对NCEP/NCAR I再分析资料进行适用性分析的基础上,采用1971—2010年再分析资料的逐日风场和比湿数据,分析三江源地区水汽输送的变化。结果表明:1971—2010年,经向流入三江源地区的水汽显著减少,使区域总水汽收支也呈显著减少趋势。水汽通量在1970年代和1980年代的变化相对较小,在1990年代和2000年代的变化幅度则较大。三江源地区总水汽收支在春季、夏季和秋季均呈明显减少趋势,冬季则无明显变化。三江源地区水汽输入明显减少,特别是6月和9月显著减少,对该地区降水形成不利。     

近50年上海地区日照时数的变化特征及影响因素

基于上海地区11个气象站1960—2009年的日照时数、云量、水汽压、降水资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等气候统计诊断方法,分析了上海地区日照时数年际、季节的变化特征以及空间分布特征,并对影响日照时数的气候因子进行了分析。结果表明,1960—2009年期间,上海地区日照时数呈显著减少的趋势,其中夏季、秋季和冬季的日照时数显著减少,春季日照时数变化不显著。1980年是上海日照时数减少突变的时间点,是日照时数由正距平占优势转为负距平占优势的转折点。空间上,整个上海日照时数在过去50年均呈减少趋势,并且由北向南减少趋势逐渐减弱。上海年日照时数与降水量和降水日数呈显著负相关,年日照时数的减少与年降水量的增加有关。上海各季日照时数与云量、水汽压和降水基本都呈显著的负相关,夏季日照时数减少主要是由降水量的增加造成的,冬季日照时数的减少与水汽压和降水量的增加有关。