春季东北冷涡背景下的人工增雨作业条件研究

<正>1引言黑龙江省是全国重要的商品粮生产基地,同时也是我国森林资源最丰富的省份。但近些年受全球气候变暖影响,黑龙江省平均气温不断升高,降水减少,干旱频率增大,尤其是黑龙江省西部地区水资源严重短缺,春、秋季节常有干旱情况发生。干旱会直接造成农作物的大量减产,同时也增加了森林火灾发生的危险性,严重制约社会经济的发展、粮食安全和生态环境建设。因此,在适当的条件下开展人工增雨作业,开发利用空中云水资源,提高大气降水效率,来缓解局部地区的干旱是必要的。     

东亚干旱半干旱区空中水资源研究进展

系统回顾了近年来中外对东亚干旱半干旱区空中水资源方面的主要研究进展,主要包括大气水汽、云的分布特征、空中水资源的降水转化率及其影响因子等。东亚干旱半干旱区西部及东部水汽含量较中部高,背风坡水汽含量较迎风坡高,季风区及山脉地区云水资源高于盆地、沙漠上空。20世纪80年代中期以后,东亚干旱半干旱区对流层底部的水汽显著增多,其中夏季增加最为明显。在全球气候变化背景下,中国西北部分地区云水路径总体呈现上升趋势,同时呈现"东正西负"的东西向变化差异以及"北正南负"的反相位特征。大气环流、地表温度、下垫面地表特征等因子通过影响东亚干旱半干旱区的水汽输送及蒸散,进而改变东亚干旱半干旱区空中水资源,空中水资源的改变通过影响辐射收支、不同高度云量及第2次相变产生的云水含量进而对局地温度和降水产生影响。以往研究中,大部分主要针对东亚干旱半干旱区大气中的水汽含量和云平均状态的分布与变化特征,而与降水相关联的空中水资源的变化特征目前仍不清楚,有待系统深入地研究。      

中国三江源地区降水研究的进展与展望

三江源地区位于中国青藏高原腹地，被誉为“中华水塔”。该地区降水和空中云水资源的分布及变化对中国淡水资源的影响至关重要，且影响着三江源地区及下游的生态系统。本文回顾和总结了近几十年来三江源地区降水和空中云水资源的空间分布及时间演变特征、降水的影响机制以及未来降水趋势预测方面的研究成果，并给出了进一步研究展望。     

果洛地区空中水资源开发潜力的可行性分析

根据果洛地区玛沁、玛多、甘德、达日、久治和班玛六县历年3—10月平均降水量的分布规律以及受地形抬升等因素的影响分析,表明果洛地区云水资源丰富,适宜大规模开发利用,并得出人工催化的最佳时段和开发空中云水资源的有利条件。     

基于ERA5资料的广西地区云水资源评估

利用欧洲中期数值预报中心(ECMWF)发布的第5代全球大气再分析资料(ERA5),结合中国气象局人工影响天气中心发布的CWR-MEM方案云水资源监测评估方法,对广西区域2009—2018年云水资源进行评估研究,结果表明:广西年均云水资源总量约5107.8×10~8 t,其中年均空中留存云水总量约1422.2×10~8 t,云水以区域内生成为主,年均约净输出197.1×10~8 t云水资源。广西云水资源存在明显的季节变化特征,呈单峰分布,夏季6月最高,冬季2月最低,空中留存云水无明显季节变化。广西云水水平分布总体呈东北部高,向西和向南逐渐降低的分布特征。广西秋、冬和春季云水主要分布在低层925～600hPa,是以液相水滴构成的暖性层状云云水为主,夏季云水则主要分布在中层600～400hPa,是以过冷液水滴和冰相粒子构成的混合态云水为主,低层云水显著减少。     

西北地区空中云水资源的时空分布特征

利用1983年7月至1998年12月国际卫星云气候计划ISCCP D2的月平均云资料,对西北地区空中云水资源的时空分布特征进行了系统的研究。结果表明:三个不同区域的月平均总云量、光学厚度和云水路径的区域平均值分别在52.5%~58.3%,2.6~6.6和44.9~77.6 g.m-2之间;西北地区空中云水资源多年平均分布有其沿地形分布的特点,总云量、中云量、总光学厚度和总云水路径的高值区均在天山、昆仑山、祁连山一带,而低值中心一般分布在塔里木盆地—内蒙古西部戈壁沙漠—黄土高原西北部一带。此外,祁连山、青海所在的高原气候区云水资源近年呈上升趋势,特别是总光学厚度和总云水路径15年来呈明显上升趋势,分别约上升了0.8和16.4 g.m-2。     

2018年广东空中水物质评估及开发分析

利用2018年1月1日至12月31日逐小时欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代全球大气再分析产品——ERA5和中国气象局多源降水分析系统(CMA multi-source precipitation analysis system,CMPAS)中逐小时降水产品(CMPAS-hourly),采用基于大气水物质收支平衡方程的水物质评估方法对广东2018年空中云水资源及空中水汽、水凝物时空分布进行评估。对广东省整体而言,2018年水汽降水效率为5.1%,水凝物降水效率为89.6%,水汽和水凝物都为净输出。从空间分布来看,水汽总量自西南向东北逐渐减少,水凝物总量高值区在粤西云雾山、天露山及粤东莲花山的南坡,云水资源总量从北部山区向沿海地区逐渐减小,水凝物降水效率从沿海地区向北部山区逐渐减小。从时间变化来看,水汽总量在夏季最大,水凝物总量在8月下半月和9月上半月最大,云水资源总量非汛期高于汛期;水汽和云水资源的变化月内尺度大于天气尺度,水凝物的变化天气尺度大于月内尺度。     

中国地区空中云水资源气候分布特征及变化趋势

利用1984~2004年国际卫星云气候学计划（ISCCP）的云水路径（CWP）资料,分析了中国地区空中云水资源的分布特征、变化趋势以及与大气环流和湿度场的关系。研究发现,中国地区CWP的分布与大气环流、地形特征和大气湿度分布及水汽传输密切相关,中国地区CWP存在明显的季节变化,6月全国平均CWP最高,10月最低,不同地区季节变化差异明显。从变化趋势看,中国地区CWP以增加为主,青藏高原东部、内蒙古东部地区以及西北东部地区CWP的增加趋势较强。全国范围内,冬季和秋季CWP增加较大,春季和夏季增加较小。这些变化主要与大气环流变化导致的抬升运动的增强以及大气湿度（水汽）增加有关。中国地区空中云水资源在全球变暖的背景下表现出增加的趋势,符合气温增加导致水循环增强的观点。     

论河南省人工增雨抗旱减灾的可行性

依据人工增雨理论，综合我省多年的试验、研究和建设的成果，阐述了我省实施人工增雨的自然条件和技术能力。从理论和实际多方面说明了我省开展人工增雨，开发空中云水资源的可行性。     

开发利用和保护气候资源改善生态环境的研究

气候资源是可再生资源，受人类活动的影响气候资源会发生一定变化。开发利用和保护气候资源对改善生态环境具有重要意义。因此，这里着重研究热量资源的合理利用，大力开发空中云水资源，保护森林草原湿地，防止气候环境恶化。     

1980-2008年黑龙江省气候变暖及其对大豆种植的影响

基于黑龙江省10个农业气象观测站1980-2008年地面观测田平行观测资料和逐日气象资料,运用气候倾向率、M-K检测和统计回归等方法,分析研究区表征气候变暖的主要气候要素的时空变化规律以及气候变暖对大豆的影响。结果表明：1980-2008年,研究区气候出现明显变暖趋势,年平均气温升高,热量增加,无霜期延长,且区域间存在差异,南部地区热量资源增加显著。大豆百粒重随9月平均气温的升高而增加,却随年平均气温的升高而下降,表明秋季增温对大豆产量有正效应,而年平均气温的升高对大豆产量存在负作用。气候变暖对大豆生产的影响是利弊兼存,在调整种植布局时应给予重点关注。     

太原市水资源问题及其对策研究

水资源关系着国计民生。太原市水短缺和水污染已成为城市经济可持续发展的“瓶颈”。从水资源的特性和太原市水资源现状出发,探讨了太原市水资源问题的成因,提高实施节水战略,加大治污和污水回用力度,是最大限度发押有限水资源社会、经济、环保效益的保证。指出开发空中水资源和实施跨区域调水,是解决太原市水资源总量问题的有效途径,是保护和改善太原市水环境使其步入良性循环的最佳方法。     

1961-2010年黑龙江省太阳能资源特征分析与评估

利用1961-2010年黑龙江省5个辐射站和32个地面基准站资料,分析黑龙江省太阳能资源的时空分布特征,并从太阳能资源丰富度及资源稳定性等方面进行资源评估。结果表明：黑龙江省年均太阳总辐射显著减少,1月和12月减少最明显,20世纪70年代太阳辐射最强,80年代最弱;总辐射和日照时数的空间分布呈西丰(多)东贫(少)的趋势。全省太阳能资源的稳定性较高,其中松嫩平原西部的太阳能资源最丰富、稳定性最高,适合集中建设大型太阳能电站。     

2009号台风“美莎克”对黑龙江的影响及非对称结构特征

使用常规观测资料及ERA5（0.25°×0.25°）再分析资料,对2009号台风“美莎克”进行分析。结果表明：此次过程,副热带高压异常强大,位置偏北,并与北侧阻高合并形成高压坝阻挡;“美莎克”沿副高外围北上与中纬度低涡及冷空气相互作用,变性后斜压性明显加大,低涡增强;“美莎克”携带大量水汽,同时中低空急流将海上水汽持续向黑龙江输送,并在黑龙江强烈辐合,形成强的水汽辐合区和水汽辐合带;高低空急流耦合构成强的垂直环流,对应非常强的垂直上升速度;副热带高压向西北伸展,高空引导气流和热成风方向转为西北—东南向,促使“美莎克”登陆后向西北移动,穿过黑龙江,是黑龙江出现大暴雨的主要原因。分析台风中心涡度、散度、垂直速度、位温、湿位涡等物理量的三维结构变化,可以很好地认识台风在北上登陆中的变性过程以及降水出现非对称结构的原因。     

近10 a来祁连山地区气候及水资源研究现状

回顾了近10 a来对祁连山气候及其相关研究的主要成果,发现以前研究主要集中在气候变化及水资源方面。气候变化研究主要是古气候及近代气候的年际变化;水资源研究,则在陆地水资源方面的成果最多。近几年空中水资源开发利用的研究逐渐受到重视,成果日益增多,这将为西北干旱半干旱区解决水资源紧缺的状况提供一条可能的途径。     

青藏高原5月大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系

利用1961—2017年黑龙江省夏季降水资料和NCEP再分析资料,采用奇异值分解、相关分析、回归分析等方法,研究了青藏高原大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系及可能的影响机制。结果表明:5月青藏高原热源与黑龙江省7月降水关系最密切,当5月高原东部热源偏强时,7月黑龙江省中部降水显著偏少。5月热源偏强年,在副热带西风急流的作用下,7月中纬度环流呈现类似“丝绸之路”型遥相关波列,同时东亚沿岸环流呈现类似“东亚—太平洋”型遥相关波列,在二者共同作用下黑龙江省受反气旋式环流影响,7月降水偏少。     

2007年12月29日黑龙江省暴雪诊断分析

本文使用常规观测资料、卫星云图及NCEP再分析资料对2007年12月28～30日发生在黑龙江省东部的大一暴雪天气进行了诊断分析。此次降雪天气发生在低涡暖湿切变北抬的过程中,降雪过程伴有高低空急流,高空急流的东向伸展促进了低涡的发展,低空急流形成为降雪输送了暖湿空气。水汽图像的特征可以表征大尺度环流特点及高空急流的发展演变,高空急流与边界及暗区相对应。物理量场上,大一暴雪落区发生在暖湿舌与冷空气侵入的西边界上。     

1961—2019年黑龙江省冬季气温季节内变化及环流异常特征

利用1961—2019年黑龙江省冬季气温、NCEP再分析资料和环流指数资料,采用多变量经验正交函数分解、合成分析、相关分析等方法,分析黑龙江省冬季气温季节内变化及其环流异常特征,并进一步对比了主要环流因子在冬季气温季节内演变不同模态中的相对贡献。结果表明: 季节内变化是黑龙江省冬季气温变化的基本特征。黑龙江省冬季气温存在季节内一致变化、12月和翌年1—2月反位相变化、12月至翌年1月和2月反位相变化三个主要模态。当冬季气温处于第一模态分布一致偏暖（冷）时,环流呈现北极涛动（AO）正（负）位相的分布特征,东亚冬季风（EAWM）偏弱（强）。当冬季气温发生季节内冷暖转换时,季内极涡、高空急流、西伯利亚高压（SH）和EAWM强度、中高纬环流经向度等均有明显调整。第二模态1月和第三模态2月环流场分别呈现类似极地欧亚型（PEA）和东大西洋型（EA）遥相关的分布特征。AO、SH、EAWM、PEA和EA是冬季气温季节内演变的重要影响因子。     

近43年来黑龙江气候变化对农作物产量影响的模拟研究

从近43年来黑龙江省各地气候变化趋势的角度出发, 利用黑龙江省1961—2003年逐日气象资料, 采用世界粮食研究模型 (WOFOST) 和气候变化趋势的数学分析方法, 计算并分析了近43年来黑龙江省各地各主要作物模拟产量变化趋势的空间特征和各地气候要素变化趋势的空间特征, 讨论了气候变化趋势对主要粮食作物模拟产量变化趋势的影响。结果表明:气候变化趋势的空间差异对各主要作物模拟产量变化趋势的空间分布具有重要影响, 但不同作物影响不同。近43年来黑龙江省玉米模拟产量变化趋势增加, 平均增加幅度为4.81%/10a, 气温变化趋势的增高是其模拟产量变化趋势增加的主要气候因素。黑龙江省大豆模拟产量变化趋势总体上呈降低趋势, 平均降低幅度为1.52%/10a;气候变化趋势对北部和南部区域的大豆模拟产量变化趋势作用不同, 气温变化趋势的增高是北部大豆优势种植区域模拟产量变化趋势增加的主要气候因素, 气温和降水量的相应变化趋势是南部大豆种植区域模拟产量变化趋势降低的主要气候因素。     

1881—2010年哈尔滨市气候变化及其影响

利用哈尔滨站1881—2010年的月平均气温、1909—2010年的月总降水量和1961—2010年哈尔滨所辖区、县（市）月平均气温、月总降水量资料,采用线性趋势分析方法,计算了哈尔滨市气温、降水变化速率,分析了哈尔滨市气候变化特征;阐述了气候变化对哈尔滨市的影响。结果表明：近50 a,除巴彦7月气温略呈下降趋势外,哈尔滨市各区、县（市）各月、季、年平均气温均呈升高趋势。哈尔滨各区、县（市）各月、季、年总降水量变化趋势不一致。近130 a,哈尔滨市年、季平均气温均呈明显的上升趋势,20世纪80年代开始明显增温,21世纪开始增温尤为显著。近百年来,哈尔滨市年、季总降水量均呈减少趋势。气候变化对哈尔滨市农业、能源等方面的影响有利有弊,但对于水资源、人体健康和交通等有较大的负面影响。