1981~2017年雅砻江流域面雨量变化特征分析

利用1981～2017年雅砻江流域18个气象站的逐日降水资料,采用算术平均、滑动平均、线性回归等方法,分析了流域面雨量、雨季的时空分布特征。结果表明:雅砻江流域面雨量随月份起伏明显,年内变化呈单峰型。流域春季面雨量呈增加趋势,夏季面雨量中上游呈稳定趋势,下游呈减少趋势,秋季中游和下游呈减少趋势,冬季变化不明显。流域年平均面雨量由北向南逐渐增多,上游和中游呈上升趋势,下游呈下降趋势。雅砻江流域雨季开始期呈提前趋势,雨季结束期上游和下游有推迟趋势,中游变化趋势不明显。流域强降水主要出现在6～9月,面雨量最大值出现在7月,最小值在1月。流域上游的强降水与中游、下游的基本没有关联度;下游强降水和中游关联度为23.3%。      

汉江上游汛期面雨量气候特征

利用汉江上游流域21个测站1971~2011年汛期(5~10月)逐日降水资料及安康和石泉2000~2011年逐日库流量资料,采用距平分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall检验、相关分析及重标极差R/S分形等方法,系统地分析了汉江上游流域汛期面雨量的气候变化特征和未来趋势。结果表明:汉江上游流域汛期降水主要集中在7~9月,月、日面雨量极大值均发生在7月;20世纪80年代为汉江上游流域丰水期,90年代为明显少雨期,进入21世纪以来降水逐渐增长,突变点为2005年,面雨量总体呈不显著增长趋势;强降水主要集中在7月和9月,且日面雨量在50.0 mm及以上的强降水,仅7月就占了一半以上;7月和9月发生3 d以上集中强降水过程的频次显著偏高,20世纪80年代为集中强降水过程的频发期,90年代频次明显下降,21世纪以来频次明显增多,这与汉江流域汛期面雨量的年代际变化趋势相一致。另外,Hurst分形指数为0.690,表明未来汉江上游流域汛期面雨量具有持久性和长效记忆效应,未来雨量虽仍存在着增加趋势,但其变化具有较大的不确定性。     

近66a紧水滩流域面雨量的气候特征分析及服务对策思考

根据浙江省紧水滩水库流域1952—2017年逐月及1986—2017年逐日降水量资料,利用一元线性回归、功率谱分析等统计诊断方法,分析流域面雨量的气候变化特征。结果表明:1)紧水滩流域年降水呈2～4 a的周期振荡,20世纪50年代、90年代和21世纪10年代降水量偏多,20世纪70年代到80年代和21世纪初降水量偏少。2)流域春、夏季为多雨季,秋、冬季为少雨季,其中春季雨量呈明显减少趋势,其余季节变化趋势不明显。3)近32 a流域年均降雨日数195 d,年均面雨量1806 mm。不同量级降水在各月差异大,6月集中强降水过程占全年的一半以上。4)在年降水量总体减少的背景下,流域强降水呈逐年增多趋势,以短时强降水过程为主。     

利用T213物理量“垂叠法”模型制作沙澧河上游关键区面雨量预报

利用沙澧河流域上游关键区2003-2006年6-8月降水资料和同时段T213产品中预报产品,分析了关键区强降水发生前24h T213产品中比湿、相对湿度、水汽通量、水汽通量散度、假相当位温、垂直速度等物理量垂直空间结构特征,并根据不同特征,构建T213物理量"垂叠法"暴雨和大雨预报模型,对沙澧河流域上游关键区分别作大雨以上(面雨量≥20mm)和暴雨以上(面雨量≥40mm)强降水预报。通过检验和试用,该预报模型对2007-2009年6-8月沙澧河流域上游关键区面雨量≥20mm强降水预报准确率平均达54.2%,对面雨量≥40mm强降水预报准确率平均为38.9%。     

沙澧河上游关键区汛期强降水面雨量对洪峰的影响

根据河南省气候中心提供的1980-2000年6月1日至8月31日沙澧河流域上游关键区所选取测站逐日20时-20时降水实测资料,建立了面雨量库,并利用统计方法分析了沙澧河上游关键区面雨量气候特征以及面雨量与洪水的关系,结果表明:沙澧河上游关键区面雨量年际变化非常大,且年面雨量趋势是增加的。沙澧河流域上游关键区汛期逐月月平均面雨量以7月最多,其次是8月,6月最少,并且6月和7月月平均面雨量有增加的趋势,而8月则有减少的趋势。强降水面雨量预报对于预测洪峰有很好的指示意义。     

近30多年汉江流域面雨量时空变化特征分析

利用汉江流域1967-2000年逐日面雨量资料,分析了汉江流域及其上游、中下游和唐白河流域三个区间面雨量的平均值、极值、降水频次、连续强降水等特征值。结果表明,汉江流域面雨量季节性明显,存在夏汛与秋汛之分;该流域面雨量,20世纪80年代主要为高值期,90年代为低值期,2000年后又进入一个相对高值期,呈11年左右年代际变化;该流域面雨量年变化曲线为较对称的单峰型,峰顶在7月;该流域(连续)强降水主要出现在4-10月,夏季最多,秋季仍可出现相当明显的降水。     

长江上游六大流域强降水的环流特征分析

选取1998-2001年长江上游六大流域面雨量≥20．0mm的116次降水天气过程，客观分析了强降水的500百帕环流形势场和700百帕天气系统，并归纳出六大流域不同季节强降水的天气模型及天气系统。结果表明：当500百帕天气模型和700百帕天气系统同时出现时，该流域未来24h有面雨量≥20．0mm强降水发生。     

1959-2014年古浪河流域降水变化特征及突变分析

利用1959-2014年间古浪河流域的实测地面降水资料,采用多种技术方法相结合,开展了古浪河流域56年降水变化研究工作。结果表明,该流域年降水量总体呈上升趋势,其中上、下游年降水量的变化速率分别为0. 13 mm·(10a)~(-1)和0. 03 mm·(10a)~(-1),年降水量的增加主要源自于月最小降水量增加的贡献;上游及下游地区春季和夏季降水相似,均表现为缓慢增加趋势,而上游地区秋季和冬季降水增加幅度明显高于下游的古浪盆地。年降水量存在5年、11年和27年左右的震荡期,以11年尺度为主周期,流域内降水周期变化季节差异显著。上游和下游降水季节周期变化趋势相似,但与上游相比,下游不同季节主周期能量较大,且呈现出显著的周期变化。对降水的突变分析表明,上游地区在1975年附近发生突变,而下游突变点发生在2005年左右,进一步证实了高海拔地区比低海拔地区对降水的反应更加敏感。     

贵州汛期河流面雨量的气候特征分析

引入流域面雨量距平百分率,对贵州省内5大流域(漭阳河、都柳江、盘江、乌江、清水江)的面雨量进行了旱涝分级,得出历年各流域的灾情等级;通过分析1961～2000年各流域面雨量的年代际变化特征及历史上出现强降水面雨量的年份和区域,可知汛期内我省5大流域的最强降水集中期主要都出现在6月16日～7月15日这一段,盘江流域是我省主要的强降水集中区。     

西江流域面雨量与区域大气环流型关系

利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法,对西江流域1971—2015年逐日平均850 hPa和500 hPa高度场进行环流客观分型,分析流域降水天气环流型出现概率及主导环流型变化特征,探讨主导环流型对西江流域总面雨量和子流域面雨量的贡献率及环流型配置与降水的关系。结果表明:当850 hPa为西南风型、500 hPa为西风型时,流域出现降水天气的概率最大;850 hPa气旋型和500 hPa西风型对年总面雨量和各子流域面雨量的贡献率均为最大,且对东部子流域面雨量的贡献率大于西部子流域,850 hPa南风型与500 hPa反气旋型的环流配置是西部子流域秋季降水偏多的主导环流型配置;春季850 hPa气旋型与500 hPa西风型、夏季850 hPa气旋型与500 hPa西风型、秋季850 hPa南风型与500 hPa反气旋型、冬季850 hPa西南风型与500 hPa西风型的环流配置时,出现强降水天气的概率分别为18.7%,21.1%,4.0%和2.0%,即夏季最大,其次为春季,冬季最小。近45年,850 hPa气旋型、500 hPa西风型对流域年总面雨量的贡献率呈增加趋势,是西江流域面雨量呈偏多趋势的主导环流型。     

移出与未移出青藏高原的高原低涡涡源区域的地面加热特征分析

利用1998—2016年NCEP/DOE逐日的日平均地面感热通量和地面潜热通量、MICAPS历史天气图资料、青藏高原低涡切变线年鉴,对高原低涡涡源区与高原地面加热特征进行统计分析,对比研究了移出青藏高原的高原涡(移出涡)、未移出青藏高原的高原涡(未移出涡)的涡源与高原地面加热的季节变化特征,及移出涡、未移出涡涡源区的地面加热特征及高原地面加热与低涡生成的相关性。结果表明,高原涡、未移出涡、移出涡的涡源分布季节变化特征相似,由冬到春到夏,初生区域逐渐扩大,由夏到秋到冬正好相反,不同的是移出涡涡源区明显比高原涡、未移出涡小,初生中心位置的季节变化也不同;高原地面感热、地面潜热、地面热源分布的季节变化特征相似,由冬到春到夏经历了明显增强的过程,由夏到秋到冬经历了减弱的过程,不同的是热源的快速增强、减弱程度及其发生季节差异大,地面潜热由春到夏增强特别明显,这与移出涡生成个数的明显增加相一致;未移出涡、移出涡春、夏、秋季主要涡源区所处的地面热源值域不同,移出涡夏季的值比未移出涡高,移出涡生成对高原区域地面热源依赖要比未移出涡强一些;夏季移出涡、未移出涡的涡源区都处在与高原地面热源正相关区内,它们与地面潜热的显著正相关区比高原地面感热的大,尤其是移出涡,高原地面潜热在高原涡生成中有重要作用,对移出涡生成影响更大。     

中国西南夏季降水预测的统计降尺度建模分析

利用BP-CCA方法并结合当前国际先进气候预测模式结果,探讨了如何建立对西南夏季降水具有较高预测技巧的统计降尺度模型及其可预报性来源。结果表明,将热带区域海表温度作为预测因子的降尺度模型的预测能力优于亚洲区域和热带区域500 h Pa位势高度作为预测因子的模型。对模型可预报性来源的分析表明,热带区域海表温度作为预测因子的降尺度模型的预测能力年与年之间的差异主要受热带海表温度EOF第二模态的影响。该模态表现为在热带东南印度洋及西太平洋区域有正载荷值,而在热带中东太平洋区域有负载荷中心,其与影响西南夏季降水的菲律宾和海洋大陆西部对流有较好的相关,并且ECMWF和NCEP业务气候预测模式对其有较好的预测能力。     

汛期西南涡暴雨的数值模拟研究

利用西南区域数值预报模式系统SWCWARMS,结合全国汛期高空加密观测资料,对2013年6月29—30日的一次西南涡暴雨过程进行数值模拟和敏感性试验。结果表明,与控制试验相比,同化试验模拟的降雨与实况更为接近,并成功模拟出四川东部的强降雨中心,对于西南涡的模拟,同化试验西南涡出现时间更早,强度更强。并且,通过两组试验初值差异对比发现,同化试验初值在四川盆地对流层中低层表现出更强的低压,更强的涡度以及更强的旋转风扰动,四川盆地西部边坡也存在更强的上升气流,这都有利于西南涡的发生、发展。另外,同化汛期高空加密观测资料对强降雨中心单站的预报改进也较明显。因此,加强汛期加密气象观测,有利于揭示西南涡的发生、发展及其降雨天气影响,也有助于提升数值预报业务技术水平。     

青藏高原大气蕴含潜热时空分布特征研究

利用ECMWF(欧洲中期天气预报中心)月平均比湿资料,通过直接对比湿q进行多年平均计算、气候倾向率分析、EOF分解等,研究了1979-2015年青藏高原(下称高原)地区大气蕴含潜热的时空分布特征及年际、年代际变化特征。结果表明,高原大气蕴含潜热从低层向高层逐渐减少,且夏季蕴含潜热最多,其次为春、秋,且两季分布特征大致相似,冬季蕴含潜热最少,各季大值均集中在高原东南部及南部;蕴含潜热整体呈增长的趋势,夏季增长最快,冬季最慢;高原西部和云贵高原地区大气蕴含潜热均有不同程度的减小,夏季减小最快,冬季减小最慢;EOF分析中,各积分层以及整层[地表到500 hPa积分(第一积分层);500~400 hPa积分(第二积分层);400~300 hPa积分(第三积分层);地表到300 hPa积分(整层)]在第一模态下均大致呈正分布;在第二模态下均呈“正-负”的偶极子分布(其中第一积分层和整层为西南—东北“正-负”分布,其余两层为东—西“正-负”分布),说明蕴含潜热在这两种分布状态中的变化趋势均存在反相关系);在第三模态下均在西北—东南方向为“正-负-正”的分布。各积分层以及整层除第二模态年际变化相对明显外,其他两个模态年际变化均不明显。     

2017年7月陕西高温热浪天气成因及前期信号初探

利用陕西98个气象观测站最高气温逐日资料和NCEP/NCAR再分析逐日、逐月资料、NOAA逐月海表温度资料以及国家气候中心逐月环流指数资料,分析了2017年7月陕西极端高温热浪天气的成因,探寻其前期信号。结果表明:此次高温演变过程分为两个阶段,第一阶段为9—14日,陕西大部处于新疆至河套一带高度场正异常控制中,异常下沉运动和低层暖平流位置偏北造成陕西中北部出现高温;第二阶段为19—27日,西太平洋副热带高压明显北抬西伸、高空急流与南亚高压东进,造成异常下沉运动增强、南移,加之低层暖平流范围增大、强度增强,使得高温向陕西南部扩展,高温中心南移且强度增大。前期5—6月赤道西太平洋关键区(10°S—15°N、160°E—140°W)海温异常与7月陕西中南部高温呈显著正相关,它是7月陕西中南部高温一个可靠的前期信号。当前期5—6月关键区海温偏高时,其可通过激发遥相关波列与西太副高、南亚高压及东亚上空纬向风发生联系,进而影响陕西中南部气温变化,这可能是造成该地区7月极端高温事件的主要原因。     

2004—2017年夏半年西南涡在四川盆地形成降水的特征分析

利用0.5°×0.5°分辨率的CFS再分析资料,对2004-2017年5-10月西南涡进行了普查,按TMPA V7资料显示的降水分布特征对西南涡进行分类。统计了不同类型西南涡出现的频数,并对西南涡降水特征进行分析,包括降水范围与强度等,最后分析了4类西南涡代表个例的环流和降水形成机制差异。结果表明,夏半年西南涡降水依次频繁出现在西南涡东北部、东部、东南部、中部;分析4类频数较多的西南涡降水特征,发现中部降水型暴雨范围最广,降水强度最强,其次为东南降水型、东部降水型与东北降水型。对代表个例的环流特征分析发现,中部降水型西南涡与东北型冷暖气流均在盆地北部相遇,不同的是,中部降水型冷空气范围更大,并与西南气流形成环型流场;东南降水型与东部型相似,二者均无冷空气入侵,差异表现在东部降水型西南气流偏东,并翻越大巴山,而东南降水型气流遇大巴山后向西绕流。对各类西南涡降水形成机制的分析,发现西南涡降水与其临近地区显著的垂直环流圈有密切关系,降水区通常与环流圈位置对应。     

基于FLEXPART模式对黄河源区盛夏降水异常的水汽源地及输送特征研究

依据近10年黄河源区流域气象台站的降水观测资料,提取夏季降水最强月对应的异常特征,利用拉格朗日粒子扩散模式(Flexible Particle Dispersion Model,FLEXPART),针对目标时段开展大气粒子群(气块)的后向模拟,着重分析了流域内降水正负异常状态下的水汽输送特征及其差异,并评估各水汽源地对流域内三类降水的贡献。结果表明,以“S”型跨赤道输送(“由阿拉伯海至孟加拉湾和印度半岛再由青藏高原西南侧进入黄河源区”)和“几”型输送(“由南中国海经长江中下游平原后途径四川盆地再进入黄河源区”)为代表的南支路径是2012年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径;而以东、西风急流作用下的两条远距离输送(“由南中国海至孟加拉湾和印度半岛东北部附近后再经由青藏高原西侧或北侧进入黄河源区”以及“由欧洲平原东部和中亚地区进入青藏高原西侧或北侧后到达黄河源区”)为代表的北支路径是2015年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径。在对气块后向模拟追踪的同时,对其运动过程中的比湿变化进行了对应经纬度网格的空间平均,变化特征显示出喜马拉雅山南麓、四川盆地周边、孟加拉湾和青藏高原北侧是黄河源区流域降水对应的潜在水汽源地。由定量评估贡献率的结果可知:青藏高原北侧的广大干旱及半干旱草原地区是2015年7月黄河源区降水的最主要水汽来源,其贡献率高达52.9%;而在2012年,三个主要源地的贡献率差异远不及2015年显著;无论对应何种类型的降水,青藏高原西南部和北侧提供了黄河源区主要可供降水的外来水汽。     

利用Ka波段毫米波雷达功率谱反演云降水大气垂直速度和雨滴谱分布研究

利用中国气象科学研究院2016年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱密度中反演大气垂直速度以得到静止空气条件下的功率谱密度,进而利用粒子下落末速度-粒子直径关系反演出雨滴谱,最后进行标准化的Gamma分布拟合。研究表明:(1)云降水从零度层到地面1 km,主要由下沉气流主导,近地面大气浮游粒子和直流干扰造成的晴空杂波会影响雷达的功率谱分布;受动态范围限制,回波强度过饱和现象会影响近地面大气垂直速度的反演结果;(2)毫米波雷达CR、微雨雷达MRR和地面雨滴谱仪测量回波强度存在一定差异,MRR相较于CR与地面雨滴谱仪测量偏差较小;在稳定降水时CR和MRR功率谱密度对比较为一致;(3) CR和MRR反演雨滴谱对比实验中,雨滴谱反演对大气垂直速度十分敏感,大气垂直速度的变化,会使CR反演雨滴谱随着高度增加数浓度量级变大、粒子平均半径变小。CR反演的雨滴谱与M RR反演结果基本一致,验证了CR功率谱反演雨滴谱方法的可靠性;(4) CR与地面雨滴谱仪雨滴谱拟合参数的对比表明,CR大气垂直反演的雨滴谱与地面雨滴谱相比粒子平均直径Dm较小,数浓度则较为一致。     

龙滩库区2017年4月20-21日降水过程人工增雨条件分析

利用Micaps常规资料、欧洲再分析资料及地面自动气象观测站数据,分析2017年4月20～21日河池市天峨县龙滩库区降水过程的人工增雨作业实施条件。结果表明:春季,当有南支槽、切变线及地面冷空气等系统配合时,能够为降雨提供充足的水汽及较好的动力抬升条件;作业点上空大气层结不稳定,中低层水汽含量丰富,利于对流云团发展和维持;云系垂直累积液态水含量在0.1mm以上,云顶温度在-45℃～-25℃之间,具备冷云增雨条件,实施增雨作业是合理的。     

藏北高原那曲地区不同下垫面地表粗糙度的变化特征研究

利用2008年、2010年和2012年藏北高原那曲地区MODIS卫星数据和站点大气湍流观测数据,分别应用Massman反演模型和一种确定地表粗糙度的独立方法,计算并分析地表粗糙度的时空变化特征并对反演模型进行验证,分析Z0m存在着明显的季节性变化特征。2—8月伴随冰雪消融与植被生长,Z0m逐渐增大,站点Z0m最大可达4～5 cm。9月至次年2月由于高原季风的衰退期等原因,Z0m逐渐减小,站点Z0m减小至1～2 cm。异常年份的降雪是Z0m明显低于常年的主要原因。依据Z0m的由小到大可以将下垫面分为冰雪类、稀疏草地类、茂盛草地类、城镇类4类,其中茂盛草地类和稀疏草地类分别占区域62. 49%和33. 74%,为主要类别,其Z0m年变化分别在2～6 cm和1～4 cm之间。两种计算方法得出的结论相关性较好,由于平均滑动作用,反演资料较实测计算结果偏小。整体而言,利用卫星数据反演算法计算的Z0m是可行的,并可应用于改进陆面模式参数,提高模式模拟的准确性,能更好的揭示区域的热通量交换。