凉山州夏季旱涝急转及典型年份大气环流特征研究

摘要：利用1961-2020年凉山州17个站点6-9月的逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均格点数据,定义了凉山州夏季长周期旱涝急转指数（LDFAI）,并对旱涝急转典型年份的大气环流特征进行分析。结果表明：1961-1970年为明显的LDFAI高值年,旱转涝年多于涝转旱年,且旱转涝强度较强;2001-2010年为明显低值年,旱转涝年少于涝转旱年,前期旱涝急转程度较强,后期旱涝急转程度很弱。涝期,高空西风带强度偏弱,中高纬槽脊更为显著,经向运动较强,有利于冷空气南下,中低纬为多波动纬向环流,凉山州上游短波系统活跃,高原多短波低槽东移影响凉山州,副热带高压位置适中,西脊点位于25°N、120°E附近,有利于孟加拉湾及南海的水汽向凉山州输送,水汽通道条件优于旱期,同时低层辐合、高层辐散的配置更明显,更利于上升运动,旱期则相反。凉山州旱转涝年的前期比涝转旱年的前期下沉运动更强,水汽辐合弱,不易产生降水,而旱转涝年的后期比涝转旱年的后期上升运动更强,水汽辐合强,有利于降水的产生。     

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。     

贵州省旱涝急转时空特征与大气环流异常的联系

本研究利用1961～2019年贵州省5～8月逐月降水资料和同期NCEP/NCAR的再分析资料,结合长周期旱涝急转指数,分析贵州省夏季旱涝急转事件的时空变化特征及其与大气环流异常的联系。结果表明:贵州省夏季旱涝急转存在连续性和阶段性变化的特征,年代际差异较大,但总体涝转旱次数少于旱转涝次数。贵州省旱涝急转事件更容易出现在南部及东部。分析环流特征发现:旱转涝年,旱期中高纬地区纬向型环流,西太平洋副热带高压(下称:副高)面积偏小,脊点偏东,贵州省位于其北侧,低层为下沉运动;涝期为经向型环流,副高脊线位置偏南,面积偏小,贵州省位于副高西侧边缘,低层为上升运动。涝转旱年,涝期环流经向度大,冷空气活跃,副高位置偏南偏东,冷暖空气交汇于长江流域,利于贵州省降水偏多;旱期副高偏北偏东,贵州省受高压脊控制,干旱少雨。      

海河流域盛汛期旱涝急转事件及其与大气环流异常的关系

利用1958—2012年海河流域30个气象站月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料及1974—2012年月平均向外长波辐射资料,分析了海河流域盛汛期旱涝急转事件及其与大气环流异常的关系。结果表明,南亚高压和西太平洋副高在盛汛期的月际振荡是海河流域旱涝急转形成的一个重要原因。涝转旱年及旱转涝年涝期对应于"西低东高"的流型(海河流域上游为低槽区,下游为高压区),冷暖空气活跃且易于较长时间在流域交绥,低层水汽输送较强且有正涡度异常,高层辐散和上升运动偏强,流域多雨偏涝;旱期则对应于"西高东低"的流型,西风带环流较为平直,低层有负涡度异常且水汽输送偏弱,高层辐散和上升运动偏弱,海河流域因而少雨偏旱。海河流域旱急转涝(涝急转旱)事件易发生在南亚夏季风偏弱(强)的背景下。海河流域盛汛期旱涝急转与初汛期流域上空气压场强度以及北太平洋涛动(NPO)、南半球环状模(SAM)存在显著的正相关,上述因子可能是旱涝急转事件的前期信号。     

内蒙古地区夏季旱涝急转环流异常特征及其预测

利用内蒙古地区116个气象观测站逐月降水量、NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA海表温度资料以及国家气象业务内网提供的130项气候监测指数,计算内蒙古夏季旱涝急转指数并分区,分析各分区"旱转涝"和"涝转旱"年的海气异常特征,探讨各气候区夏季旱涝急转指数与前期环流和海温指数的关系,并构建预测模型。结果表明:(1)近39 a来,内蒙古各气候区从春末夏初到盛夏由旱转涝的特征趋于减弱,而由涝转旱的特征趋于增强。(2)内蒙古西部地区夏季旱转涝年和涝转旱年,东亚大槽和西太平洋副热带高压的位置、强度以及水汽条件和垂直运动均存在显著差异;内蒙古东北部地区夏季旱转涝年和涝转旱年,东北冷涡强度、水汽条件和垂直运动存在显著差异。(3)内蒙古地区夏季旱涝急转指数与前期印度洋和热带西太平洋暖池区、黑潮区及北太平洋东北部海温存在显著负相关关系。(4)基于前期环流及海温指数构建的内蒙古夏季旱涝急转指数预测模型具有一定的预测能力,可为内蒙古地区夏季旱涝急转预测提供一定参考。     

湖南夏季旱涝转折异常特征分析

利用1961—2015年夏季(5—8月)湖南89个台站的逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,计算了湖南近55 a的旱涝急转指数(LDFAI),挑选出湖南夏季旱涝急转(旱转涝和涝转旱两种类型)异常年,分析了异常年的同期大尺度环流和前期海温的基本特征,结果表明:(1)旱转涝年,旱期对流层中层鄂霍次克海有阻塞高压,副高偏西偏南,湖南受中纬度偏西气流控制,南亚高压较常年整体偏北偏强,湖南上空伴随着下沉运动加强,水汽辐散,致使湖南少雨干旱;涝期副高较同期偏南,湖南受中纬度低槽和副高共同影响,南亚高压北移,东伸脊点位于川渝交界附近,且高压中心呈青藏高压模态,湖南上空伴随着强烈的上升运动和水汽汇合,导致湖南降水增多。(2)涝转旱年,涝期副高较常年偏东,冷暖空气交汇在湖南地区,南亚高压整体较常年偏南偏弱,湖南上空伴随着上升运动和水汽汇合,湖南偏涝;旱期副高较常年偏西,湖南受副高控制,此时南亚高压主体偏强偏东,东伸脊点位于湖北一带,高压中心呈伊朗高压模态,加上湖南上空下沉运动和水汽输送辐散异常偏强,干旱少雨。(3)LDFAI指数与前期(前一年夏、秋、冬季和当年春季)太平洋相关海区海温存在显著相关性,这为湖南夏季旱涝急转类型的预测提供了参考信号。     

华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960～2015年中国753站汛期(4～9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。     

华北夏季大气水汽输送特征及其与夏季旱涝的关系

本文利用ECMWF再分析资料ERA40和中国160站的降水资料,分析了我国华北地区1958年-2002年夏季的大气水汽含量和水汽输送的基本气候特征,研究了华北夏季旱涝年的大气水汽含量和水汽输送异常情况,最后利用线性回归的方法探讨了该地区大气水汽含量和水汽输送的变化趋势.结果表明:华北地区夏季降水的大气水汽来源主要有3支:来自孟加拉湾的水汽、来自我国南海和西太平洋的水汽以及中高纬西风带的水汽输送.华北地区对流层低层以经向水汽输送通量为主,到了中高层则以纬向输送通量为主;与华北地区夏季旱涝密切相关的异常水汽输送主要是南海和西太平洋以及西风带水汽输送异常,华北地区南边界水汽输入异常和东边界水汽输出异常是造成华北夏季旱涝年水汽收支异常的主要原因;近半个世纪以来,伴随着华北干旱化的加剧,华北地区南边界输入的大气水汽呈现显著的减少趋势.     

西北地区东部春夏季旱涝转换环流特征及其与大西洋海温的关系

随着全球变暖，旱涝异常的强度和频率不断增加，为增进对旱涝异常转换事件的认识，提高西北地区东部降水预测水平，利用1979—2020年我国西北地区东部逐月降水、海表温度（Sea Surface Temperature, SST）数据以及NCEP/NCAR环流再分析资料，通过建立旱涝转换指数，对西北地区东部春、夏季旱涝转换环流特征进行分析，并围绕大西洋SST异常对其可能产生的影响进行探讨。结果表明：西北地区东部旱转涝年，春季极涡偏弱，乌拉尔山阻塞高压偏强，东亚大槽偏深，西北地区东部受西北干冷气流控制，降水易偏少；夏季上游低值系统活跃，南亚高压偏强，西太平洋副热带高压偏强、偏西，西北地区东部受副热带高压和上游低槽系统共同影响，且有暖湿气流，降水易偏多，涝转旱年情况相反。上年冬季至当年夏季，大西洋类“三极子”型的SST异常是造成季节间降水明显差异的关键因子，旱转涝年春季大西洋类“三极子”负位相的SST状态激发出一支纬向型遥相关波列，经欧洲中西部、巴尔喀什湖地区东传至我国东北至日本海一带，此时中高纬环流形势有利于西北地区东部降水偏少；夏季SST异常激发的波列强度减弱、位置西移，中高纬关键环流系统的...     

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.     

1981～2017年贵州省盛夏旱涝急转时空演变特征

为客观判定贵州省盛夏的旱涝急转事件,本文利用1981～2017年7～8月贵州省78站逐月降水资料,计算并分析了贵州省盛夏旱涝急转指数(I_DFA)的时空演变特征。结果表明:1981～2017年贵州省盛夏旱涝急转指数的变化趋势并不明显,但年代际变化特征明显。单独用I_DFA来判定旱涝急转典型年并不完全准确,典型旱涝急转年的定义标准为:I_DFA绝对值大于1,其7、8月降水距平百分率绝对值在15%以上,且7、8月百分率之差的绝对值在50%以上。贵州省涝转旱频次的大值区位于遵义市南部、黔东南州北部,表明该区域易发生涝转旱事件;旱转涝频次的大值区位于遵义市北部、安顺市东部至黔东南州北部一带,表明该区域易发生旱转涝事件。      

云南高原昆明市旱涝急转特征及其城市化响应研究

基于昆明市1965-2016年逐日降水资料,计算昆明市汛期(5-10月)的长周期旱涝急转指数、短周期旱涝急转指数和旱涝急转强度,采用小波分析、M-K突变检验、灰色关联度等方法,分析了昆明市的旱涝急转特征及其与城市化的相关性。结果表明:在1965-2016年,昆明市长周期旱涝急转指数LDFAI(Long-term drought-flood abrupt alternations index)呈-0.066·(10a)-1的下降趋势,反映出昆明市的旱转涝事件减少、涝转旱事件增多的状况,并且昆明市汛期长周期旱涝急转指数LDFAI序列出现2个突变点,但突变并不明显;昆明市长周期旱涝急转指数存在18年的主周期变化;从短周期旱涝急转指数SDFAI(Short-term drought-flood abrupt alternations index)来看,昆明市5-7月和8-9月旱转涝事件增多、涝转旱事件减少,而7-8月和9-10月表现出相反的趋势;从旱涝急转与城市化的相关性来看,在分辨率为0.5时,城市化指标的6个因子对旱涝急转产生不同程度的影响,所有指标关联度都在0.6以上,表明城市化指标与旱涝急转显著关联,与旱涝急转强度关联度最大是烟粉尘排放量,最小的是非农业经济总产值,关联度分别为0.91和0.63。     

2015年广东开汛前后旱涝急转特征及成因分析

利用1961—2015年广东86站3—5月逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA的Hysplit后向轨迹模式资料和海温资料, 分析了2015年广东开汛前后旱涝异常特征, 旱涝急转前后的大气环流和水汽条件转变及成因。(1) 2015年5月第1候广东发生了严重的旱涝急转事件, 旱涝急转前全省严重干旱, 旱涝急转后广东大部地区降水异常偏多。(2)旱涝急转前后, 500 hPa中高纬度由“两槽两脊”转为“两脊一槽”和“两槽一脊”, 副高持续加强, 广东地区高层辐散和低层辐合加强, 地面由冷空气控制广东转为冷暖空气在广东交汇; 水汽输送通道由北部湾和长江中下游地区转为南海南部和中南半岛南部海面, 广东低层水汽净流入增加。(3)黑潮区、北太平洋中部、Ni?o3、Ni?o4区及印度洋和南海的海温异常增暖造成了旱涝急转前后大气环流和水汽的转变。      

云南土壤湿度长期变化的初步研究

利用1948—2013年美国NOAA/CPC全球0.5°×0.5 °月平均格点化土壤湿度资料、1951—2013年云南地区125个站月降水和1993—2013年22个站月土壤湿度观测资料对云南土壤湿度及其表征的旱涝长期变化进行时空分布及演变特征分析。结果表明:云南地区旱涝变化的空间结构相对简单且具有大尺度特征,长期变化特征明显。由20世纪50年代的滇中部地区偏旱,其余地区偏涝,逐步发展为相反;20世纪90年代开始滇中部地区偏涝,其余地区偏旱,且旱情日趋加重,范围扩展,2010年、2012年和2013年严重干旱蔓延至云南全省。研究揭示,云南冬半年旱涝与前期海温异常密切相关,冬半年云南地区旱涝不同的EOF模态时间变化对应着不同的前期海温异常变化分布。云南全省旱涝一致的第1模态对应前期孟加拉湾、阿拉伯海、西太平洋以及大西洋的海温异常正相关。云南西北—东南旱涝反向的第2模态对应前期孟加拉湾、南海、西太平洋及东太平洋ENSO区海温异常负相关。     

长江中下游地区水汽输送的气候特征

通过分析 1973 ～ 1998 年(共 26 年)4 月到 8 月 NCEP/ N CA R 再分析资料, 研究了夏季风期间长江中下游地区水汽输送的气候特征。 分析了旱涝年水汽输送差异, 特别考察了 1998 年长江流域洪涝期间水汽输送的一些特点, 发现长江中下游地区水汽水平输送特征在各月有很大差异。 来自孟加拉湾经中南半岛和来自华南的水汽输入是长江中下游地区水汽的主要来源。 长江中下游的旱涝与南海夏季风爆发的早晚有密切关系。 孟加拉湾地区及南海地区对长江中下游地区水汽输送的长时间维持是造成 1998 年长江流域洪涝的主要原因。     

1961—2017年辽宁省旱涝急转现象时空演变特征

利用1961-2017年辽宁省61个气象站逐月降水数据,以5-8月为研究时段建立旱涝急转指数（drought-flood abrupt alternation index,DFAI）序列,采用线性倾向法、趋势分析、阶段性分析、T检验、ArcGIS空间插值等方法对辽宁省降水集中期的旱涝急转现象进行时空特征分析。结果表明：1961-2017年辽宁省降水集中期DFAI总体以-0.7/（10 a）的速率下降,有13 a出现旱转涝,有19 a出现涝转旱;DFAI强度以0.1/（10 a）的速率略呈上升趋势。近57 a,辽宁省旱转涝多发生在20世纪60年代,涝转旱多发生在20世纪70年代和20世纪初之后,1989年出现了涝转旱的突变,发生频率呈增多趋势,1994年又出现旱转涝的突变,发生频率呈减少趋势。典型旱转涝年（2013年）,DFAI的高值区分布在中、西部地区;典型涝转旱年（2014年）,DFAI绝对值的高值区分布在东北部和中西部地区。DFAI变化率在空间分布上具有明显的中、北部增多,东、西部减少的趋势差异。     

内蒙古夏季干旱的水汽输送特征分析

对于大气中水汽的定性、定量测量是提高内蒙古干旱研究与预测的有效手段。利用NCEP再分析资料和内蒙古地区实测降水资料（1961-2000年），定性、定量地分析东亚水汽分布、水汽输送与内蒙古夏季干旱的关系。得出内蒙古地区上空低层大气的含水量偏少是内蒙古夏季干旱的一个重要因素。由于青藏高原大地形作用，孟加拉湾和南海的水汽北上受阻，不能达到内蒙古高原是形成内蒙古干旱的又一原因。受大气环流影响，内蒙古高原水汽辐合偏弱是内蒙古夏季干旱的重要原因。青藏高原的水汽通量与内蒙古东西部降水都存在明显负相关；孟加拉湾至内蒙古西部是内蒙古西部地区降水的水汽通道，南海至中国东北地区为内蒙古东部降水的水汽通道。