兰州市空中水汽含量和水汽通量变化研究

利用历年的高空和地面资料,深入分析了兰州市空中水汽含量和水汽通量的变化特征。结果表明:(1)夏季空中水汽含量和水汽输送相对较多,冬季相对较少;2~7月是水汽含量的增长期,9~1月是递减期,8月与7月持平;97%的水汽集中在400 hPa以下;(2)兰州市空中水汽变化与降水量、降水日数、气温的变化有明显的一致性,也存在一定的差别;(3)兰州市空中水汽输送强度中心接近500hPa高度;冬季水汽日变化最大层位于700~600 hPa,这与我国东部地区空中水汽输送高度和边界层水汽日变化特征有明显的区别。     

山东省空中水资源的初步分析

利用1997～1999年逐日探空资料和同期水文水资源资料,分析了山东省域空中水汽资源的时空分布特征及地-气系统的水量平衡关系.结果表明:山东省空中水汽资源受天气系统和季节变化的影响明显;静态水汽含量年均值为20.75 mm,动态水汽净输出量全年平均为440.91 mm,并以850 hPa层的水汽净输出为主.水汽净收支率年、季分布具有较强的地域特征.全年的水汽输入量很大,但空中水汽资源转化为地面降水的效率不足5%,而降水转化为水资源的量约为27.31%,空中水汽资源具有很大开发潜力.另外,从大气水量平衡角度分析了山东干旱气候特征的客观必然性,并提出开源增量、增加水资源的对策.     

地基微波辐射计探测空中水个例分析

为了解层状云降水天气过程中水汽、液水含量的变化 ,在西安地区利用双波长地基微波辐射计进行空中水汽、液态水的连续探测。通过对 2 0 0 3 - 0 9- 1 7的层状云降水天气过程跟踪探测 ,分析得到空中水汽、液水含量的变化特征 :在降水开始前 5 h,水汽、液水含量出现低值段     

河南空中水资源的时空分布特征

利用郑州、南阳、驻马店及周边与空中水资源密切相关的站1961～1990年各月逐日各时次探空资料,进行了地面至各标准等压面层的水汽特征量计算分析。结果表明：空中水资源具有明显的季节、年际及地理分布变化特征,而且和降水资源的时空分别特征基本一致;各高度层多年平均水汽资源量皆以夏季最为丰富,春、秋季次之,冬季最少;各月水汽资源量随高度增加而减少,400hPa以下水汽含量占整层水汽量的96％;空中水汽含量地理分布基本上为南部多,北部少,南北差异也以夏季最大,春、秋季次之,冬季最小。     

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。      

贵州省淡水资源现状及开发潜力的分析

用１９６１～１９８３年贵州和邻近各省的探空资料及高空风资料计算我省空中水汽资源的时空分布特征,提出了空中水汽降出率的概念,指出我省无论何时何地都有很丰富的空中水汽资源,而且空中水汽降出率平均仅为０．０１％－０．０３％在大暴雨过程中可达到０．３２％,表明我省空中水汽资源有着巨大的开发利用潜力,论证了在我省干旱季节进行人工增雨作业的可行性。     

青藏高原“三江源地区”雨季水汽输送特征

利用40年NCEP/NCAR再分析资料和青藏高原三江源地区的降水资料,分析了三江源地区的水汽输送特征.研究表明:在东亚和印度季风驱动下的西南暖湿气流是三江源地区空中主要水汽来源,其次是来自西边界中东高压中的偏西气流和西风带中的偏北气流,这3种大尺度环流背景的气流汇集到三江源区,使该地区6-9月处在水汽辐合区内,同时在高原大地形的动力作用下,三江源地区近地面层维持定常的切变、低涡等天气系统,源源不断的降水为这一区域形成江河源头创造了条件.在水汽输入的各边界中,南边界季节变化特征显著,冬、春季水汽输入量小,夏、秋季水汽输入量大,9月达到全年的最大值.西边界的水汽输入量季节变化特征不明显,一年四季有水汽输入.北边界冬、春季水汽输入量小,夏、秋季水汽输入量大,6月达到全年的最大值.水汽输出主要在东边界.从三江源地区空中净水汽输入(输出)量收支的月际变化来看,6-9月水汽是收入的,5月收支平衡,10月到次年4月水汽是支出的,三江源地区的这种净水汽输入(输出)量收支的月际变化与该地区降水量的月际变化基本一致.冬、春季以西边界的水汽输入为主,夏、秋季以南边界的水汽输入为主.青藏高原三江源地区主要水汽输入边界的水汽通量近40年来呈现减少的变化趋势,这将影响到三江源地区未来的降水变化.     

微波辐射计观测数据在降水预报中的应用

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2007~2010年夏季地基12通道微波辐射计观测数据,对半干旱区降水前和非降水过程的水汽含量和云液态水含量的变化特征进行分析。结果表明:(1)水汽含量达到2.20 cm可以作为半干旱区降水预报的阈值。水汽含量随时间变化比较平缓,变率约为0.06 cm/h,且降水前24 h内水汽含量均2.20 cm;或者水汽含量开始较小,但降水前水汽含量随时间出现拐点,之后变率开始增加,可达0.19 cm/h以上,进而使水汽含量2.20 cm。这2种情况均可预报可能有降水产生;(2)云液态水含量达到0.20 mm可以作为降水预报的阈值,且降水前云液态水含量随时间变化出现拐点,之后变率开始增加,可以预报1 h后可能有降水。     

祁连山区空中水汽分布特征及变化趋势分析

利用欧洲中心再分析资料,结合探空资料与内陆河径流量资料,分析了祁连山区空中水汽含量和水汽年内变化及多年演变特征。结果表明:祁连山单位面积垂直累积水汽含量随季节变化差异大,夏季最高,秋季次之,冬季最低,与以往认识不同的是在适宜天气条件下,祁连山春季空中水汽也具有开发前景。此外,祁连山东段水汽含量一年四季都高于西段,在祁连山西段山区中稳定存在一水汽低值中心,这是以往资料空间分辨率不高时未曾认识到的,该低值中心年内水汽差异很大,夏季是冬季的6倍之多;水汽密度分布与之类似。祁连山区逐月单位面积垂直累积水汽含量呈单峰型变化,6-9月是水汽分布最多的时段,进入冬季起水汽含量快速减少。近37年来,祁连山区空中水汽年保有量呈现增加趋势,这也与同时段疏勒河与黑河径流量的逐步上升趋势是一致的,但不同季节表现态势不同,夏、秋季整体呈增加趋势,冬、春季呈减少趋势。     

华北地区空中水汽含量与降水量的关系

利用华北地区近30 a(1979～2008年)12个探空站的观测资料,采用线性趋势和奇异值分解(SVD)技术分析了华北地区空中水汽含量与降水量的时空演变特征以及两者之间的相关关系。结果表明:华北地区水汽含量和降水量在空间上表现出由东南沿海向西北内陆随纬度增高而减少的分布特征,即东南部湿润,西北部干燥。近30 a来华北地区水汽含量整体上呈现出增加的趋势,而降水量和降水效率均呈减少趋势,降水效率较低,华北地区空中水资源开发潜力较大。SVD的第1模态反映出华北地区水汽含量与降水量存在密切联系,当空中水汽含量偏多(少)时,大部分地区降水偏多(少)。华北地区夏季涝(旱)年在南海至西太平洋地区有(无)明显的水汽向华北地区辐合,同时西风带也有(无)水汽向华北地区输送,且大部分地区850 hPa垂直上升运动强(弱)于常年。     

青藏高原热力强迫对中国东部降水和水汽输送的调制作用

从4个方面综述了有关青藏高原大地形热力“驱动”对中国东部雨带和水汽输送特征及其年代际变化的影响作用的研究进展:(1)中国三阶梯大地形热力过程变化与季风雨带季节演进;(2) 青藏高原地-气过程热力“驱动”及其季风水汽输送结构;(3) 青藏高原积雪冷源对中国东部水汽输送结构及其雨带分布的影响;(4) 青藏高原视热源变化与雨带年代际变化相关特征及其可能调制。其主要研究结论是:(1)中国西部高原特殊三阶梯大地形结构强化了海-陆热力差异,尤其是高原大地形使地-气热力差异季节变化有由青藏高原向东北方向大地形区域延伸变化趋势,且其与季风雨带由东南沿海移向西北朝青藏高原与黄土高原边缘同步演进,两者似乎存在类似季节内演进的一种“动态的吸引”。(2)中国东部雨带时空变化特征和季风强弱变化趋势均与青藏高原热源强弱异常变化相对应。青藏高原热源异常影响低纬度海洋向陆地的水汽传输路径和强度,进而调制中国东部降水时空演变。在青藏高原热源强和弱年,中国降水变率空间分布特征分别为“北涝南旱”和“南涝北旱”。青藏高原视热源强(弱)异常变化“强信号”将对东亚与南亚区域的季风水汽输送结构,以及夏季风降水时空分布的变异具有“前兆性”的指示意义。(3)长江中下游地区作为独特南北两支水汽流的汇合带,该地区夏季青藏高原热源与水汽通量相关矢特征呈类似于青藏高原多雪与少雪年水汽通量偏差场中水汽汇合区显著特征差异,揭示了冬季青藏高原积雪冷源影响中国东部夏季长江流域梅雨水汽输送结构特征。(4)中国降水的年代际变化基本型态为中国东部呈“南涝北旱趋势”,西北区域呈现出“西部转湿趋势”。但基于近10年青藏高原春季视热源出现“降后回升”趋势,中国东部“南涝北旱”的降水格局已出现转折趋势。     

地基GPS水汽总量在人工增雨中的应用

利用成都市地基GPS综合应用网的观测数据,反演出大气水汽总量,并结合多普勒天气雷达探测的垂直积分液态水含量(VIL),分析了这两种新型大气水汽探测资料在人工影响天气作业中的变化特征,初步得出了GPS大气水汽总量(GPS PWV)与人影作业前后降雨量的关系。研究表明:GPS PWV与人工增雨过程有较好的对应关系,人影作业后1～3h伴随小时雨量的增大GPS PWV有下降,体现了催化剂将空中部分冰面过饱和水汽凝华核化转化为降水过程。GPS反演的水汽资料结合新一代多普勒天气雷达探测的液态水资料在指导人工影响天气作业和短临天气预报方面具有良好的应用前景。     

青海高原近43年夏季水汽分布及演变特征

通过对青海高原近43年夏季空中水汽分布及演变的研究,结果表明:(1)夏季来自孟加拉湾的暖湿水汽在东亚夏季风的驱动下向东北方向输送,与沿中纬度的西风环流输送的水汽在青海高原会合,但受高原大地形阻挡,到达该区的水汽含量较源区大大减小;(2)青海高原水汽通量场自西界向东界增加,水汽通量高值区基本分布在青海东部的边坡地带;(3)近43年青海高原净水汽通量收支有正有负,但整体上却呈增加趋势;(4)旱年青海高原水汽通量比平均状况偏少10~40 kg.m-1.s-1;涝年偏多10~20 kg.m-1.s-1;无论旱涝年,青海高原空中净水汽通量均呈正值,但旱年比平均状况偏少21.88%,涝年偏多53.99%。     

商丘春秋季空中水资源及增雨潜力分析

选取郑州、徐州、南阳、阜阳等代表站,通过计算地面到高空各标准层等压面的水汽含量得出商丘春季空中水汽量随月份递增,秋季随月份递减.水汽含量自南向北减小,即随纬度增高而减小.5月、9月份干旱年份较多(61%),增雨潜力大;10月份干旱年份次之(56%);11月份正常年份与干旱年份各占50%,增雨潜力小.     

商丘春秋季空中水资源及增雨潜力分析

选取郑州、徐州、南阳、阜阳等代表站,通过计算地面到高空各标准层等压面的水汽含量得出:商丘春季空中水汽量随月份递增,秋季随月份递减。水汽含量自南向北减小,即随纬度增高而减小。5月、9月份干旱年份较多(61%),增雨潜力大;10月份干旱年份次之(56%);11月份正常年份与干旱年份各占50%,增雨潜力小。     

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。     

对气候起调节和过滤作用的大气化学过程

一、前言影响地球气候有五个因子:(1)太阳辐照度的强度和波长特征;(2)地球在空中运行的轨道参数;(3)地球的反射率;(4)海洋的热存储(从而控制全球水汽);(5)地球大气的成份。其中,海洋热存储和地球反射率直接与大气成份有关,因为它决定了给海洋提供热量的射入和射出辐射平衡。地球反射率主要受云量控制,而云量直接与海洋蒸发有关。陆地反射率与植被以及冰、雪的分布有关,而植被和冰、     

中国陆地平均降水量与空中水汽含量的统计关系分析

中国陆地的多年平均降水量和空中水汽含量都是从东南沿海向西北内陆递减,二者存在很好的空间相似性,研究二者之间的拟合关系,就有可能发现比较好的统计规律,找到空中水汽对多年平均降水量影响研究的突破口。基于这种空间相似性,对中国121个探空站1971—2000年平均降水量(P)与空中水汽含量(W)的研究发现,两者高度正相关,拟合公式为P=44.385(W-2.66),R^(2)=0.8293。对累年各月平均降水量与空中水汽含量的研究发现,两者也是高度正相关,以上成果通过了复核验证。空中水汽含量乘以研究区域面积是空中水汽的存量,即空中水汽折算的液态容量。多年平均降水量的影响因素很多,拟合公式忽略了次要因素,找到了主要影响因素,即空中水汽存量,它的量化参数是空中水汽含量。当空中水汽含量大于等于14 mm时,所有站点的多年平均降水量均大于等于400 mm,多年平均空中水汽含量大于等于14 mm是多年平均降水量大于等于400 mm的充分不必要条件。     

三种大气可降水量推算方法结果的比较分析

以湖北省为例,分别用气象探空资料累加计算、地面气象资料推算(又有两种)、地基GPS探测资料反演等三种方法计算出该省空中水汽资源含量,并以探空法计算的水汽资源含量为基准来评估其他两种方法计算结果的偏差情况.结果表明:(1)与探空法计算结果相比,地面法计算结果偏小,恩施、宜昌、武汉等3站年平均空中水汽资源含量分别只偏小4.7%、2.9%、5.4%,且两种推算方法计算的月空中水汽资源含量变化趋势一致;(2)宜昌站GPS法比探空法计算结果偏大5.6%,同期地面法比探空法偏小3.5%;(3)对于有降水日的有效空中水汽资源,地面法、GPS法推算的整层水汽含量与探空法计算结果分别相差-1.4%和8.4%.可见地面法和GPS法推算空中水汽资源精度均比较高,可满足空中水汽资源推算要求,且站点多,从而可有效弥补探空站少的不足.总体上GPS法推算空中水汽资源精度略低于地面法,还可在今后应用中进一步订正优化.     

近30年六盘山东与西坡降水及空中水汽条件差异特征分析

利用1989—2018年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-Interim高时空分辨率(0.125°×0.125°)再分析资料以及气象站降水观测资料,对六盘山区近30年东坡与西坡降水及空中水汽条件差异特征进行诊断分析。结果表明:①近30年六盘山区大气可降水量、700hPa比湿、水汽通量与降水量空间分布特征较为一致,呈东高西低、南大北小的特征。②六盘山区的水汽主要来源于低层孟加拉湾、南海及印度洋暖湿气流的水汽输送。③六盘山区的水汽输送特征表现为700hPa和750hPa以西南风水汽输送为主导,750hPa以下六盘山东侧为东南风迎风坡,受地形强迫的影响,东南暖湿气流在东坡抬升。④六盘山系东坡存在高层辐散、低层辐合或弱辐散的动力场配置,加之地形、东亚季风与天气系统之间相互作用的共同影响,造成六盘山区降水及空中水汽条件呈东高西低的分布特征。初步的研究结果可揭示区域空中水汽条件的分布特征,为该地云水资源开发提供可参考性依据。