印度洋海温的偶极振荡与夏季青藏高原水汽输送的关系

本文应用1961-2005年近45年NCEP/NCAR月平均再分析资料,在分析夏季青藏高原水汽输送通量特征的基础上,研究印度洋偶极指数与夏季高原水汽输送的关系,分析表明：夏季高原水汽的输入主要是受高原南边界水汽输送通量的影响,并且夏季高原区域净水汽与南边界水汽输送通量45年来的趋势变化很一致：都表现出先增加（1961-1980年）后减少（1981-2005年）的趋势变化。印度洋海温的前期变化（前年12月至当年5月）对夏季高原水汽的输送有明显的影响,特别是在1-3月。春季印度洋偶极指数通过对孟加拉湾地区向北的水汽输送通量的影响,进而影响夏季青藏高原水汽输送的异常。     

东北区夏季多雨年水汽异常输送特征

应用东北区91个测站1955～2000年夏季（6～8月）逐日降水资料和相应的NCEP／NCAR逐日水汽输送资料,分析了该区夏季降水的区域特征,并进一步研究其多雨年的水汽异常输送特征。结果表明,东北地区的夏季降水异常具有明显的区域性,可分为6个独立的区域。对各区域多雨年和降水正常年的水汽异常输送进行对比分析,发现各区域多雨年的水汽异常输送路径和关键区均存在明显的不同。     

夏季青藏高原及周边大气热源与四川盆地暴雨的关系

利用1960-2016年川渝逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季青藏高原及周边大气热源与四川盆地暴雨的关系。结果表明,青藏高原及其周边的大气热源对四川盆地夏季暴雨频数具有显著的影响。影响关键区分别位于高原中南部及其南侧和高原中东部及其东侧,由此定义了一个影响四川盆地夏季暴雨频数的高原热力差指数Itc,该指数能够较好地反映出盆地夏季暴雨频数的东、西部差异变化特征。当Itc偏高时,副高位置偏西偏北,阿拉伯海、孟加拉湾水汽输送增强,同时贝加尔湖西侧槽或低压位置偏西,盆地西部水汽辐合上升异常增强,暴雨明显偏多;而盆地东部暴雨偏少。当Itc偏低时,副高位置偏东,来自于东南沿海的水汽输送在盆地东部增强,同时贝加尔湖南侧多阻塞形势,使得水汽在盆地东部辐合上升增强,产生暴雨偏多;此时盆地西部暴雨偏少。     

长江流域水汽收支与高原水汽输送分量“转换”特征

文中采用"箱体"模型边界的整层水汽输送特征描述长江流域梅雨带水汽收支总体效应,发现长江流域夏季降水与"箱体"模型整层水汽输送收支总量呈显著相关;青藏高原动力、热力强迫构成周边水汽输送特殊流型结构,大地形动力强迫导致高原周边水汽输送在高原南侧与东侧存在经向或纬向不同分量的水汽流型,且它们分别对长江流域梅雨带"箱体"模型水汽收支具有重要的影响.研究还发现高原南侧经向水汽输送与高原东侧纬向水汽输送分量之间呈显著相关特征,此研究揭示了长江流域洪涝过程上游高原周边关键区水汽输送不同分量间的"转换"特征,且此类水汽输送流型对夏季长江全流域各区域降水具有不同程度影响.上述高原周边水汽输送经向-纬向分量间的相互"转换"效应,是认识长江流域异常洪涝过程形成的关键环节之一.高原周边水汽输送分量相关结构及区域边界水汽收支问题将为长江流域洪涝预报提供科学依据.     

青藏高原夏季降水的区域特征及其与周边地区水汽条件的配置

使用青藏高原地区97个测站1961-2005年6～8月降水总量及同期NCEP/NCAR月平均 u, v风、比湿和300 hPa位势高度等再分析资料, 首先使用旋转经验正交函数分解方法得到青藏高原夏季降水的4种主要分布类型, 之后利用相关分析方法, 分析了与4种降水类型匹配的水汽输送以及相应的环流背景, 最后使用合成分析对高原异常旱涝年的水汽输送和环流形势的差异进行了分析.结果表明, 青藏高原夏季降水的主要气候特征是南部与北部降水异常呈现相反分布的特征, 其水汽输送和环流形势配置差异显著.如果孟加拉湾海区向北的水汽输送和东部海洋向西的水汽输送加强, 同时乌拉尔山阻高强盛, 东亚从低纬至高纬呈现 " - "位势高度环流形势时, 有利于西南水汽输送并与来自东部海洋的水汽形成辐合, 造成高原夏季降水偏多, 反之降水则偏少.     

热带印度洋夏季水汽输送特征及对南亚季风区降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析环流资料、CMAP降水量和NOAA海温资料研究了热带印度洋夏季水汽输送的时空变化特征,并考察其对南亚季风区夏季降水的影响.热带印度洋夏季异常水汽输送第一模态表现为异常水汽从南海向西到达孟加拉湾后分成两支,其中一支继续往西到达印度次大陆和阿拉伯海,对应印度半岛南端和中南半岛的西风水汽输送减弱,导致这些区域降水减少;第二模态表现为异常水汽从赤道东印度洋沿赤道西印度洋、阿拉伯海、印度半岛、中南半岛的反气旋输送,印度和孟加拉湾南部为反气旋异常水汽输送,水汽辐散、降水减少,而印度东北部为气旋性水汽输送,水汽辐合、降水增多.就水汽输送与局地海温的关系而言,水汽输送第一模态与热带印度洋海温整体增暖关系密切,而第二模态与同期印度洋偶极子关系密切.     

夏季青藏高原东南部水汽收支气候特征及其影响

采用1961—2005年NCEP/NCAR再分析资料, 研究了夏季青藏高原东南部水汽收支的气候特征及其影响效应。结果表明:夏季青藏高原东南部总体上是一个水汽汇区, 平均总收入为39.9×106 kg/s。东亚夏季风的建立、推进对青藏高原东南部的水汽输入有重要影响, 而青藏高原东南部的水汽输出则与夏季我国东部雨带的推进过程密切相关。该区对周边地区的水汽收支有重要影响, 是向我国西北地区东部、长江中下游地区输送水汽的重要通道, 青藏高原东南部的水汽“转运站”效应是长江中下游流域洪涝和北方夏季干旱异常的关键因子之一。青藏高原东南部东、北边界夏季水汽收支均具有准两年周期振荡特征, 并分别与长江中下游、西北地区东部夏季降水的准两年振荡特征具有一定的联系。     

华南前汛期降水异常与水汽输送的关系

采用1958-2000年华南57站前汛期日降水资料和NCEP／NCAR逐日水汽输送再分析资料，分析了华南前汛期降水异常与水汽输送的关系，并对旱、涝年进行了比较分析。结果表明：华南地区经向水汽输送的异常变化将导致该地区的异常旱涝，而纬向水汽输送的异常变化只导致该地区出现小范围的降水异常。旱年和涝年的异常水汽输送不是简单的反位相关系。来自印度洋和西太平洋的水汽对华南地区前汛期的降水异常没有明显的作用，南海(主要是其北部)才是华南降水异常的关键区。     

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.     

中国东部季风区夏季四类雨型的水汽输送特征及差异

利用1951~2015年NCEP/NCAR再分析逐日资料和中国160站月降水观测资料,及中国东部季风区夏季四类雨型（北方型、中间型、长江型和华南型）的划分结果,分析了东亚水汽输送与中国东部季风区夏季降水的关系,比较了四类雨型的水汽输送、收支特征及其差异,结果表明:（1）夏季影响中国东部季风区的水汽通道主要有以下6条:印度洋通道,表征印度季风区偏南的西风水汽输送;高原南侧通道,表征印度季风区偏北的西风水汽输送;太平洋通道,表征由西太平洋副热带高压（副高）带来的西太平洋的水汽;西风带通道,表征西风带的水汽输送;孟加拉湾通道,表征来自孟加拉湾向北的水汽输送;南海通道,表征来自印度洋和孟加拉湾在中南半岛转向及来自南海的水汽;与中国东部不同地区降水异常相联系的水汽通道存在明显的差异,且同一条水汽通道在夏季不同阶段与降水的关系也不尽相同。（2）四类雨型的水汽输送和收支特征有明显的差异,华北盛夏降水主要受亚洲季风水汽输送的影响,其次是西风带水汽输送,北方型年二者往往偏强,尤其是季风水汽输送增加一倍以上,贡献也明显增加,20世纪70年代中期之后,季风水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大;淮河流域夏季降水异常主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,其次是高原南侧通道水汽输送,二者偏强并在淮河流域辐合时,淮河流域降水偏多形成中间型年;长江中下游地区夏季降水主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,长江型年,副高西北侧的西南水汽输送异常加强,并与北方冷空气异常在长江中下游地区辐合,区域为正的水汽净收支;华南地区夏季降水则受印度洋通道、太平洋通道及南海通道的共同影响,当三条通道异常偏强,水汽与北方冷空气在华南地区辐合,形成华南型年。本研究所得结论加深了我们对四类雨型形成机理的认识,并为汛期主雨带的预测提供了参考。     

长江中下游地区夏季降水的水汽路径的客观定量化研究

本文根据中国台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 研究了长江中下游地区夏季降水的水汽路径并给出了客观定量化的定义。结果表明:(1)影响长江中下游地区夏季降水的水汽路径主要是来自南界的水汽输送, 据此定义了南界水汽路径的面积、中心强度、向东延伸格点的位置以及边界强度等指标;(2)对各个指标的时间演化特征进行了分析, 南界水汽路径的面积指标和中心强度指标有下降的趋势, 各个指标在20世纪90年代前后都有一个明显的转折, 面积指标、中心强度指标、边界纬向强度指标都有明显的年代际的变化;(3)对各指标与中国夏季降水和前冬海表温度进行相关分析, 夏季南界水汽路径影响我国不同地区的降水, 南界水汽路径的面积指标、中心强度指标与前一年冬季西太平洋的海温呈显著负相关, 与赤道中太平洋和东太平洋前一年冬季的海温呈显著正相关, 即前冬东太平洋发生El Ni?o时, 有利于夏季西太平洋水汽输送增强, 进而有利于长江中下游地区夏季降水偏多。     

Atmospheric driving mechanisms of extreme precipitation events in July of 2017 and 2018 in western Japan

The occurrence of extreme precipitation events is now a serious concern in recent years in Japan. This study explores the atmospheric driving mechanisms of two extreme precipitation events occurred during 5–6 July 2017 and 5–8 July 2018 over western Japan. We identified that the atmospheric transport of large amounts of moisture and wind streams with wind speed of minimum 15 m s⁻¹ from south of Japan towards north on the days before these torrential precipitation events are mainly responsible for the July 2017 and July 2018 floods over western Japan. However, the contributions from the moisture advections (both vertical and horizontal) to the atmospheric water budget plays key roles to intensify the precipitations during the said torrential events. We also find that the prominent moisture flux convergence and well-developed moist conditions mainly maintain these heavy precipitation events over the downpour affected area. Our overall analysis suggests that the atmospheric factors driving to all these two heavy precipitation events are qualitatively robust and vital to explain the mechanism of extreme precipitations.     

水汽平流计算精度对暴雨模拟的影响与实例分析

利用改进了水汽平流精度的中尺度模式ＭＭ４模拟了一次江淮暴雨。通过对不同平流格式所模拟的水汽场的对比,并辅以动力热力机制分析,阐述了不同水汽平流格式造成不同的中－α、中－β尺度降水的原因。结果表明,将高精度、正定的水汽平流格式引入ＭＭ４模式有助于提高模式的模拟能力。     

华北夏季强降水的水汽来源

利用1980—1997年NCEP/NCAR再分析资料及中国6~8月逐日降水观测资料,分析了华北地区的夏季暴雨特征,并着重对暴雨发生的水汽来源进行了研究和讨论。结果表明,华北地区的夏季暴雨降水中心区与其夏季平均降水中心区的位置一致,且暴雨降水量占整个夏季降水量的主要部分。对暴雨日及其前4天水汽输送的逐日变化、异常特征及水汽输送的相关分析发现:来源于西太平洋及高纬西风带的水汽输送对华北暴雨产生有重要作用,而来自孟加拉湾的水汽输送对暴雨也存在一定的加强作用。     

包含正定水汽高精度算法的MM5模式的暴雨实例试验

本文首先对非静力中尺度模式ＭＭ５的水汽输送方案作了半理想试验。结果显示,ＭＭ５原有的水汽平 流输送算法在水汽梯度较大的地方产生水汽负值,影响模式的模拟结果和模式的稳定性,对此,本文把一个正定的水汽输送算法Ｐｒａｔｈｅｒ算法引入ＭＭ５,并用实例作了数值试验,检验了模式的模拟能力,结果表明,对ＭＭ５的改进是敏感的有效的,Ｐｒａｔｈｅｒ格式增强了模式暴雨落区,暴雨中心的模拟能力。     

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。     

我国北方地区降水再循环率的初步评估

利用1976~1995年的20年月平均NCEP/NCAR再分析资料, 对我国北方地区降水再循环率进行了评估, 结果表明:黄河流域总的降雨只有19%来自当地的水汽蒸发, 其他81%降水来自外部的水汽流；黄河上游降水主要由来自青藏高原较强的水汽所提供，因此这里的降水再循环率小于15%。但黄河上游的降水蒸发后，在西风的输送下, 为黄河下游提供了大量的水汽，通过汇合南北方向来的水汽，在黄河下游形成了降水再循环率达到30%以上的椭圆形区域。评估结果显示:降水再循环率随季节变化差异较大, 8月份的降水再循环率最高, 达31%, 而在11、12、1月份3个月的降水再循环率不到5%。结果还显示蒸发率和降水率的空间分布以及它们的年际变化都对应得很好，表明我国北方地区蒸发受降水影响较强。蒸发率、降水率和降水再循环率在20年中均有增加, 表明气候变暖对我国北方地区的水汽循环的影响已经显现。     

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。     

夏季亚洲季风区的水汽输送及其对中国降水的影响

利用1948-2005年NCEP/NCAR逐日及月平均资料,研究了亚洲季风区水汽输送的气候特征及其与中国夏季降水的关系.结果表明:(1)亚洲夏季风区不论在纬向和经向输送上,都表现了其独特性.夏季亚洲季风区为强大的水汽汇,东亚大陆和印度季风区均有较强的水汽辐合中心.(2)大部分水汽集中在对流层中下层,主要来自印度季风区,而对于对流层中上层,则以西太平洋和中纬西风带的输送为主.(3)印度季风在5-7月纬向向东的输送加强,东亚季风在6-7月以经向向北的输送加强为主,7月达最强,8到9月季风减弱直至结束.亚洲季风区青藏高原南侧的南支西风对东亚的水汽输送有重要作用,表现为春季最强,中高纬和热带西风输送变化同步,在盛夏达到最大,7月热带西风输送的水汽占三支水汽总输送的80%左右,来自中高纬地区的水汽约占18%.(4)季风爆发后,大量水汽从南半球输送到亚洲季风区.水汽辐合增加最大在孟加拉湾、中南半岛和南海地区,中国大陆的水汽主要经南海北边界输入.(5)水汽输送的北进与雨带的北推相一致.水汽输送场的时空分析表明,EOF1和EOF2分别代表强弱季风年的水汽输送特征.EOF1反映了东亚季风区一致的异常向北输送,并且在1970年代末发生了明显减弱.它与华北降水相关密切,表明自1980年代以来东亚季风向北水汽输送的减弱是华北干旱的主要原因.EOF2的主要特征是从1980年代之后,来自东北和西南的异常水汽在长江流域辐合,导致长江流域降水增多.相关分析表明,东亚夏季风在年代际尺度上的变化对此起了重要作用.