新疆大气水汽通量及其净收支的计算和分析

通过对NCEP 2.5°×2.5°再分析资料与NCEP 1°×1°再分析资料和探空资料的比较,讨论了该资料在新疆的适用性,并在此基础上计算和分析了新疆1948—2007年60 a的大气水汽通量及其净收支情况。结果表明,新疆大气水汽输送主要受三支水汽输送带影响：西伯利亚和蒙古方向的西北风水汽输送带、孟加拉湾路径到达新疆南部的西南风水汽输送带和来自大西洋的西风水汽输送带;夏季新疆主要受两股水汽通量影响,即西风和西北风,冬季新疆则主要受西风水汽输送带的影响,仅南疆盆地受来自青藏高原中西部的西南暖湿气流的影响;新疆地区空中水汽1978年以前主要来源于经向输送,而1978年以后纬向输送增加,其水汽净收支由经向和纬向水汽共同提供,但经向水汽的贡献仍最大。     

夏季东亚地区水汽输送年代际变化特征及其对中国东部降水的影响

利用经验正交函数(EOF)分析方法和1951-2004年NCEP/NCAR月平均再分析资料及160个中国地面测站月降水资料,对夏季东亚地区水汽输送的年代际变化特征及其对中国东部降水的影响进行分析.研究结果表明:20世纪70年代中后期至90年代初期,中国东部夏季降水以"南北旱中间涝"分布型为主,90年代初期之后则以"南涝北旱"分布型为主,呈现出显著的年代际变化特征,即20世纪90年代后雨带南移的特征开始明显:夏季整层水汽输送通量主模态的空间结构及其时间系数可以较好地反映出近50年来东亚大陆东部经向水汽输送从1974年起由强变弱的"转折点"特征及其年代际减弱变化趋势:印度大陆和孟加拉湾北部、长江中下游地区、南海以及热带西太平洋地区纬向水汽输送从1973年起由弱变强的"转折点"特征及年代增强变化趋势.揭示了东亚夏季水汽输送年代际分量主模态的时空演变造成中国东部夏季降水从"南北旱中间涝"分布型转向"南涝北旱"分布型,即中国东部夏季雨带呈现出南移年代际变化特征的关键因素之一.     

中国地区水汽输送异常特征及其 与长江流域旱涝的关系

利用中国地区1981-2002 年的常规观测资料和ECMWF 再分析资料, 研究了中国地区水汽输送的异常特征、水汽输送异常与长江流域降水的关系及其环流特征。研究表明: 中国地区水汽输送异常存在一些主要的模态, 其中第一模态最为显著, 其空间分布表现为在长江流域的水汽辐合或辐散, 其变化与长江流域的降水存在很好的关系。当西太平洋副热带高压偏南偏西偏强, 印度季风低压偏弱, 我国北方地区处于中高纬度槽后时, 大量来自孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽在长江以南形成强大的西南风水汽, 与我国北方的冷空气在长江流域辐合, 容易导致长江流域降水偏多。当西太平洋副热带高压偏北偏东偏弱, 印度季风低压偏 强, 中高纬为平直西风气流时, 不利于引导低纬海洋水汽进入我国, 长江流域以南没有稳定的西南风水汽输送, 我国北方冷空气偏弱, 不易南下到长江流域, 导致在长江流域没有明显的水汽辐合, 降水容易偏少。     

伊犁河流域水汽含量时空变化及其和降水量的关系

利用1976-2006年伊宁探空站的实测资料计算了逐月水汽含量,结合地面水汽压建立适合于伊犁河流域的W-e模型,结合DEM重建了1961-2009年伊犁河流域的月均水汽含量,利用EOF和交叉谱方法分析水汽含量和降水量的时空分布特征,并分析夏季干湿年、典型强降水过程中水汽输送特征。结果表明：大气水汽含量在空间分布上表现为西部多于东部、平原多于山地、迎风坡大于背风坡,下游平原及上游河谷地带是高值区,水汽含量在13～15 mm,这与地形和绿洲城镇的分布有关;在850 hPa至700 hPa的高度上存在一个最大水汽含量带,对应海拔约2 000 m。水汽含量年代际变化呈上升趋势,夏季增加明显（0.48 mm/10a）。降水量和水汽含量标准化场EOF分解表明两者的时空分布极为相似,存在气候振动的一致性和河谷南北相反的分布型式。雨季水汽含量源地以热带海洋为主,同时也受北冰洋为源地的西北向水汽输送的影响。     

河西走廊春末夏初降水异常与大气环流及海温场关系

使用1961-2010年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和河西走廊月降水资料,在分析河西走廊春末夏初降水变化特征的基础上,对春末夏初降水异常的大气环流及其与早春3~4月海温场的关系进行了分析。结果表明:河西走廊春末夏初降水变化主要以全区一致型为主,存在3 a、5 a、10a和13~15 a显著周期变化。春末夏初降水异常多年850hPa距平风场河西走廊盛行东风,散度场为辐合;500hPa欧亚中高纬度高度距平场呈"+-+"分布,类似负欧亚遥相关型(EU);距平风垂直环流为印度洋上升,高原下沉、35~45°N上升的经圈环流;整层水汽通量距平场上,我国西北以东地区的东风气流有利于东部暖湿空气向西北地区输送,河西走廊为水汽辐合区;前期3~4月赤道南印度洋和赤道中东太平洋海温为大范围正异常。降水异常少年上述特征正好相反。通过3~4月海表温度与5~6月500hPa高度场相关分析表明,赤道南印度洋海温正(负)异常时,欧亚中高纬度会出现+-+(-+-)的类似EU遥相关型波列,说明前期赤道南印度洋海温异常对后期中高纬度EU遥相关型有激发或增强作用,进而影响河西走廊春末夏初降水异常。     

近20 a塔城地区暖区暴雪环流分型及成因分析

选用2000—2019年11月—次年3月塔城地区7个国家气象观测站逐日降水、温度、常规地面和高空观测资料、美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料,确定近20 a塔城地区暖区暴雪天气过程并进行分析。结果表明：（1） 塔城地区暖区暴雪发生于塔额盆地的塔城站、裕民站和额敏站,塔城站出现频次最多;时间分布上,11月和12月出现暖区暴雪的频次最高,且主要集中在11月中旬—12月上旬,1月次之,2月最少。（2） 塔城地区暖区暴雪分为3类：低槽前部型、横槽底部型和西北急流型,地面低压为西方和西北路径。低槽前部型是最典型的暖区暴雪形势,主要出现在11月—12月上旬,发生在西西伯利亚低槽前部锋区与南支中纬度短波槽汇合区,地面低压为西北路径;横槽底部型主要出现在11月—次年1月,发生在极锋锋区底部偏西气流和中纬度暖湿西南气流汇合的强锋区中,地面低压为西方路径;西北急流型主要出现在11—12月,发生在极锋锋区西北气流中,地面低压为西北路径。（3） 500~300 hPa强西北或偏西急流、700 hPa偏西低空急流、850 hPa暖式切变的叠置区与暖区暴雪落区一致,低槽前部型和西北急流型为锋前暖区产生暴雪,横槽底部型为低压右前部暖锋锋生产生暴雪。（4） 低槽前部型和横槽底部型的水汽均为偏西路径,来自地中海、阿拉伯海的水汽经里海、咸海增强后向暴雪区输送;西北急流型有偏西和西北2条水汽输送路径,来自高纬度巴伦支海的水汽与来自中低纬度里海、咸海、地中海、阿拉伯海的水汽在巴尔喀什湖附近汇合后向暴雪区输送,较强的水汽输送伴随低层明显的水汽辐合,强辐合中心位于850~700 hPa之间。     

西南地区春季降水异常与大尺度环流关系

根据1961-2013年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和西南地区(四川、重庆、贵州、云南)116个气象台站逐月降水资料,利用EOF分析等方法分析了西南地区春季降水空间分布特征,研究了西南地区春季降水异常与大气环流的关系。结果表明:西南地区春季降水不仅有区域一致的增加趋势,还表现出纬向偶极型空间分布;西南地区春季东部降水偏多西部偏少时,受到印度洋和太平洋两个反气旋气流影响,利于印度洋地区的暖湿水汽和西太平暖湿气流的输送,有利于该地区降水偏多;东部降水偏少西部偏多时,东亚大槽、乌拉尔山高压脊、南支槽分别加强,抑制了西风气流向东推进,使水汽更容易在西南地区西部辐合上升形成降水。结合海表温度分析发现,这种槽脊和反气旋强度变化和太平洋海表温度的变化有重要关系。     

青藏高原夏季上空水汽含量演变特征及其与降水的关系

利用青藏高原(以下简称高原) 近30 年(1979-2008 年) 14 个探空站的温度和湿度观测资料以及83 个地面台站的月平均降水资料,分析了高原夏季上空水汽含量与地面降水的联系以及高原地区的降水转化率问题。结果表明：1) 高原夏季水汽含量在空间分布上表现出随海拔高度增高而减少的特征,其中东北部为最大值,东南部为次大值,而西北部为最小值。夏季降水整体上由东南向西北递减;2) EOF分解表明,高原夏季水汽含量存在两种主要的空间分布型：即全区一致变化型和南北反向变化型,其中以唐古拉山脉北侧为界呈现出的水汽含量南北反向型与降水的第一特征向量场表现出的南北反向型在空间分布上十分相似;3) 在年际变化上,高原夏季水汽含量的南北反向型与降水的南北反向型之间存在较一致的对应关系：即水汽含量出现南多北少时,高原南部降水普遍偏多而北部降水普遍偏少,反之亦然;4) 高原夏季平均降水转化率在3%~38%之间,其空间差异非常明显,高原南部降水转化率明显大于北部地区。     

1979-2012年夏季黄土高原空中云水资源时空分布

利用欧洲数值预报中心(ECMWF)发布的新一代全球全分辨率ERA-Interim再分析数据,采用经验正交函数(EOF)、小波分析、回归分析等方法,分析1979-2012年夏季黄土高原空中云水资源分布特征。结果表明:(1)夏季黄土高原空中云水资源远大于该地区实际年降水量,具有较大空中云水资源开发利用潜势;(2)空间上云水资源表现为两种模态--西北部、东南部反位相振荡(EOF1)以及中部云水资源偏多西北、东南两端偏少(EOF2),且具有显著年际变化周期;(3)黄土高原的空中云水资源主要来自东海,当水汽输送反气旋环流中心偏南(北)时,影响EOF1(EOF2)空间模态;(4)云水、云冰量峰值分别出现在700 hPa、400 hPa左右,当700 hPa存在水汽辐合及上升运动时有利于黄土高原空中云水资源开发。     

我国西南地区2009年秋季特大旱灾大气环流特征分析

利用西南地区5省市126个气象站1961―2009年逐月降水资料以及NCEP/NCAR月平均资料,分析了西南地区2009年秋季特大旱灾降水变化特征以及同期的环流特征。结果显示:(1)2009年秋季,来自孟加拉湾地区、南海地区暖湿水汽与来自内蒙古水汽均减弱;西南地区大部分地区水汽净获得减少或者由水汽净获得转换为水汽净失去。(2)2009年9―10月份西风带纬向环流较往年增强,西风槽偏东,东亚大槽西翼偏北;11月份西风带经向环流较强,但内蒙古西部、宁夏、甘肃、青海东部南下偏北风经向分量较往年减弱,西风槽偏北。(3)2009年9月份副高偏西偏强,西南在副高控制下,辐合上升水汽减少;10月份云南、贵州、广西大部分地区受控副高;11月份副高西伸至孟加拉湾地区,偏南风只存在17.5°N以北的孟加拉湾地区,这削弱了孟加拉湾地区向我国西南地区输送的水汽量。     

新疆地区25 a地面风场特征分析

 地面风除了受大范围环流影响外,还受地形影响较大。新疆既有大的盆地,又有高山垭口,造就了特殊的新疆地面风场。利用新疆54个气象站1980—2004年,每日4个时次的地面风资料,分析了该地区地面风场的长期特征,并进行经验正交函数分解。研究表明,新疆长期地面风场北疆、东疆和南疆有显著差别,主要表现在风向的转变,即北疆总体表现为西北风,南疆表现为偏东风,东疆表现为由西北风向偏东风转换的反气旋性弯曲气流;新疆经向风的长期变化表现为南风距平加强,而纬向风则表现为东风距平加强;经向风在整个时间序列上有3~5 a的短期变化,而纬向风在整个时间序列上有3~6 a的短期变化,且都表现为随时间延续周期变长;经向风南风距平增大趋势的最大值发生在七角井,而北风距平增大趋势的最大值则在阿拉山口。纬向风西风距平增大趋势的最大值在七角井,东风距平增大趋势的最大值位于安德河;EOF分析表明,第一特征向量的贡献达到87.5％,而第一特征向量对应的时间系数的距平值以1987年和1999年为界,表现为“正负正”的趋势。     

1979-2016年祁连山地区大气水汽含量时空特征及其与降水的关系

采用1979-2016年ECMWF1.5°×1.5°逐月再分析资料及同期37个气象站点的降水资料,利用一元线性回归、累积距平、Kriging及IDW（反距离加权）等方法分析了祁连山地区大气水汽含量时空分布特征、降水转化率空间变化规律以及风场分布规律,并对比分析了中国西部不同地区降水转化率的变化趋势。结果表明：（1）1979-2016年祁连山地区大气水汽含量整体呈增加趋势,且季节变化明显。其中夏季是各层大气水汽含量最多的季节,高达329.24 mm,占多年平均大气水汽含量的48.1%。（2）近38 a来,祁连山地区的大气水汽含量呈东南多、西北少的空间分布,且随海拔的升高而逐渐减少,整层大气水汽主要集中在5 000 m以下。（3）祁连山地区的降水转化率从空间上表现出由东向西递减的趋势,说明该地区空中云水资源的开发潜力自东向西逐渐增强,空中云水资源的开发潜力区域差异明显;季风所携带的水汽对其影响区域的降水贡献率较高,西风所携带的水汽则对其影响区域的降水贡献率较低。（4）中国西部地区降水转化率呈向心式递减的趋势,且区域空间波动较大。     

山西夏季不同等级降水时空演变特征及其影响要素研究

基于1961—2018年降水观测资料,应用经验正交函数分解（EOF）、大气诊断等方法对山西夏季不同等级降水时空演变特征及其影响要素进行分析。结果表明：① 山西夏季降水量主要由大雨贡献（51.9%）,但在降水频次上以小雨为主。山西大雨与小雨事件存在显著差异。小雨多年平均雨量由南至北递增,而大雨却由南至北递减。此外,EOF表明全区一致型均是不同等级降水中的主空间模态,但在小雨和大雨中高载荷区存在明显差异。② ENSO在影响山西降水特别是大雨中占据主导,而NAO在小雨中作用更为突出。对大气环流异常结构的诊断分析表明,冷（暖）ENSO位相时,源于热带西太平洋并经由南海北上的季风水汽输送增强（减弱）,同时在ENSO和中高纬度大气活动联动调控下,在东亚地区建立的异常反气旋（气旋）可通过其西支南（北）风气流引导（抑制）季风水汽向山西进一步纵深推进,两者共同调配使得山西大雨事件增多（减少）;NAO主要通过一条沿西欧?东欧?乌拉尔山?蒙古高原的高纬度路径对降水施加影响,NAO正（负）位相时,在蒙古高原甚至山西建立的深厚异常（反）气旋通过其南支西（东）风一方面阻挡低纬度季风水汽进入山西,另一方面增强（减弱）山西有限的内陆水汽供应,从而引起山西小雨事件的增多（减少）。     

1960-2009年中国西北地区东部低层风切变对雨日的控制作用及其在不同季节的降水效率

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,结合同时次NCEP全球再分析风场资料,在气旋性风切变辨识算法的支撑下,分析了近50年西北地区东部低层气旋性风切变演变对同期雨日多寡的控制与指示作用,结合低层水汽条件与气旋性风切变的配置关系,对其在不同季节对雨日的可能影响程度及降水效率进行了逐一比对与成因探讨。结果表明:在冷暖空气交汇频繁的春、秋两季,即一年中气旋性风切变多发时段,700 hPa气旋性风切变在干旱区和半干旱区,对雨日产生的差异性最为显著,降水效率相差达24%,而冬季仅为10%;通过对比分析西北地区东部不同季节风切变效率多年和少年比湿分布,发现在在春、夏两季,水汽条件对700 hPa气旋性风切变的降水效率影响最为显著。气旋性风切变降水效率概念的引入,不仅较为符合西北地区的天气气候特点,且能够较好地反映雨日与700 hPa气旋性风切变之间在不同季节与不同区域中的相关性,对现实预报有较重要的指示意义。     

夏季北极涛动与西北夏季干湿特征的年代际关系

 摘要： 利用中国西北地区（新、青、甘、宁、陕及内蒙古西部地区）1960—2003年131个测站夏季降水量、小型蒸发皿蒸发量，NECP/NCAR月平均再分析资料及夏季北极涛动指数，首先通过降水量和蒸发量定义了均一化干湿指数，进而分析了夏季北极涛动同西北地区夏季干湿特征之间的关系。研究表明：夏季北极涛动与西北地区大部分地区夏季干湿特征之间存在着显著的正相关关系，特别是年代际尺度上关系尤其密切。夏季北极涛动与西北地区夏季干湿特征空间变化的南北差异密切相关，在夏季AO偏强年代，海平面气压场在东亚大陆为正距平，太平洋为负距平;700 hPa风场在贝加尔湖地区及其下方有较强的反气旋性距平环流，西北西风带区出现西风距平，季风区出现北风距平，而500 hPa高度场在中国西北地区表现为西低东高结构。这样使得东亚夏季风偏弱，西北西风带区在夏季以西风气流为主，降水偏多，气候偏湿，而季风区盛行偏北气流，降水偏少，气候偏干。反之亦然。     

西北地区大气水汽含量时空分布及其输送研究

利用ECMWF和NCEP/NCAR 1979-2016年逐月再分析资料,分析了我国西北地区大气水汽含量的时空分布及其输送特征。结果表明：（1）西北地区水汽含量在20世纪80年代中期至90年代末呈增多趋势,从90年代开始至21世纪初呈减少趋势。就季节而言,西北地区夏季水汽含量最多,占年平均水汽含量的46.6%。（2）西北地区水汽分布与降水分布具有一致性,水汽含量主要集中在西北地区东部及其西部的天山山脉、塔里木盆地东部一带,达12～30 mm,中部水汽含量较少,不足10 mm,水汽含量的空间分布呈现出“两边高中间低”的分布形式。（3）西北地区水汽输送以西风和季风两大环流系统为主,纬向西风水汽输送可达100～500 kg·m^-1·s^-1,在全年水汽输送中占主要地位,夏季从印度洋来的强度可达100～200 kg·m^-1·s^-1的西南季风水汽输送对西北地区东部影响较显著。（4）西北地区水汽源主要位于新疆天山山脉、青海中东部、甘肃河西走廊中西段、宁夏和陕西北部等地区,而水汽汇则位于甘肃南部、陕西南部一带。     

2012年4月华南地区降水异常事件及成因诊断分析

基于实时、历史观测资料和NCEP/NCAR 再分析资料,采用气候统计和气候事件机理诊断分析方法,对2012 年4 月华南地区降水异常事件及其成因机制开展总结分析。结果表明:2012 年4 月华南大部地区降水异常偏多,强降水频发。华南地区降水异常事件的主要成因为:异常的高低纬环流形势配合,为华南地区降水异常偏多提供有利的环流背景,利于北方冷空气南下与西南暖湿气流在华南地区交汇;同期华南地区为异常偏强的上升气流控制,高低空辐散、辐合环流配置利于华南地区降水异常偏多;源自孟加拉湾、南海和西太平洋的异常水汽输送为华南地区提供良好的水汽条件,是华南地区降水异常事件的重要影响因子。     

黑河中游夏季昼夜水汽同位素特征及水汽来源分析

基于2012年6~8月的实测水汽同位素数据及相关气象数据，对黑河中游夏季昼夜的同位素基本特征、水汽来源方向及潜在蒸发源地进行了研究。结果表明：空气水汽线斜率白天大于夜晚和水汽过量氘值白天大于夜晚，综合说明白天局地蒸发较夜晚强烈；夏季受西风水汽影响显著。其中，6月主要受西风水汽和北冰洋水汽影响，7、8月主要受西风水汽和东南方向水汽影响，且8月受东南方向水汽影响最为明显；水汽运移路径上下垫面地形和气压带移动会影响水汽后向轨迹高度，西北方向上水汽输送通道较顺畅，风速较大，有利于水汽的输送；水汽蒸发源地主要集中在研究区周围及以东、以北部，其次是西北部。绿洲是主要的水汽蒸发源地，其次是城市和河流，白天较夜晚局地蒸发强烈且面积大。