东北地区大气水汽输送和收支

利用1948-2006年NCEP逐日再分析资料(纬向风速、经向风速和比湿),计算了东北地区大气水汽输送和收支及其年代际变化.东北地区大气水汽输送主要集中在夏季.夏季水汽输送主要以西南风和南风为主,影响水汽输送的两个主要天气系统是西北太平洋副热带高压和东北冷涡.分析水汽通量散度的计算值,发现东北地区是明显的水汽汇集区.东北地区水汽输送和收支有明显的年际变化,并存在13-18 a周期的年代际变化特征.目前,东北地区处于大气水汽净收入低值时期,水汽输送和收支减少的趋势与21世纪以来东北地区连续出现的干旱有着密切的联系.     

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。     

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。     

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。     

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.     

我国平均水汽含量分布的基本特点及其控制因子

本文利用我国103个探空站和印度两个探空站的气象资料,计算了1—12月平均水汽含量并绘制了各月分布图和经向、纬向时间剖面;论述了水汽含量的分布特点和季节变化。 平均水汽含量的计算公式为:     

纵向岭谷区地表大气水汽含量的气候学计算

基于1976-2005 年30 年的高空气象逐月资料,分析了地表大气水汽含量与实际水汽压之间的统计关系,构建出基于地表水汽压的大气水汽含量气候学计算模型;结合地面气象资料,计算得到纵向岭谷区各站点的地表实际水汽压;采用ANUSPLIN气象要素插值模型,对站点地表水汽压进行空间化处理,实现地表水汽压的栅格化;最后,将地表水汽压格网数据输入构建的气候学模型,基于GIS地理空间分析平台,得到纵向岭谷区地表大气水汽含量的空间格局,实现大气水汽含量的空间化模拟。讨论纵向岭谷区地表水汽压与大气水汽含量的空间分布特征及其主要成因,认为纵向山系对水汽输送的东西向阻隔作用导致了地表水汽压与大气水汽含量的东西差异,南北走向深切河谷是季风水汽输送的重要通道;地形的“通道-阻隔”作用形成了大气水汽含量的特殊空间分布格局。     

昆仑山北麓两次极端暴雨水汽特征对比分析

使用高空、地面观测资料、地面自动站雨量资料和美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料,通过水汽通量诊断分析、后向轨迹模型等方法,分析了昆仑山北麓和田地区2020年5月5-7日（简称“05·06”过程）和2021年6月14-17日（简称“06·15”过程）两次极端暴雨过程的环流形势、中尺度系统、水汽输送和收支特征。结果表明：（1） 两次暴雨过程有共同的特点：影响系统都为中亚低涡,均有来自里海、咸海一带的水汽输送;对流层低层偏东急流作用显著,最强水汽辐合集中在700~850 hPa。（2） 两次暴雨过程也有明显差异：“05·06”过程的南亚高压为带状分布,水汽输送路径为西方和偏东路径,其中西方路径水汽输送最明显,西边界水汽输入贡献占88%;“06·15”过程的南亚高压为双体型,水汽输送路径为北方和偏南路径,水汽来自阿拉伯海和孟加拉湾的偏南气流向北输送,南方路径输送量远远大于其他路径,南边界水汽输入贡献占78%。（3） 和田大气可降水量（PW）增大尤其是超过平均状态时,对强降水出现有指示意义,当PW≥20 mm以上时,可能会出现暴雨或极端暴雨天气。     

夏季怒江流域水汽输送多支特征及对降水影响

基于高空间分辨率0.25°的ERA-Interim再分析资料、TRMM 3B43 Version7数据、气象站点实测数据等多源数据,本文采用一种新的流域边界水汽通量概化和提取方法,揭示了夏季怒江流域水汽输送多支特征,并分析了其对降水时空分异的影响。研究表明,在高黎贡山南部、北部,伯舒拉岭北部及念青唐古拉山中部,有4支区域性水汽输送高值区,多年平均输送通量分别达102.6 kg/(m·s)、66.3 kg/(m·s)、39.7 kg/(m·s)和41.3 kg/(m·s)。多支水汽输送不仅深刻影响流域水汽输送格局,而且对降水时空分异也有不同程度影响。年际变化上,中下游横断山区水汽输送对降水的影响较小,上游青藏高原区影响较大,尤其以那曲—比如—索县一带影响最为显著。空间分布上,流域降水与水汽输送通量呈显著正相关,受多支水汽输送影响形成多个区域性多雨带。     

夏半年青藏高原“湿池”的水汽分布及水汽输送特征

采用1948-2007年共计60年的NCEP/NCAR再分析资料.计算了夏半年(4-9月)青藏高原大气中的可降水量、水汽输送通量和水汽输送通量散度,分析了夏半年青藏高原可降水量的分布和变化特征,青藏高原及其附近的水汽输送.结果表明:在对流层中层的青藏高原上空,夏季是一个明显的大气水汽含量高中心,"湿池"特征非常显著,湿池主要有三个大的可降水量中心,即高原的西南部、东南部和高原南侧.4-9月,高原上的可降水量变化很大,高原的增湿的速度小于减湿的速度.水汽进人高原主要通过三条水汽通道,即西风带水汽输送通道、印度洋-孟别拉湾水汽通道和南海-孟加托湾水汽通道.水汽主要在高原西南侧、喜马拉雅山中段和高原东南侧进入高原.     

Satellite-measured water vapor isotopologues across the Tianshan Mountains,central Asia

The satellite-based water vapor stable isotope measurements have been widely used in modern hydrological and atmospheric studies. Their use is important for arid areas where the precipitation events are limited, and below-cloud evaporation is strong. This study presents the spatial and temporal characteristics of water vapor isotopologue across the Tianshan Mountains in arid central Asia using the NASA Aura Tropospheric Emission Spectrometer (TES). The near-surface water vapor stable isotopes are enriched in summer and depleted in winter, consistent with the seasonality of precipitation isotopes. From the surface to 200 hPa, the isotope values in water vapor show a decreasing trend as the atmospheric pressure decreases and elevation rises. The vapor isotope values in the lower atmosphere in the southern basin of the Tianshan Mountains are usually higher than that in the northern basin, and the seasonal difference in vapor isotopes is slightly more significant in the southern basin. In addition, bottom vapor isotopologue in summer shows a depletion trend from west to east, consistent with the rainout effect of the westerly moisture path in central Asia. The isotopic signature provided by the TES is helpful to understand the moisture transport and below-cloud processes influencing stable water isotopes in meteoric water.     

甘肃空中水汽含量对全球气候变化响应

利用1961-2000年的水汽压资料,采用EOF、小波分析和计算Petitt变点等方法,分析了40 a甘肃大气中水汽含量的变化。结果表明:甘肃水汽变化以全区一致为主,呈上升趋势,1987年突变后更加明显;西部水汽上升明显于东部,在1978年后更加突出;水汽变化具有明显的阶段性;各季水汽变化差别明显,其中夏季线性增加的趋势最明显,冬季次之,春秋两季线性斜率接近于0,增减趋势不明显;水汽对全球变化响应的敏感区域主要在黄河附近;水汽变化以2～4 a振荡周期为主;水汽含量变化与青藏高压和赤道太平洋海温关系密切。     

近60 a新疆大气水分亏缺的时空变化特征

在全球陆地大气水分亏缺(VPD)已经增加、并将持续增强的背景下,新疆大气环境是否趋于干旱化值得探讨。利用1961—2020年地面气象观测资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,研究了新疆VPD的分布及时空演变特征。结果表明：(1)近60 a来新疆VPD整体呈现显著增加趋势,增幅为0.015 kPa·(10a)^-1。VPD在2005年发生突变,突变前为弱波动变化,突变后呈增加趋势。(2)各季节VPD均以增势为主,其中春、夏季增幅较大,冬季增幅最小。春、秋季VPD突变特征与年变化较为一致,夏季略晚(2006年出现突变)。(3)空间分布上,VPD呈现“山区低、盆地高”的鲜明格局。时空演变分析表明,全疆大范围地区(近83.65%的气象站点)VPD呈增势变化,而VPD呈下降趋势的站点多分布在天山山脉东段的北麓以及南疆盆地的北、西北缘。季节尺度上,春季VPD呈增势变化的站点数占比最高(96.15%),是新疆大气水分胁迫范围最广的时段,而冬季大气水汽含量相较稳定。     

大气水汽同位素组成的短期变异特征

Stable isotopes of atmospheric water vapor reveal rich information on water movement and phase changes in the atmosphere. Here we presented two nearly continuous time-series of δD and δ18O of atmospheric water vapor (δv) measured at hourly intervals in surface air in Beijing and above a winter wheat canopy in Shijiazhuang using in-situ meas-urement technique. During the precipitation events, the δv values in both Beijing and Shiji-azhuang were in the state of equilibrium with precipitation water, revealing the influence of precipitation processes. However, the δv departures from the equilibrium state were positively correlated with local relative humidity. Note that the δv tended to enrich in Beijing, but deplete in Shijiazhuang during the precipitation events, which mainly resulted from the influence of transpiration processes that enriched the δv in Shijiazhuang. On seasonal time-scale, the δv values were log-linear functions of water vapor mixing ratios in both Beijing and Shijiazhuang. The water vapor mixing ratio was an excellent predictor of the δv by the Rayleigh distillation mechanisms, indicating that air mass advection could also play an important role in deter-mining the δv. On a diurnal time-scale, the δv reached the minimum in the early afternoon hours in Beijing which was closely related to the atmospheric processes of boundary layer entrainment. During the peak of growing season of winter wheat, however, the δv reached the minimum in the early morning, and increased gradually through the daytime, and reached the maximum in the late afternoon, which was responsible by the interaction between boundary layer entrainment and the local atmospheric processes, such as transpiration and dew for-mation. This study has the implications for the important role of vegetation in determining the surface δv and highlights the need to conduct δv measurement on short-term (e.g. diurnal) time scales.     

黄土高原东部夏半年降水稳定同位素特征及水汽来源分析

大气降水氢氧稳定同位素的组成可以指示降水过程的气候环境变化,分析大气降水稳定同位素的变化,对于研究气候条件下的水文循环过程具有重要意义。本文基于2019年夏半年（4—10月）黄土高原东部8个站点采集的152个降水样本的δ²H和δ¹⁸O的测定,系统分析δ²H和δ¹⁸O的时空分布特征及与气象参数、云下蒸发的关系,并利用HYSPLIT模型分析了水汽来源及运移路径。结果表明：① 研究区夏半年降水δ²H¹和δ¹⁸O存在显著的季节变化,其中5—7月逐渐富集、8—9月逐渐贫化;研究区降水δ²H和δ¹⁸O亦表现出显著的空间差异,整体上呈现由东南向西北逐渐增加的趋势。② 区域大气降水线的结果表明,该区整体上降水受云下蒸发作用较为显著,但位于盆地地区（赵城、阳泉、长治）降水过程受局地内循环影响较明显。③ 该区域降水中δ¹⁸O并未表现出显著温度效应和降水量效应,仅汾河谷地的介休站存在温度效应而介休、临汾站存在降雨量效应。④ 云下蒸发过程对太行山土石山区中部的阳泉站、北部的大同站以及汾河谷地的临汾站影响较为显著,其云底与地表降水的氢氧稳定同位素差异较显著。⑤ 水汽来源分析的结果显示,该区域夏季降水的主要来源为近地及东南方向下的渤海等地,远距离下的西方路径水汽含量占比较小。本文的结果对于增进区域水循环的认识及水资源的合理优化配置具有重要意义。     

黑河流域大气降水水汽来源分析

根据黑河流域取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中氢氧同位素的时空差异与水汽输送的关系,定量估算了大陆性局地水汽循环在总降水中所占的比率.研究表明,春夏季降水主要受海洋性水汽来源影响,秋冬季降水受大陆性局地水汽来源影响;受水库水体蒸发水汽影响的附近区域降水氘盈余偏高,受海洋蒸发水汽控制的祁连山区降水氘盈余接近全球平均值10‰;基于氘盈余值估算,局地水循环对区域降水贡献率较大,占全年降水比例至少达31.06%.     

Surface energy and water vapor fluxes observed in a desert plantation in central Iran

Summertime observations of surface radiation budget, energy balance and atmospheric surface layer meteorology were made on an arid valley floor planted with Haloxylon aphyllum to combat desertification in central Iran. The surface microclimate is characterized and compared with other arid regions and the role of ‘desert greening’ on surface fluxes is considered. A high surface albedo (0.265) and large longwave radiation loss produced relatively low net radiation. Energy partitioning was dominated by sensible and ground heat fluxes with opposing diurnal asymmetry governed by strong diurnal variability in eddy diffusivity. The Bowen ratio was 2.53, which fell inside the range of other vegetated arid surfaces. Surface temperature gradients were strong both in the atmospheric surface layer and in the substrate, with consistent lapse conditions by day and inversions at night. The wind regime included a moderate daytime regional wind which displayed Coriolis turning and weaker nocturnal slope flows. Actual evapotranspiration (1 mm dy⁻¹) was only a small fraction of potential evapotranspiration. The diurnal pattern of AET indicates strong stomatal control. The desert greening effect of Haloxylon plantations provided atmospheric water and reduced sensible heat flux by up to 40%.     

近47a塔里木盆地近地面水汽含量的趋势和突变研究

利用塔里木盆地38个站1961-2007年水汽压资料,采用5点3阶平滑趋势线、小波分析,Mann-Kendall趋势统计突变检验等方法分析了盆地近地面大气中水汽变化。结果表明:(1)塔里木盆地近47 a来水汽含量有明显的一致增多趋势,平均趋势值是0.023 8;有3个增多的高值和3个低值中心,从盆地东北到西南,呈条块状交替分布。(2)塔里木盆地年和四季水汽含量变化趋势具有年际和年代际差异。最小值和47 a波动性增长开始时期出现在20世纪60年代末和70年代中,最大值出现在90年代,四季中夏季增多趋势最强,秋季次强,春季的最弱。(3)小波分析表明:塔里木盆地47 a中水汽各尺度内的偏多期和偏少期交替分布,年尺度和季尺度都有明显的周期。年水汽的8 a和4 a周期,春季的8~10 a和4~6 a,夏季的4~6 a,8~10 a和16~20 a,秋季的4~6 a,8 a和20 a,冬季的8~10 a周期明显。突变分析表明:盆地年和四季水汽含量都在1986年发生了突变,都通过了α=0.05的显著性水平检验。(4)塔里木盆地水汽与西风环流、青藏高原环流和塔里木盆地年均气温的趋势变化及突变时期相近。盆地水汽与大气环流和气温相关显著,青藏高原环流和盆地水汽相关最高,四季中春季水汽与大气环流和气温相关最低。