中国夏季风影响过渡区与其他地区蒸发皿蒸发量趋势相反的原因

夏季风影响过渡区是天气和气候的敏感区,随着全球和区域的变暖,该区域特殊的气候环境响应引起人们重点关注。以南昌、定西、乌鲁木齐作为夏季风影响区、夏季风影响过渡区以及非夏季风影响区的代表站,通过对比中国夏季风影响过渡区和其他地区50年来温度、日照时数、相对湿度、降水量、低云量、风速的变化趋势,以及分析各气象因子单独变化对蒸发皿蒸发量的影响,发现在夏季风影响过渡区各个气象因子的变化均使蒸发皿蒸发量增加,而在其他地区,只有温度变化会使蒸发皿蒸发量增加,其他各因子的变化均会造成蒸发皿蒸发量的下降。贡献度更直观的反映各气象因子对不同地区蒸发皿蒸发的作用。结果表明温度变化对夏季风影响过渡区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为48.93%。风速变化对夏季风影响区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为51.54%。降水变化对非夏季风影响区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为58.57%。此外,低云量的变化对夏季风影响过渡区、夏季风影响区和非夏季风影响区的贡献均达到20%以上。因此,不同地区影响蒸发皿蒸发的最主要的因子是不同的,但低云量对任何地区蒸发皿蒸发的影响都非常重要。     

青藏高原与黄土高原过渡区雷暴活动特征及东亚夏季风的影响

利用1951-2012年青藏高原与黄土高原过渡区(下称研究区)54个站点雷暴日数观测资料,分季节统计了研究区雷暴发生日数的年际和季节变化特征及其对东亚季风的响应。结果表明,研究区夏季雷暴日数最多,春季次之,秋季较少,冬季几乎无雷暴发生。青藏高原东部的甘南地区年平均雷暴日数最多,其次为祁连山东部的永登和乌鞘岭地区,靠近黄土高原地区的年平均雷暴日数相对较少,研究区雷暴日数总体呈下降趋势。夏季(6-8月)雷暴日数多年对应强夏季风年,雷暴日数少年对应弱夏季风年。东亚夏季风强年,研究区水汽通量明显偏大,西太平洋副热带高压西伸脊点位置偏东,新疆东侧和内蒙古西北侧500 hPa高度场偏低,蒙古热低压处于发展阶段,这些特点都有利于强对流天气的产生;东亚夏季风弱年,情况则相反。小波分析结果表明夏季雷暴日数与东亚夏季风都存在准30年的振荡周期。     

中国不同干湿区蒸发皿蒸发和实际蒸发之间关系的研究

利用降水量将中国划分为干旱、半干旱、湿润和半湿润4个区域,开展不同区域中蒸发皿蒸发和多个模式模拟的实际蒸发的集成结果对比研究,探讨和分析在不同干湿背景下蒸发皿蒸发和利用观测的气象数据驱动的陆面过程模型模拟的实际蒸发之间的关系,并对导致这种关系的原因进行了分析,表明结果:(1)实际蒸发在中国整体上表现为下降趋势,这与湿润和半湿润区的变化趋势一致,而在干旱和半干旱区,实际蒸发表现为上升的变化趋势;(2)对比不同干湿区域的结果发现,在干旱和半干旱区,蒸发皿蒸发和实际蒸发表现为相反的变化趋势,在半湿润和湿润区,蒸发皿蒸发和实际蒸发表现为相同的变化趋势,在中国整体上蒸发皿蒸发和实际蒸发在总体上也具有一致的变化趋势;(3)单站分析的结果表明,中国东南大部分站点蒸发皿蒸发和实际蒸发表现为相同的变化趋势,而在西北地区大部分站点两者之间是相反的关系,这与区域平均的结果是一致的;(4)蒸发皿蒸发和实际蒸发之间在各个地区存在不同的关系主要是由于不同的干湿背景下实际蒸发变化的主要制约因子不同造成的。     

我国夏季风过渡区陆-气相互作用研究的新进展

中国夏季风过渡区是全球陆-气相互作用强盛区域之一,也是极端天气灾害频发且易造成严重经济损失的区域,对过渡区陆-气相互作用的进一步认识将有助于提升该区域防灾减灾能力。以近年来中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室为平台开展的夏季风过渡区相关项目群取得的研究成果为基础,对过渡区陆-气相互作用时空分布规律、陆面水分收支对夏季风响应新特征、边界层时空变化特征及发展机制、季风与陆-气相互作用对区域气候影响、陆-气相互作用对作物产量影响以及多因子和多尺度动力学粗糙度参数化方案等方面的新进展进行系统总结,并根据夏季风过渡区陆-气作用研究的发展趋势,提出今后应在侧重加强陆-气交换多循环过程对夏季风年循环响应规律研究基础上,探讨陆-气相互作用对夏季风的多尺度动态响应,建立地表过程和大气边界层关键物理量的气候动力学关系,以改进和提升区域气候模式模拟水平。该工作对推动我国陆-气耦合过程的研究具有重要意义。     

夏季风过渡区的陆-气相互作用：述评与展望

夏季风过渡区是受夏季风影响最敏感的区域之一,其陆-气相互作用对夏季风气候动力学过程响应明显,该区域的陆-气相互作用及其对夏季风活动的响应是一个值得关注的重要科学问题。分析了中国夏季风过渡区的形成及其基本特征,讨论了夏季风过渡区陆-气相互作用过程研究的主要关注点,初步推测了该地区陆-气相互作用对夏季风变化的响应机制。指出该地区陆-气相互作用研究包含了多重互馈机制、陆面水-热-生过程耦合、近地层到自由大气的多界面交换、季风多尺度作用和特殊的陆面水分循环等一系列重要科学问题。同时,总结归纳了该领域的主要研究进展和关键科学问题,提出了未来应该重点研究的7个方面,并初步给出了研究试验的基本思路。为未来系统深入研究夏季风过渡区陆-气相互作用及其对夏季风活动响应问题提供了科学指导。      

蒸发皿蒸发及能量变化过程的微气象观测研究

蒸发皿作为测量大气蒸发需求的仪器,在水文和气象台站广泛使用。为了深入认识蒸发皿蒸发量的物理意义,在中国西北干旱区设置了"内蒙古蒸发皿蒸发试验(IMPEEX)"。利用近地层微气象观测方法,基于能量平衡原理,对Class A、20 cm和E601B三种不同型号的蒸发皿蒸发过程进行精细观测,观测结果显示:三种蒸发皿蒸发量日变化之间存在显著差异,而这种差异主要是由蒸发皿水体与周围环境构成的非均匀性强度所控制;蒸发皿中水体越深,水温层结越显著;E601B蒸发皿水体与土壤之间的热通量约在±10 W·m-2之间波动,但日总通量几乎为0;典型晴天Class A蒸发皿水面反照率呈"U"型日变化,日平均值为0.087。蒸发皿水体能量平衡分析显示,太阳辐射和水体储热率是决定蒸发皿蒸发强度的主要能量分量,而水面感热、侧壁和底部热传导对蒸发皿蒸发量的贡献较小。     

华北和印度夏季风降水变化的对比分析

 利用华北和印度夏季降水资料,采用趋势分析、小波变换等方法,对两地区夏季风降水进行了对比分析。结果表明：1) 华北和印度夏季风降水量都存在线性减少倾向,但华北更为显著,减少达16 mm/10 a;2) 华北和印度夏季风降水变化都以18 a周期为主,近年都有逐渐缩短的趋势,而印度的这种周期缩短得比华北更快,近年降水变化周期接近15 a;3) 华北和印度夏季风降水变化在1956、1976、1992/1993年发生了趋势转折;4) 华北和印度降水量主要集中在6-9月,夏季风降水特征非常明显,但两地变化特征表现不尽相同。     

青藏高原唐古拉山南北坡夏季风降水特征的对比分析

根据GAME-Tibet加强观测期间 (1998年5~9月) 所得到的位于青藏高原唐古拉山北坡的D105站和南坡的WADD站夏季风降水资料, 对唐古拉山南北坡夏季风降水特征进行了初步的对比分析.结果表明两地夏季风降水频率较高.在1998年6月25日~9月19日, WADD站的降水量比D105站的降水量多48.8%, 而发生的降水次数在WADD站比D105站多10次, 两者的累积降水次数基本上差不多.同时, WADD站平均降水强度高于D105站.这两地的夏季风降水存在明显的活跃期和中断期, 7月中旬夏季风降水都不活跃.大多数情况下, 这两地的日降水量的变化有较为一致的趋势, 表明两地降水可能受同一降水过程的控制.9月初以后, 夏季风降水已明显减弱.     

黔东南气温变化对蒸发皿蒸发量的影响分析

利用1980-2010年黔东南地区16个地面气象站逐月实测资料,采用灰色关联度方法分析了蒸发皿蒸发量对各气象要素的影响程度,通过经验正交函数分解方法(EOF)提取了第一特征向量场的时间系数并进行了Mann-Kendall突变检验和线性倾向估计分析,以及利用非线性回归方法建立数理模型确定气温变化对蒸发皿蒸发量的影响等。结果表明,黔东南地区的蒸发皿蒸发量与气温、湿度、降水量等因子有关系,并与气温的关系最为密切;同时,该地区气温出现了明显的升温趋势,即20世纪90年代中期是该地区年气温突变的关键时期,其气温倾向率为0.25℃.(10a)-1,通过了α=0.05显著性水平检验;在气温升高1℃的情况下,蒸发皿蒸发量增加了5.93%～8.04%,并自东向西逐渐递减,与海拔呈反相关关系。     

热带印度洋和太平洋增暖对东亚夏季风趋势的相反影响

利用多成员集合试验结果,比较分析了热带印度洋和太平洋增暖各自对东亚夏季风趋势变化的影响。试验所用模式是GFDLAM2大气环流模式,增暖是通过在气候平均海洋表面温度（SST）基础上,叠加随时间线性增加的、相当于实际50a左右达到的SST异常来实现的。结果表明：热带印度洋和太平洋共同增暖有使东亚夏季风减弱的趋势。相比较而言,单独印度洋增暖有使东亚夏季风增强、华北降水增多的趋势,而单独太平洋增暖有使东亚夏季风减弱的趋势,即印度洋增暖与太平洋增暖对东亚夏季风存在相反的、竞争性影响。进一步分析指出,热带太平洋特别是热带中东太平洋的增温可能对20世纪70年代末期开始的夏季风年代际减弱有更重要的贡献;在未来热带印度洋和太平洋持续增暖、但增暖强度纬向差异减小的新情况下,东亚夏季风减弱的趋势可能还将持续。     

4种蒸发波导模型的对比与分析

蒸发波导模型常用来计算海上蒸发波导高度。为了认识当前不同蒸发波导模型之间的差异和方法,本文选取了目前使用广泛的4种蒸发波导模型(即P-J模型、Babin模型、NPS模型和伪折射率模型)进行对比和分析。本文首先探讨了在理想情况下它们对气象要素的敏感性,随后并利用我国南海近海大气层观测试验数据对比了这4种模型的蒸发波导高度计算结果。分析表明:相对湿度、风速和气—海温差的变化对4种模型的计算都有着较大的影响,特别是在不稳定层结状况下,4种模型计算得到的蒸发波导高度都随着相对湿度的增大而降低、随着风速的增大而增高。Babin模型和NPS模型计算的波导高度较为一致,伪折射率模型与前两种模型的计算结果存在差异,而P-J模型与其他3种模型存在较明显的偏差。基于南海气象数据的计算结果表明,不同蒸发波导模型在该海域蒸发波导的模拟结果略有不同,但4种模型计算得到的波导高度日变化变化趋势较为一致,波导高度极低值常出现在早晨,而极高值常出现在傍晚。     

局地海陆热力对比对南海夏季风爆发影响的数值试验

使用P-σ区域气候模式，通过两组海温异常下的数值试验和2个理想试验来初步探讨南海与中南半岛局地海陆热力对比对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬春季南海海温增暖使南海高低空均呈现出有利于季风环流形成的形势，促进南海夏季风的爆发；冬春季南海海温变冷的作用则基本相反。南海地区局地海陆热力对比是南海夏季风爆发的可能原因之一，这种局地的海陆热力差异叠加在大尺度的海陆热力差异作用之上，对南海季风在南海地区突发性爆发特征的形成起了一定的促进作用。     

对比云和降水表征的东亚夏季风活动

利用1998~2007年候平均ISCCP（International Satellite Cloud Climatology Project）D1云资料和台站融合降水资料,定义了两类云指数和降水指数,分别反映东亚夏季风活动期间不同云类云量和降水量位置及强弱的变化。用云指数和降水指数研究了东亚夏季风在中国大陆的推进过程,发现两类指数均能表现东亚夏季风的停滞与北跳特征且具有时空上的一致性。基于云指数变化定义了中国东部华南、华东和华北三个区域季风活跃期、过渡期和中断期,检验了季风活跃期和中断期云指数的差异、500 hPa环流场和水汽场的差异,验证了用云表征季风活动的合理性。对比了用云指数和降水指数定义的季风活动期,发现两个指数定义的季风活跃期和中断期日数虽有差异但基本一致,二者的区别在于降水指数偏重于对降水特征差异的描述,云指数则更偏重于对不同类型云量差异的描述,二者的差异还反映了降水性质的差异。     

我国两种蒸发观测资料的对比分析

通过1980年以后的E-601型蒸发资料与相同时期的20 cm小型蒸发资料的比较,分析了两种蒸发资料的特点,给出了两者的折算系数、相关系数、离差系数,建立了利用小型蒸发资料计算大型蒸发资料的订正公式。     

基于多源陆面通量数据相融合的新资料及其在中国夏季风影响过渡区的应用

夏季风影响过渡区是陆面能量交换与区域气候相互作用显著的热点区域。然而,目前缺乏适用于该区域的高精度长期通量数据集,这限制了陆面水热交换与气候相互作用的研究。如何融合目前已有的多源通量资料进行重构建以及应用显得十分必要。本研究综合包括中国北方协同观测试验和中国通量网的多种下垫面通量观测以及多种格点资料,试图重构中国夏季风影响过渡区的陆面能量通量数据集。在筛选具有优良下垫面代表性站点并考察模拟和观测散点分布规律的基础上,利用多元回归模型构建了一套适用于夏季风影响过渡区并且受观测资料约束的月平均感热、潜热和净辐射数据集。交叉验证结果表明构建的数据集相对于几种原始格点数据集精度有一定提高,最大程度上消除了原始格点资料的系统偏差。进一步分析表明在地表能量平衡分量中,陆面湍流通量对夏季风的响应更为显著,并且夏季风影响过渡区陆面湍流热通量对夏季风持续时间呈现对数分布的年际变化规律;当夏季风处于低持续影响状态时陆面湍流热通量年际变化更为显著,偏弱的夏季风系统可能导致陆面过程对气候变化更强的影响。本文基于多源通量数据融合构建的新数据集可以为气候变化研究提供数据支撑,同时增加了对陆面过程与季风系统相互作用的认识。     

南海夏季风爆发前后华南前汛期降水日变化对比分析

利用华南地区248个国家级地面气象站逐小时降水数据和14个探空站数据,分析了2003—2016年4—6月华南前汛期降水日变化特征。据南海夏季风爆发时间,将降水分为爆发前后两个时段。华南地区主要存在两条大雨带,一个位于云贵高原至南岭山脉以南,另一个位于广东沿海地区。偏北雨带集中发生在后半夜至清晨时段,偏南雨带集中发生在中午至下午时段。南海夏季风爆发前后,降水量不存在明显相关性,相关系数较大时次位于中午至下午时段。前后期年降水标准差在0.5附近,变化幅度明显时段主要集中于凌晨至清晨。午后出现3 h多年降水量变化幅度最大值,最小时段为中午12时。降水量、降水频率和降水强度的经向分布特征明显且相似:降水量和降水频率在112 °E附近出现日变化转折,以西多出现不稳定夜雨,以东白天降水波动较大。在南海夏季风爆发前,降水特征主要表现为西部高频、南部高强,在清晨更多作用于对暴雨系统的增长;季风爆发后则表现为西北-东南南的高频率高强度降水形态,在傍晚更多作用于增加降水发生频率。      

干旱区气象因子对蒸发皿蒸发量的影响

根据20 cm蒸发皿的几何尺寸和架设特征,对Penman蒸发公式中的辐射项Rn和储热项S进行修改,建立了20 cm蒸发皿蒸发模型。利用古浪非均匀近地层观测试验(GHUSLE)中连续14天观测的20 cm蒸发皿逐时蒸发数据对该模型进行验证。结果表明,该模型能够成功地模拟蒸发皿蒸发的日变化过程,模拟的日蒸发量均方根误差和平均相对误差分别为0.72 mm·d-1和6.7%。20 cm蒸发皿蒸发过程中太阳辐射项的贡献约占蒸发皿总体蒸发的1/3,空气动力项的贡献约占2/3。常规气象因子影响蒸发皿蒸发的敏感性试验表明,风速、空气湿度、太阳辐射和气温对蒸发皿蒸发的影响强度依次递减,其蒸发量随这4种气象因子的变化率分别为0.602,-0.590,0.528和0.370。     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。