青藏高原及周边地区水汽、水汽输送相关研究综述

本文对近几十年来,青藏高原及周边地区水汽、水汽输送相关研究进行了收集整理,重点回顾、归纳了青藏高原及周边地区水汽分布和源地、水汽输送特征以及该区域在我国水汽输送中的重要地位等方面的研究成果,同时也总结了近几十年来高原及周边地区水汽、水汽输送变化特征及带来的影响方面的相关研究结论,最后在综述的基础上对未来的研究方向进行了展望。      

夏季云贵高原地区降水特征及云水资源的匹配

基于云贵高原地区1961—2010年高分辨率(0.5°×0.5°)逐日降水格点资料,分析了云贵高原及东、西两个区域的夏季降水变化特征。并结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979—2010年ERA-Interim再分析资料,计算了其夏季水汽输送通量和净水汽收支。结果表明:(1)云贵高原夏季平均降水分布不均匀,存在区域差异:云贵高原西部的中部为降水量低值区,其向南、向西逐渐增加;东部由其东南部向西北部递减的分布形式。(2)将云贵高原分成两个区域,东、西部区域的降水都呈增加的趋势,降水量较高的区域降水增长速度较快。(3)大气中的水汽从云贵高原南边界和西边边界进入,从北边界和东边界流出,全区以净水汽输出为主,输出值与降水的变化都呈增长趋势。其中东部水汽为净输入;西部为净输出,向各区域的水汽输送量逐渐增加与各区降水量呈增长趋势变化同样相一致。(4)影响西部夏季降水的水汽主要源于孟加拉湾北部、南海北部和横断山到四川盆地地区,而东部水汽主要来自南海北部和四川盆地西部。     

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。     

Variations of Summer Precipitation and Its Relation with Vapor Transfer over the Qinghai Plateau

From the study of the summer precipitation variation over the Qinghai Plateau and its dependence on vapor transfer, results are presented as follows: 1) during 1961-2003, both the summer rainfall and meridional net vapor flux (NVF) in the atmosphere display a parabola-shaped change with first rise and then drop in intensity and, in contrast, the zonal and regional NVFs exhibit increasing trends; 2) meridional NVF is positively correlated with the rainfall; 3) di erences in vapor transfer throughout atmospheric vertical extent between dry and wet years over the plateau are shown in that the transfer is stronger in a wet year with large-scale vapor convergence and vice versa in a dry year; in a wet year the meridional vapor transport can reach a belt 3.5 degrees of latitude northward and 7 degrees of longitudes eastward of the positions in a dry year; and vapor flux increases (decreases) by 54.0% (21.9%) in a wet (dry) year with respect to the mean (over 1971-2000).     

高分辨率MRI模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟

本文使用MRI模式在不同分辨率下(180 km、120 km、60 km、20 km)的AMIP试验结果, 分析了该模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟, 并考察模式分辨率的影响。结果表明:MRI模式能够较为合理地模拟出青藏高原夏季气候平均的降水空间分布, 但对气候平均水汽输送通量以及降水年际变化的模拟却存在较大的误差。随着分辨率的提高, 该模式对青藏高原气候平均降水的模拟有明显改进, 包括降水年循环以及夏季降水的空间分布等。分辨率为180 km、120 km、60 km、20 km的MRI模式模拟的青藏高原7月平均降水绝对误差分别为2.2 mm/d、1.2 mm/d、0.7 mm/d、0.2 mm/d。另外, 高分辨率模式模拟的青藏高原夏季水汽输送通量的年际变化也更接近观测。当分辨率达到20 km时, MRI模式模拟的西风水汽输送指数与观测的相关系数达到0.43, 通过了0.1显著性水平的显著性检验。但MRI模式对青藏高原夏季降水的年际变化以及气候平均水汽输送通量的模拟技巧并不随分辨率的增加有明显提高。低分辨率模式中模拟降水量偏大、印度季风槽偏强的现象在高分辨率模式中仍然存在。     

Validation of IASI-Retrieved Atmospheric Water Vapor Data over the Tibetan Plateau Region

The Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) is a new-generation ultraspectral atmospheric sounding instrument mounted on the MetOp-A, the first operational polar-orbiting satellite developed by the European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT). It is an ultrahigh spectral-resolution atmospheric detector which can detect atmospheric chemical composition, temperature, and humidity profiles with high accuracy and resolution. In the present study, through comparative analyses of the similarities and differences between the IASI and the radiosonde observation (RAOB) water vapor data, and between the IASI and the Aqua-AIRS water vapor retrievals, a detailed and systematic assessment of the credibility of the IASI water vapor retrievals over the plateau region was made. A comparison of the IASI retrievals with the AIRS retrievals and the RAOB measurements over the Tibetan Plateau revealed that the IASI retrieval data are reliable and can be used for conducting further studies.     

青藏高原周边异常多雨中心及其水汽输送通道

采用整层水汽通量诊断分析方法重点探讨了青藏高原周边多雨中心的水汽输送结构，揭示了高原东南部整层水汽输送扰动尺度辐合特征及其与高原周边多雨中心的相关关系，并分析了整层水汽通量合成相关矢量场，揭示出高原周边多雨中心水汽源及其多通道的异常辐合特征。     

青藏高原一次强对流过程对水汽垂直输送的数值模拟

本文采用中尺度天气研究预测模式(WRF)模拟了青藏高原那曲地区的一次强对流过程,分析了强对流对水汽的垂直输送量及对模式不同云微物理参数化方案的敏感性.通过与实测资料的比较,发现此次模拟在对流发生时间、地点、降水时间等方面均与实际接近.敏感性试验表明:当对流发生时,对流区域向上的水汽通量随海拔高度呈先增大后减小的趋势,该...     

西藏高原汛期旱涝年水汽输送差异特征

利用西藏高原39个气象站自1961年或建站开始至2010年汛期(5—9月)的逐月降水资料,根据Z指数和区域旱涝指数分析了近50年西藏高原汛期旱涝的变化特征。在此基础上,选取了典型旱、涝年,采用NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过合成分析方法分析了旱、涝年的水汽输送特征的差异。结果表明:近50年以来,西藏高原以旱为主,涝灾较少,干湿状况具有明显年代际变化;西藏高原汛期旱涝与水汽输送异常联系紧密,典型旱(涝)年北印度洋、西北太平洋和亚洲中纬度地区的整层水汽通量经向、纬向及整层水汽通量和水汽通量散度均存在显著差异,呈反位相分布。越赤道急流区的差异最为显著,索马里越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在经向上,而菲律宾越赤道气流区的水汽输送差异主要表现在纬向上。     

江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析

在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.     

青海高原夏季降水异常及其水汽输送特征分析

通过对青海高原夏季降水异常及其水汽输送特征的分析表明:(1)青海高原夏季降水的年代际变化总体呈先增后减的抛物线型变化,80年代中期以前没有明显的变化周期,80年代末以后存在较稳定的3年周期,目前正处于一相对多雨时期。(2)青海高原夏季整层水汽通量在50~150kg·m-1·s-1之间,自西界向东界增加,近43年空中水汽收支整体上呈增加趋势。(3)旱年青海高原空中水汽偏少10~40kg·m-1·s-1,水汽通量散度场除北部呈辐合加强外,其余地区均为水汽通量辐散加强区。涝年青海高原水汽输送偏强10~20kg·m-1·s-1,水汽通量散度场表现为整个区域的辐合加强。(4)旱年青海高原空中水汽收支呈“盈余”状态,但比平均状况少2923·3kg·s-1,减幅为21·88%;涝年空中净水汽通量也呈“盈余”状态,但比平均状况多7253·6kg·s-1,增幅达53·99%。     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

青藏高原那曲地区夏季一次对流云降水过程的云微物理及区域水分收支特征

第三次青藏高原科学试验针对高原夏季云和降水物理过程开展了大量观测研究,为进一步揭示高原云微物理结构、云中水分转化和区域水分收支特征,本文采用中尺度数值预报模式（WRF）并结合高原试验期间的各种观测资料,对那曲观测试验区2014年7月5~6日的一次较为典型的夏季对流云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明WRF模式能够基本再现高原夏季对流云的发展演变过程以及降水的日变化特征。模拟结果显示高原夏季对流云中具有较高的过冷云水和霰粒子含量,冰相过程在高原云和降水的形成和发展中具有十分重要的作用,地面降水主要由霰粒子融化产生。暖雨过程对降水的直接贡献很小,但在霰胚形成中具有十分重要的作用。霰粒子胚胎的形成主要来源于冰晶与过冷雨滴的撞冻过程,雪粒子和过冷雨水的碰冻转化及过冷雨滴的均质冻结贡献相对较小。霰粒子的增长过程在12 km（-40℃）以上层主要依靠对冰晶、雪粒子的聚并收集过程,而在其下层的增长过程主要依赖对过冷云水的凇附增长,对雪粒子的聚并收集和凝华增长过程较小。高原那曲地区净水汽收支为正,日平均降水转化率可达20.75%,接近长江下游地区,高于华北、西北地区。该地区日降水再循环率为10.92%,说明局地蒸发的水汽对高原降水的水汽来源具有一定的贡献,但高原降水的90%仍然由外界输入的水汽转化形成。     

青藏高原西部春季降水年代际变化趋势

利用ERA-Interim和APHRO_MA资料分析了1979～2007年间青藏高原西部春季（3～5月）降水的年代际变化趋势及可能原因。结果表明,青藏高原西部局部区域春季降水呈显著减少趋势,降水的变化趋势与其西南部辐合上升运动及阿拉伯海北部水汽含量变化存在联系。发现研究区春季降水增加时伴随其西南部显著的辐合上升异常,同时高层（500 hPa）位势高度场负异常中心与环流的气旋式正异常中心一致,而低层（850 hPa）的辐合上升异常相对较弱;研究区春季降水增加同时伴随阿拉伯海北部至研究区西南部的高、低层比湿正异常,其中低层的比湿正异常更为显著,其正异常中心均位于阿拉伯海北部。上述区域的水汽输送能解释研究区春季降水55.3%的变化,同时两者的变化趋势具有很好相关性。研究显示1979～2007年间研究区春季降水呈下降趋势主要是由阿拉伯海北部低层向印度次大陆水汽输送减少,以及研究区南部高层辐合上升运动减弱造成的。青藏高原西部春季降水变化趋势和相关区域水汽变化的一致性,可以为分析高原气候变化提供依据。     

青藏高原近40年的降水变化及水汽输送分析

利用中国青藏高原地区1961—2000年56个气象站的逐月降水资料,分析了青藏高原地区1961—2000年的降水量变化趋势及水汽输送。结果表明,青藏高原40 a降水量呈增加趋势,线性增长率为1.12 mm/a。高原南区年降水量呈增加的趋势,线性增长率为1.97 mm/a;北区年降水量变化较小。青藏高原降水量在1978年由少雨期转为多雨期,青藏高原夏季降水与孟加拉湾的水汽输送及副高的水汽输送关系密切。     

西藏高原汛期水汽输送特征与降水异常

利用1979—2006年NCEP/NCAR再分析资料计算垂直积分的整层水汽输送通量及水汽通量散度,分析西藏高原汛期5—9月水汽输送特征。结果表明：两藏高原汛期主要有两条水汽输送带,印度季风输送带和中纬度西风输送带;印度季风对汛期水汽输送起着决定性的作用,决定高原汛期开始时间和雨带的推进,水汽通量向北输送达到30 kg·m~（-1）·s~（-1）时,该经度上的测站将从南到北逐渐进入汛期;在水汽的空间分布上,高原南部边缘的3个水汽输送散度场中心恰好对应着高原的水汽输送通道,其形成与西藏高原的地形直接相关;西藏高原汛期降水主要可以分为3种雨型：全区型、东西型和南北型,并分别对应着不同的水汽输送异常：全区型时索马里越赤道急流水汽输送异常较强,高原区为水汽辐合区;东西型时西藏东南部为东北向输送异常,东南部水汽供应较常年偏弱;南北型时东南部水汽输送充足而错那以西地区水汽输送不足。     

青藏高原夏季云水含量及其水汽输送年际异常分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979-2016年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原(下称高原)夏季云水含量及其水汽输送情况。结果表明:高原夏季云水含量占全年48%,东南向西北减少。影响高原云水含量的水汽通道有印度洋通道、南海通道、孟加拉湾北部及伊朗西部通道(依次简称通道1、2、3、4)。高原云水含量和各水汽通道强度均有明显年际变化。云水含量年际变化与通道2,4基本一致。云水含量与各水汽通道强度均呈增加趋势。通道1偏强时,来自印度洋北部和南海的异常水汽在孟加拉湾交汇向高原输送,主要使高原西北部云水含量增多。通道2偏强时,南海、中南半岛的异常偏南通量及孟加拉湾北部的异常西南通量向高原东南部输送更多水汽。通道3偏强时,西风带水汽和来自印度洋水汽更多输送到高原,主要使高原东北部云水含量偏多。通道4偏强时,来自南海-孟加拉湾南部的水汽向高原异常输送,使高原中部、东南部云水含量偏多。此外,西太平洋副热带高压(下称副高)偏西南偏强时,水汽通道2、4强度偏强,有利于水汽向高原输送。     

我国东部夏季降水异常主模态的年代际变化及其与东亚水汽输送的关系

本文利用1958～2000年ERA-40再分析每日资料和我国516台站降水资料以及EOF方法,分析了我国东部季风区夏季降水异常主模态的年代际变化特征及其与东亚上空水汽输送通量时空变化的关系.分析结果表明了我国东部季风区夏季降水的时空变化存在两种主模态:第1主模态不仅显示出明显的准两年周期振荡的年际变化特征且也有明显的年...     

夏季青藏高原地区水汽向平流层的等熵绝热和非绝热传输的气候学特征及其与落基山地区的对比

夏季亚洲季风区是对流层向平流层物质输送的主要通道,其对平流层水汽的变化有重要贡献。以往的研究表明亚洲季风区向平流层的水汽传输主要在青藏高原及周边地区。本文利用多年平均的逐日ERAi、MERRA再分析数据和微波临边观测仪（Microwave Limb Sounder,MLS）数据,首先对比分析夏季青藏高原周边上空水汽的分布特征,再利用再分析资料分析了对流层—平流层水汽传输的特征。结果表明:青藏高原周边特定的等熵面和对流层顶结构分布有利于水汽向平流层的绝热输送;在南亚高压的东北侧,从青藏高原到中太平洋地区,340~360 K层次存在最为显著的水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,7~8月平均输送强度可达约7×103 kg s-1。此外,在伊朗高原及南亚高压的西部,350~360 K层次也存在一支水汽向平流层的经向等熵绝热输送通道,但强度相对较弱（约2.5×103 kg s-1）。在青藏高原南侧370~380 K层次存在强的水汽向平流层的非绝热输送,主要由深对流和大尺度上升运动引起,7~8月平均输送强度约0.4×103 kg s-1。落基山以东到大西洋西部,350~360 K层次存在水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,但强度也弱得多（约2.5×103 kg s-1）。     

Impacts of Topographic Complexity on Modeling Moisture Transport and Precipitation over the Tibetan Plateau in Summer

The non-hydrostatic global variable resolution model (MPAS-atmosphere) is used to conduct the simulations for the South Asian Summer monsoon season (June, July, and August) in 2015 with a refinement over the Tibetan Plateau (TP) at the convection-permitting scale (4 km). Two experiments with different topographical datasets, complex (4-km) and smooth (60-km) topography, are designed to investigate the impacts of topographical complexity on moisture transport and precipitation. Compared with the observations and reanalysis data, the simulation can successfully capture the general features of key meteorological fields over the TP despite slightly underestimating the inflow through the southern TP. The results indicate that the complex topography can decrease the inward and outward moisture transport, ultimately increasing the total net moisture transport into the TP by ~11%. The impacts of complex topography on precipitation are negligible over the TP, but the spatial distributions of precipitation over the Himalayas are significantly modulated. With the inclusion of complex topography, the sharper southern slopes of the Himalayas shift the lifted airflow and hence precipitation northward compared to the smooth topography. In addition, more small-scale valleys are resolved by the inclusion of complex topography, which serve as channels for moisture transport across the Himalayas, further favoring a northward shift of precipitation. Overall, the difference between the two experiments with different topography datasets is mainly attributed to their differing representation of the degree of the southern slopes of the Himalayas and the extent to which the valleys are resolved.