江淮地区旱涝时期大气潜热能和大气感热能的计算与比较

旱涝灾害的发生，追究其形成的物理原因，主要是由于地球和大气系统能量传输异常而导致水、热收支与循环变异所造成．本文选取江淮流域夏季出现洪涝和干旱年份的水、热资料，计算了江淮地区整层大气柱以及从地面到１５０ｈＰａ共分１０层的逐层大气的潜热能和感热能，对其的能量含量、能量输送量及能量源、汇（辐合、辐散量）作了时空分布特征的分析比较，探讨了旱涝形成的物理原因．     

青藏高原地-气过程动力、热力结构综合物理图象

根据第二次青藏高原大气科学试验（ＴＩＰＥＸ）３个边界层观测基地（改则、当雄。昌都）及相关的卫星、探空、地面等加密观测（ＩＯＰ）资料，综合分析了青藏高原地－气物理过程及其动力学模型，揭示了高原边界层动力学特征和高原湍流运动规律；发现高原边界层低层风向、风速具有多层次变化特征，高原边界层对流混合层较为深厚，高原边界层大气密度远小于平原特征相联系的高原湍流运动“强浮力”效应。高原深厚边界层Ｅｋｍａｎ螺线及高原边界层动力“抽吸泵”效应。研究了高原近地层局地水汽静态分布状况和水汽的侧边界平流输送特征。分析了高原近地层与边界层异常热力结构，其中包括高原强辐射现象、高原中部地面强热源特征等。综合上述青藏高原近地层与行星边界层动力、热力结构特征，提出了描述高原边界层湍流与对流混合机制的综合物理图象。揭示了显著影响中国长江流域洪涝的青藏高原对流云团的生成、发展和移动的特征，给出与高原“爆米花”云系频发相关的湍流运动和对流泡动力、热力结构概念模型。     

35年来青藏高原大气热源气候特征及其与中国降水的关系

用１９６１～１９９５年青藏高原及其邻近地区１４８个地面站月平均资料计算了３５年的青藏高原大气热量源汇，并分析了它的气候特征及其和中国降水的关系．结果发现，平均而言，青藏高原大气热源最强在６月（为 ７８ Ｗ／ｍ２）９冷源最强在１２月份（为－７２ Ｗ／ｍ２）；地面感热在高原西南部明显增加，造成 ２月、 ３月份高原西南部热量源汇增加最明显，使得３月份在喜马拉雅山北坡形成热源中心．此后该中心继续加强，并且有两次明显的向西移动，分别出现在４月和６月；东部大气变为热源的时间以及热源最强出现的时间都要比西南部晚１个月．夏季凝结游热成为和感热同样重要的加热因子，也是使夏季东部热源继续增强的主要因子．在年代际变化尺度上，１９７７年前后高原大气热量源汇明显具有突变特征，其后大气热量源汇显著增加．青藏高原春季热源对于随后的夏季中国江淮地区、华南地区和华北地区的降水有比较好的指示意义，而高原夏季热源与同期长江流域降水存在着明显的正相关．     

基于多元数据的地基GNSS水汽观测对比分析

在“超大城市垂直综合气象观测技术研究及实验”中,利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA Interim再分析数据集,对2018年北京观象台的地基导航卫星气象观测（GNSS/MET）、探空和微波辐射计观测的水汽总量（PWV）进行了对比分析,结果表明,3种观测和ECMWF模式分析具有较好的相关性,可以较好地监测北京水汽的变化。与ECMWF模式对比,GNSS/MET、探空和微波辐射计的偏差分别为0.54mm、1.94mm、-0.65mm,均方根误差分别为3.55mm、3.60mm、6.08mm;若以探空作为参考,GNSS/MET、ECMWF和微波辐射计的偏差分别为-1.39mm、-1.94mm、-2.58mm,均方根误差为2.85mm、3.59mm、6.79mm。由此可见GNSS/MET、探空和ECMWF模式分析的水汽具有较好的质量。从对比结果看,GNSS/MET在相关性、偏差和均方根误差方面均表现突出,和探空、ECMWF相当,而微波辐射计差别明显,均方根误差最大,但剔除雨日后,资料质量得到提高,表明微波辐射计资料的应用需要注意降水条件,反演算法需在今后进行改进。     

第三代再分析水汽资料的气候态比较

基于再分析资料,分析和理解水汽的大时空尺度变化规律,是气候变化研究中的重要环节.但不同再分析资料间水汽变量的差异,会导致相关气候变化研究的不确定性.因此,本文对比研究了三种当前最新的第3代再分析资料,即ERA-Interim,MERRA和CFSR的多年(2000~2012年)全球大气柱水汽含量气候态分布的异同并分析了可能原因.研究结果表明,三种再分析水汽资料尽管在描述全球水汽的主要变化模态方面有很高的相似性,但在全球分布、时间序列及变化趋势等方面仍存在一定的差异.其中,洋面上三种数据的年际变化较为相似,而差异主要集中在赤道两侧辐合带和暖云区,这可能是源于不同模式暖云模拟和对流参数化方案的不同,以及水汽对卫星遥感数据同化的敏感性差异.总体而言,三者与卫星观测均较为一致.而陆地上的差异主要集中在非洲中部、南美洲亚马逊流域以及一些高原地区,其主要原因是由于模式对复杂下垫面处理的不同,以及相应区域探空等地基观测数据的缺乏.并且,三者都较探空实测数据明显偏低.本文研究结果将有助于理解再分析资料间的气候态差异特征,可为气候研究时水汽数据的选取提供参考依据.     

半干旱区土壤水汽吸附的影响因素及变化特征

土壤水汽吸附是陆面非降水性水分的重要来源之一,尤其在干旱和半干旱地区其贡献有时甚至能达到与降水同样量级,对旱作农业和生态环境具有重要影响.但由于对土壤水汽吸附观测比较困难,国际上对该问题研究至今仍不多.本文利用L-G大型称重式蒸渗计观测与微气象和常规气象观测相结合,建立了土壤水汽吸附的定量观测估算方法.在此基础上,分析了典型半干旱区定西的近地层大气风、温和湿等气象要素及土壤湿度、温度和地表可利用能量等土壤环境要素对土壤水汽吸附的影响特征,研究了土壤水汽吸附量、吸附频率和吸附强度的日变化和年变化及其随天气条件的变化特征,对比分析了土壤水汽吸附量对陆面水分收支的贡献.研究发现,半干旱区的土壤水汽吸附受多种小气候要素和土壤环境因素共同影响,一般在近地层相对湿度在6~5 0%、风速在3~4 m s-1、湿度日变幅较大及出现逆湿和弱不稳定,且土壤含水量较低和地表温度不太高的情况下,土壤水汽吸附现象更容易发生,土壤湿度与水汽吸附之间具有负反馈机制.而且,水汽吸附频率和吸附量具有很明显的日和年变化特征,水汽吸附量变化明显受吸附频率控制.水汽吸附主要发生在下午;年峰值出现在1 2月份,谷值出现在6月份,其变化特征具有明显的区域特点.旱季水汽吸附量明显超过了降水对水分收支贡献.     

华北降水年代际变化特征及相关的海气异常型

利用近50年华北地区26个站逐月降水观测资料和全球大气海洋分析资料,分析了华北降水的年代际变化特征及其和全球海气系统年代际变化的关系.对华北降水距平指数变化分析表明,近50年来华北降水具有减少的总体趋势,叠加在该趋势之上的是年代际变化,其中1965年和1980年发生了两次跃变,使得20世纪80年代干旱尤为严重.在对华北地区降水年代际变化特征分析的基础上,揭示了与华北降水年代际异常相伴随的大气环流和上层海洋热力异常型.结果表明,华北降水年代际异常与太平洋上层海洋热力状况异常有显著关系,主要表现为太平洋年代际振荡（PDO）与华北降水异常的相关.在年代际时间尺度上,华北干旱与上层海洋热力及大气环流异常的配置关系如下：当华北地区干旱时,则热带中东太平洋海温偏高,北太平洋中部海温偏低,即太平洋上主要表现为PDO暖位相,全球大部分地区（包括华北地区）气温偏高,青藏高原地区气温偏低,日本北部及东西伯利亚气压异常偏低,华北及其以南大片地区气压偏高,华北地区由异常西北风控制,不利于水汽向华北地区输送.     

索马里急流的年际变化及其对半球间水汽输送和东亚夏季降水的影响

利用美国国家环境预报中心和美国国家大气科学研究中 心（NCEP/NCAR）再分析月平均气候资料以及Xie和Arkin分析的月平均降水资料（1968～199 8年），针对索马里低空急流（SMJ）的年际变化及其对东亚夏季降水的影响问题展开了分析 研究. 结果揭示，SMJ作为最主要的越赤道气流，对两个半球间水汽输送起最关键的作用， 它把水汽从冬半球输送到夏半球. 夏季SMJ的年际变化有全球范围内的环流异常与之相联系 ，特别是东亚沿岸的波列状异常分布、南亚高压以及澳大利亚以南的偶极型异常分布；它 也同春季的北印度洋等海区的海温异常有密切关系. 研究还表明，春季SMJ的年际变化对东 亚夏季降水和大气环流有显著影响，由于SMJ影响的超前性，因此它在东亚夏季气候预测上 有重要意义.     

21世纪初青藏高原感热年代际增强对中国东部季风雨带关键区夏季降水年代际转折的影响

基于中国气象局提供的气象站点月值资料,NOAA、CMAP降水格点月值资料,NDVI卫星资料及再分析资料,利用统计方法分析了1961-2014年青藏高原感热与中国东部季风雨带关键区夏季降水的年代际变化,并根据热动力平衡方程结合CESM模式试验解释了21世纪初高原感热异常对关键区夏季降水的影响机理.结果表明:21世纪初,黄淮、江淮地区降水增加,而长江以南地区降水减少.同时,高原感热也发生年代际增强,当春季感热增强后,大气热能上传导致夏季高原近地面产生气旋性环流异常,大气辐合;高层产生反气旋性环流异常,大气辐散.黄淮、江淮地区在对流层中低层受异常偏南风控制,高层受高原上空的大尺度反气旋环流影响产生异常偏北风.此外,高原感热增强通过影响黄淮、江淮地区产生暖平流输送和非绝热加热正异常,该区域产生异常的上升运动,降水量增加.长江以南地区在对流层中低层存在一个异常的反气性环流,有来自海洋的冷平流输送,同时大气非绝热加热在该地区为负异常,产生异常的下沉运动,降水量减少.模式敏感性试验的结果证实了当高原感热发生年代际增强,黄淮、江淮地区水平温度平流及非绝热加热为正异常,而在华南地区为负异常,从而导致黄淮、江淮地区大气上升运动增强,降水增加;而华南地区下沉运动增强,降水减少.     

华北降水年代际、年际变化特征与北半球大气环流的联系

利用美国NCEP再分析月平均资料及我国华北地区26个测站月降水资料,采用奇异值分解（SVD）方法,研究了华北降水的年代际和年际变化特征与北半球大气环流的联系.结果表明,首先对降水和大气变量资料作相应时间尺度的分离是非常必要的,否则所得到的SVD结果不能反映年代际变化特征而只能反映年际变化特征;华北降水年代际和年际变化对应的大气环流异常有明显的差异;对应发生在20世纪70年代后期华北降水的一次年代际跃变,环流场均存在明显的跃变,而且有一个从地面向对流层上层传播的过程.     

区域网GPS观测得到的汶川大地震前后的地壳垂直运动

中国地壳运动观测网络1000个观测站的GPS非连续观测区域网分别在1999年、 2001年、 2004年、 2007年和2009年作了5次观测。 2008年5月12日汶川8.0 级地震震中(31.0°N, 103.4°E)恰好在区域网GPS观测站密集的地区。 区域网长期、 多期GPS观测可降低年周期变化影响, 有利于获取此次地震前后的垂直位移趋势变化。 简要讨论了GPS垂直位移观测的精度。 分析了垂直位移观测的主要干扰地面沉降, 特别是华北地区因大量抽取地下水产生的严重地面沉降。 为获取汶川地震前垂直运动信息, 首先剔除因大量抽取地下水产生的大幅度沉降干扰结果, 通过趋势面分析中国大陆垂直位移空间分布, 显示了3个垂直位移沉降最显著区域。 对比分析表明, 临近汶川震区的沉降区, 未见大量抽取地下水干扰影响。 汶川地震前1999—2007年区域网GPS观测站得到的垂直位移表明, 汶川地震紧临显著沉降区的西北侧, 龙门山断层北段垂直运动闭锁。 该沉降区与另两个沉降区的时空变化明显不同, 也与区域网水平应变异常区的空间分布不同, 但该沉降区与区域网水平应变异常区同时出现。 大幅度同震垂直位移集中在龙门山断层北段震前垂直位移闭锁区。 这些事实表明, 汶川地震前GPS观测到的紧临震中的沉降区及垂直运动闭锁区与汶川地震的发生存在密切关系。     

女山湖地区北宋以来旱涝灾害的初步探讨

女山湖地处淮河中、下游交界段右岸、属淮河支流池河水系统。由于该地区为北亚热带向暖温带过渡气候区,研究其降水、旱涝的长期变化有重要意义。北宋以来千年间,该地区是我国东部旱涝灾害、尤其是洪涝频繁高发地区,据历史文献记载,自９６０Ａ．Ｄ．以来,共有旱７４７年,三年二灾。     

Use of NADP archive samples to determine the isotope composition of precipitation: characterizing the meteoric input function for use in ground water studies

Stable oxygen and hydrogen isotopes have been used in ground water studies to investigate recharge, mixing, ground water/surface water interaction, advective-diffusive transport, paleohydrogeologic interactions and to estimate ground water ages. Such studies require that the isotopic composition of precipitation be known, as precipitation is a major input to ground water and surface water systems. As oxygen-18 and deuterium data for precipitation are lacking across much of the United States, there is need to establish additional local meteoric water lines as isotope input functions across the region, as well as to develop better understanding of the isotopic climate linkages that control oxygen and hydrogen isotope ratios in precipitation. In the absence of long-term monitoring stations, one possible solution to this problem is to determine the delta 18O and delta 2H values of precipitation using archive samples collected at monitoring stations managed by the National Atmospheric Deposition Program (NADP). This study describes and interprets the seasonal delta 18O and delta 2H composition of archived precipitation samples collected in eastern Nebraska near the town of Mead during the years 1992-1994. Values for delta 18O range from -23.6 to -0.7@1000. Values for delta 2H range from -172 to 0@1000. Yearly arithmetic mean delta 18O and delta 2H values for the Mead station are -8.1@1000 and -53@1000, respectively. Weighted yearly means for delta 18O and delta 2H were -7.4@1000 and -48@1000, respectively. Mead values show a strong isotopic enrichment between winter and summer precipitation, and a strong delta 18O-T correlation (r2 = 0.91) for mean monthly values of about 0.5@1000 per degree Celsius. The local meteoric water line for the Mead site is delta 2H = 7.40 delta 18O + 7.32. Deuterium excess values suggest that most of the moisture across the region is derived primarily from a Gulf of Mexico source. The results of this study demonstrate that in the absence of long-term monitoring stations such as those operated globally by the International Atomic Energy Association, NADP archive samples can be used to determine the isotopic composition of precipitation, to characterize the local meteoric water line and establish the various climatic relationships, and define the meteoric input function for use in ground water studies.     

Rainfall estimation in the Sahel: the EPSAT-NIGER experiment

Abstract

EPSAT-NIGER (Estimation of Precipitation by SATellite—NIGER experiment) has been designed to improve the understanding of the precipitation systems of Sudano-Sahelian Africa and to develop operational rainfall estimation algorithms for this region. It is based on the combined use of a very dense raingauge network (93 gauges over a study area of 16 000 km₂) and a C-band weather radar system. The experiment is scheduled to last three years, 1990–1992. The network pattern, a regular grid with nodes spaced at 12.5 km and a 16 gauge target area where the distance between stations is decreased to 1 km, has allowed for some preliminary studies on the rainfall distribution at various space and time scales. Whereas the long term average rainfall gradient is uniform, rainfall increasing north to south, a single rainy season can be markedly different. The local variability may be extremely large. That variability is enhanced at smaller sampling time steps and the computation of reference areal rainfall for satellite imagery validation is extremely sensitive to the design of the ground-based validation system. The joint processing of gauge and radar data has led to the identification of a few typical features of the drop size distribution of the African squall lines, which could lead to deriving specific algorithms for radar calibration in this region. The data provided by EPSAT-NIGER will be used in various international projects for the assessment of water input from the atmosphere to the continent over the Sahel.     

中短期地震前兆的模糊综合识别

本文把模糊模式识别的直接方法用于综合分析多台多种手段观测到的地震前兆资料,以便提取较大地震前几个月内可能出现的中短期前兆异常信息。 所用方法的基本技巧是,对每一个台的每一种前兆观测手段建立起适当的前兆从属函数,并进而确定出多手段或多台的综合前兆从属函数。首先以综合前兆从属函数为基础,识别出某一地区较大地震前出现的中短期前兆异常,然后将其归纳成可用于地震预报的中短期前兆模式。 借助于所提出的方法,本文着重分析处理了1979——1986年间日本东海地区及其邻近地区3个倾斜台、2个验潮站、2个水氡观测站、2个水位观测点和30个体积应变观测点的大量前兆观测资料,识别出了这一期间在该地区内发生的10余次6级以上地震前的中短期前兆异常时间,并得出了两类地震前兆模式:第一类前兆模式适用于在该地区内进行多种前兆手段的综合分析预报;第二类前兆模式适用于单种前兆手段(体积应变)的多台综合分析预报。 为对比起见,文中同时给出了我国唐山7.8级地震及其6.9级强余震前多台水氡含量变化的中短期前兆综合分析识别结果,所得出的前兆模式与日本东海地区的第二类前兆模式相符。      

2012年唐山4.8级地震强震动记录特征及场地相关特性分析

2012年5月28日河北省唐山市古冶区与滦县交界发生4.8级地震, 国家强震动台网中心在河北、 天津和北京的94个强震动台站记录到了本次地震的加速度。 本文给出了获取记录的强震动台站分布及强震动记录结果, 统计了强震动记录数量随震中距的变化, 给出了3个较小震中距台站记录到的加速度时程; 绘制了空间地震动峰值加速度等值线图及周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的等值线, 发现峰值加速度等值线与长周期加速度反应谱等值线极值分布具有明显地域差异, 分析认为是由于厚沉积层对长周期地震动具有放大作用造成的。 通过强震动记录与适用于本区的三个衰减关系对比, 分析了此次地震的峰值加速度衰减特征, 同时研究了周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的衰减特征, 周期2.0 s反应谱值随震中距的衰减与衰减关系能较好地对应, 然而在震中距100～130 km沉积层较厚的集中地区, 表现出了实际记录较衰减关系值偏大的现象, 认为同样是由于厚沉积层对地震动加速度反应谱长周期的放大作用导致的。 研究了震中距差别不大的情况下, 场地类型与沉积层厚度对反应谱特征周期的影响, 对比基岩台站与软弱地基土层台站的强震动记录反应谱, 发现软弱土层台站的土层对地震动有一定的放大作用, 导致中长周期地震动被放大, 对比位于沉积层较薄的隆起区台站与位于沉积层较厚的凹陷区台站强震动记录反应谱, 发现厚的沉积层不仅对反应谱长周期有放大的作用, 同时也会使得反应谱特征周期值变大。     

云南强震地下流体源兆特征研究

区分"源兆"与"场兆",系地震预测探索中的重要课题。根据云南4组6级以上地震的地下流体前兆异常资料,系统分析了强震源兆的流体前兆异常特征。结果表明,在6级多强震的源兆区,即震中距100 km范围内,异常项目计有水位、水温、水氡、水汞及气汞;以中期、短期异常为主,临震异常很少;源兆异常台站和台项的比例均高于场兆。这些流体源兆特征的认识,可为利用流体异常判断地震危险区提供一定依据。     

福建省地倾斜台站资料变化规律与质量分析

分析了福建省5个台站地倾斜资料的变化规律,计算了资料的内在精度。福建省内优秀台站的资料质量达到全国先进水平;内陆台站资料主要干扰因素是强降水,沿海台站资料的主要干扰因素是海潮干扰。     

Regional estimation of base recharge to ground water using water balance and a base-flow index

Naturally occurring long-term mean annual base recharge to ground water in Nebraska was estimated with the help of a water-balance approach and an objective automated technique for base-flow separation involving minimal parameter-optimization requirements. Base recharge is equal to total recharge minus the amount of evapotranspiration coming directly from ground water. The estimation of evapotranspiration in the water-balance equation avoids the need to specify a contributing drainage area for ground water, which in certain cases may be considerably different from the drainage area for surface runoff. Evapotranspiration was calculated by the WREVAP model at the Solar and Meteorological Surface Observation Network (SAMSON) sites. Long-term mean annual base recharge was derived by determining the product of estimated long-term mean annual runoff (the difference between precipitation and evapotranspiration) and the base-flow index (BFI). The BFI was calculated from discharge data obtained from the U.S. Geological Survey's gauging stations in Nebraska. Mapping was achieved by using geographic information systems (GIS) and geostatistics. This approach is best suited for regional-scale applications. It does not require complex hydrogeologic modeling nor detailed knowledge of soil characteristics, vegetation cover, or land-use practices. Long-term mean annual base recharge rates in excess of 110 mm/year resulted in the extreme eastern part of Nebraska. The western portion of the state expressed rates of only 15 to 20 mm annually, while the Sandhills region of north-central Nebraska was estimated to receive twice as much base recharge (40 to 50 mm/year) as areas south of it.