青藏高原地区上对流层—下平流层区域水汽分布和变化特征

利用2005-2008年青藏高原(下称高原)地区微波临边探测器MLS(Microwave Limb Sounder)、高光谱分辨率大气红外探测仪AIRS(Atmosphere Infrared Sounder)、ECMWF的ERA-Interim资料,以及NCEP/NCAR再分析数据和NOAA HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)轨迹模式资料,讨论了高原上空对流层顶附近的水汽分布和变化特征及高原上空平流层与对流层之间的物质交换。结果表明,3-4月高原南侧对流层顶附近100 hPa存在一个水汽低值带,而7-8月和9-10月此处存在一个明显的水汽高值区。3-4月夏季风未发展之前,受高原大地形抬升和西风气流的影响,高原以南地区存在对流层与平流层的物质交换,而215 hPa的高原中部地区(80°E-90°E)则由于空气的下沉运动将上层的干空气向下输送而出现一个水汽低值中心。7-8月,受印度夏季风和高原上空反气旋式环流的影响,高原上空有明显的水汽穿过对流层顶向平流层输送,反气旋环流中心的水汽经过2~4天的上升过程可以从对流层进入平流层。高原及其以东、以西地区的水汽在对流层顶附近的季节变化基本一致,100 hPa三个不同区域的水汽在3月达到最低。     

热带对流层顶温度异常与低平流层水汽异常“不匹配”个例的分析

利用UARS卫星卤素掩星试验(HALOE)的观测资料结合同时期的ERA-Interim再分析资料分析了1994—2005年热带对流层顶温度异常与低平流层水汽异常的关系。结果表明,1994—2005年期间大部分年份都是热带对流层顶温度异常偏高(偏低)对应平流层水汽异常增加(减小)的温度-水汽的"匹配"现象,但是在1996年则出现了温度-水汽的"不匹配"现象。对比同年中所出现的"不匹配"月份与"匹配"月份,"不匹配"月份的对流活动发生频率低于"匹配"月份,对流活动月平均强度弱于后者,但"不匹配"月份的对流活动瞬时强度较大,在四个时段内发生了强而深厚的深对流活动,地面气旋活动与海温升高则是造成这四个时段发生强深对流活动的主要因素。在较强上升气流的作用下,水汽能够从对流层低层直接传输至低平流层,使平流层水汽增加。另一方面,较强的深对流活动抬升对流层顶,使对流层顶温度降低。因而,短时强烈的深对流活动是造成1996年温度-水汽"不匹配"的关键因素。此外,"不匹配"月份期间BD环流的异常增强使得低平流层的水汽更进一步增加,加剧了温度-水汽的"不匹配"现象。     

中国夏季降水的水汽通道特征及其影响因子分析

利用NCEP／NCAR的1958～1998年再分析资料研究夏季东亚季风区水汽输送特征，综合这些特征划分出夏季输送到中国大陆主要有来自低纬的三条水汽通道：西南通道、南海通道和东南通道，此外在高纬还有一条很弱的西北通道，分别体现了南亚季风、南海季风、副热带季风和中纬度西风带对中国夏季降水的影响。定义和计算了四条水汽通道强度指数来表征水汽通道的强弱，并研究其年际变化。相关分析表明四条水汽通道对我国夏季降水的影响范围分别是：西南通道是华南中部和西南边境降水的水汽来源，南海通道对华南降水有直接贡献，东南通道为长江流域降水输送水汽，西北通道则为黄河中上游及华北东部降水输送水汽。物理分析显示，水汽输送异常与大气环流异常直接相关，而与同期水汽源地的海温异常关系不密切，海洋的作用主要体现在前期大范围的海温异常分布上。     

夏季青藏高原及周边上对流层水汽质量及其向平流层传输年际异常. I：水汽质量异常主导型

本文利用逐年7~8月平均的ERA-Interim再分析资料并结合SWOOSH(Stratospheric water and ozone satellite homogenized)水汽数据,分析了青藏高原及周边地区330~360 K层次水汽质量分布的年际异常特征及其成因。结果表明,水汽质量分布异常表现为整体异常型、东西偶极异常型和南北偶极异常型三个主导分布型。整体异常型在水汽质量整体偏多时,青藏高原地区对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输偏强,上对流层为异常偏强的水汽质量非绝热辐合;此时对应南亚高压偏强,青藏高原地区上对流层的水汽质量绝热辐散和高原以西地区的水汽质量绝热辐合都异常偏强,水汽质量整体偏少时则相反。东西偶极异常型水汽质量呈西多/东少分布时,青藏高原西部(中东部)对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输异常偏强(弱),上对流层的水汽质量非绝热辐合和水汽质量绝热辐散也异常偏强(偏弱);同时对应南亚高压偏西,青藏高原以西到伊朗高原的上对流层有异常的自东向西的水汽质量绝热输送和水汽质量绝热辐合。水汽质量呈西少/东多分布时则有相反的结果。南北偶极异常型水汽质量呈北多/南少分布时,对应南亚高压偏北,青藏高原北部的上对流层有异常自南向北的水汽质量绝热输送所造成的水汽质量辐合,同时该地区低层异常偏强的自下向上的水汽质量非绝热输送也加强水汽质量辐合,而青藏高原南侧上对流层则为异常偏弱的水汽质量绝热辐散和水汽质量非绝热辐合,水汽质量呈北少/南多分布时相反。     

青藏高原地区大气红外探测器（AIRS）资料质量检验及揭示的上对流层水汽特征

上对流层水汽（UTWV）是大气中最重要的温室气体,对全球气候变暖有重要贡献; 而青藏高原被认为是UTWV进入平流层的重要通道,在平流层－对流层水汽交换及平流层水汽变化中扮演着重要角色。首先利用高原探空站资料对大气红外探测器（AIRS）反演的水汽数据在高原地区的质量进行了检验,发现AIRS反演的水汽数据与探空实测数据是相当一致的。其中全年和夏半年AIRS的可信度较好,而冬半年,尤其是上对流层AIRS水汽可信度相对较低,但在缺乏高精密数据时仍部分可用。利用AIRS资料对青藏高原地区UTWV季节变化特征进行了分析,结果表明,高原冬季偏干,而夏季显著偏湿,并且空间分布具有明显的不均匀性。经验正交函数(EOF)分析显示,夏季高原UTWV主要存在三种空间分布型,即全区一致型,高原东西偶极型和南北带状偶极型。一致型分布具有明显的季节变化,而偶极型则以季节内振荡为主。在此基础上,重点研究夏半年高原地区UTWV季节内振荡特征,结果表明,UTWV季节内振荡的显著周期位于10～20天和30～60天。前者主要表现为纬向东传,并且可以越过高原进入我国江淮流域上空;而后者主要向南移动,基本表现为高原局地振荡。最后,进一步探讨了高原UTWV季节内振荡的可能机制,结果表明,高原地区UTWV的低频变化主要与高原热状况、南亚高压活动及其与二者相耦合的对流活动有关。     

青藏高原夏季TBB场与水汽分布关系的初步研究

通过对比分析 1998年夏季各月青藏高原及周边地区GMSTBB及由HLAFS资料计算的湿度(T -Td、θse)和水汽通量平均场 ,指出 :TBB场展示的云区及无云或少云区可以直观地揭示出大气中湿、干区的分布 ,准纬向和准经向TBB低值带分别指示出大气中的水汽汇合区和水汽输送带。据此 ,由 17年夏季TBB总平均场分析得到 :青藏高原上空为北部较干、南部很湿 ,并且南部湿区中又是中、东部较湿和嵌入有两个湿中心区 ,西部较干 ;高原上的水汽来自孟加拉湾和阿拉伯海 ,并且主要从 85°～ 95°E一带中的某些有利地区涌上高原     

2006年川渝伏旱同期环流场和水汽场异常特征分析

2006年盛夏川渝地区发生了严重的伏旱灾害,通过对同期大气环流异常的诊断分析表明,2006年盛夏期间,我国川渝地区上空存在由东北向西南的异常水汽输送,从中南半岛到西南地区持续存在经向水汽输送的负异常中心,导致川渝地区上空维持着一个水汽输送辐散异常的中心,这种水汽输送形势有利于伏旱灾害的发展.西太平洋副高较常年持续异常偏北、偏西,强度偏强,它与东伸的伊朗高压及异常的青藏高压一起构成一条高压带,这也在很大程度上促进了川渝地区持续伏旱灾害的发展.     

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。     

2017年陕西高温事件的大气环流异常及成因

利用陕西省自动气象站逐日气温资料、NCEP/NCAR 25°×25°全球再分析资料,对2017年极端高温事件进行分析,研究大气环流异常特征及成因。结果表明：在全球变暖背景下,2017年7月陕西出现的极端高温天气过程,持续时间长、极端高温强,为历史同期罕见。通过对大气环流异常的诊断分析表明,西太平洋副热带高压（简称副高）较常年偏强并显著西伸、南亚高压偏东偏北是导致2017年7月陕西出现大范围极端高温天气的直接原因。垂直下沉运动较常年异常显著,副高中心强烈的晴空辐射和深厚的下沉增温作用使整层气温持续偏高。水汽通量异常表现为北风通量,不利于水汽输送和降水天气形成,湿度条件较常年差,造成了陕西的高温少雨天气。     

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。     

夏半年青藏高原东部大气热源异常对环流和降水的影响

本文利用高原２３个测站探空资料，经客观分析求得的１９８３－１９９２年夏半年逐月青藏高原东部大气热源和水汽汇积分值，讨论了高原东部大气热源对北半球大气环流以及对我国降水的影响。月距平均资料显示，高原东部大气热源在ＥＮＳＯ年一般有所加强，与此相应，５００ｈＰａ高度场从高原到淮河流域为一低值区，蒙古一带为高压区，１００ｈＰａ高度场高原上空为高压区，我国东北，朝鲜和日本一带为低值区。     

青藏高原汛期降水异常空间分布及水汽配置

青藏高原汛期(5—9月)降水具有南北反相的空间分布特征,利用青藏高原67个台站1967—2008年逐月降水资料,分别讨论了汛期各月降水的主要空间分布型以及初夏(5—6月)和盛夏(7—8月)对应的水汽配置和环流异常.结果表明:初夏高原降水以南北反相型(North-South Reverse Type,NSRT)为主,全区一致型(Whole Region Consistent Type,WRCT)次之;盛夏高原降水以WRCT为主.高原降水呈现NSRT分布时,初夏水汽由高原南部输向北部,而盛夏高原北部为水汽辐合区,南部为水汽辐散区.高原降水呈现WRCT分布时,初夏高原水汽主要来自西太平洋,盛夏水汽主要来自阿拉伯海向东转向的水汽输送,该水汽输送由高原西南地区进入高原.在500 hPa位势高度场上,初夏(盛夏)降水两种主要空间分布型的位势高度差异以经(纬)向差异为主,且影响高原降水异常分布的系统多为深厚系统.     

青藏高原及周边UTLS水汽时空特征的多源资料对比

利用Aura卫星微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)数据,评估了ERA-I、MERRA、JRA-55、CFSR和NCEP2等5套再分析资料的水汽数据在青藏高原及周边上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)的质量,然后选取其中质量较好的两套水汽数据,分析它们对青藏高原及周边UTLS水汽的时空分布和演变的表征能力。结果表明,与MLS数据相比,5套再分析资料中在UTLS普遍偏湿,最大偏湿在上对流层215 hPa,约为165%,而在下平流层,ERA-I和MERRA与MLS的差异相对较小。总的来看,ERA-I和MERRA表征的水汽与MLS更为接近。进一步的对比表明,ERA-I和MERRA中青藏高原及周边水汽含量的时空分布与MLS较为接近,夏季能够表征青藏高原在纬向和经向上的水汽高值区,冬季能够表征对流层顶、西风急流中心附近的水汽梯度带,而且MERRA的结果要好于ERA-I。ERA-I、MERRA和MLS中青藏高原地区的水汽季节演变都表现为冬季1-2月水汽含量低,夏季7-8月水汽含量高,水汽的季节变化在200~300 hPa最大。MLS资料显示,在青藏高原地区对流层顶附近,存在随时间向上向极的水汽传输信号。相较而言,ERA-I对向上水汽传输信号的表征更好,而MERRA对下平流层(100 hPa)向极水汽传输信号的表征更好。     

青藏高原春夏季对流异常及其对西太平洋副高的影响

高原冬春季净辐射多寡可以显著影响高原地区大气环流季节转换进程和后期高原对流活动。净辐射偏多,初夏高原同低纬度之间温度梯度反转时间提前,高原对活跃,夏季高原主体对流异常,可以通过辐散环流造成西太平洋异常的下沉运动,影响副高的强度、南北位置和西伸程度,最终导致夏季降水的异常分析。     

夏季北半球青藏高原对流层顶气压异常变动的物理机制研究

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过构造青藏高原(下称高原)对流层顶气压指数以及选取1992年和1998年这两个高原对流层顶气压正、负异常最大值年份进行对比分析,研究了北半球夏季高原对流层顶气压异常变动的物理机制。结果表明：(1)高原对流层顶气压异常变动与平流层和对流层气温及位势高度异常有密切联系,同时,与地表...     

南亚高压对亚洲季风区夏季对流层上层水汽异常分布的动力效应

正确认识对流层上层水汽以及其他大气痕量成分的分布和形成机理对于正确认识全球气候变化具有重要的意义.已有的研究说明亚洲季风区为全球的一个特殊的区域.基于最新的卫星微波临边探测仪(EOS-MLS)资料,首先定性地分析了亚洲季风区对流层上层水汽分布异常特征,然后,利用2005年夏季NCEP/NCAR的GFS资料和大气拉格朗日...     

青藏高原东部牧区雪灾的环流型及水汽场分析

冬、春季雪灾是青藏高原东部牧区重要的灾害性天气。本文利用历史天气图和国家气象中心T106L19全球模式的分析值格点资料，分析了青藏高原东部牧区近20年来冬，冬季降雨的天气形势和水汽场。结果表明，北脊南槽型、乌山脊型、阶梯槽型和国境槽型是造成高原东部牧区降雪的四类主要环流型；在高原东部牧区强降雪天气过程时气柱可降水量有明显增加，记要降雪区与水汽通量辐合区吻合，主要水汽来自孟加拉湾地区。     

青藏高原大气总水汽量的反演研究

利用2001年青藏高原89个气象站资料、NCEP格点再分析资料以及2001—2003年7月3个地基GPS站的大气总水汽量观测资料,对GPS遥感的大气总水汽量与探空观测结果做了比较,研究了大气总水汽量变化对降雨形成的影响,大气总水汽量与地面水汽压的关系,分析了青藏高原大气总水汽量的时空变化特征及其成因。结果表明:GPS遥感的大气总水汽量与探空观测结果吻合得较好,2001年那曲站两种结果相比均方根误差仅0.15 cm;大气总水汽量与地面水汽压之间有良好的相关关系;不同季节高原上基本都存在3个明显的大气总水汽量高值中心:即东南部、西南部和西北部;高原大气总水汽量分布的季节变化与500 hPa风场及整层大气水汽通量的变化关系密切。     

青藏高原感热加热异常与夏季低频环流的数值研究

使用科学院大气物理研究所两层大气环流模式，就青藏高原地表感热通量异常减少对夏季东半球大气环流及亚洲季风低频变化的影响进行了数值试验研究。结果表明：高原地区感热通量异常减少时，南海及西太平洋地区低频振荡方差百分率增大；高原感热异常加热对东亚和印度季风子系统具有不同的影响，季风区低频扰动的位相，中高纬低频扰动的结构，强度和经向传播速度都发生改变，ＥＡＰ波列变得更为清楚典型，大圆上的低频涡旋一直传播到我     

近40年海南岛冷冬气候特征及其成因分析

利用海南岛17个市、县近40年气象观测站逐月气温观测资料,参照《暖冬等级》国家标准,对海南岛异常冷冬事件的时空分布规律进行了分析。在此基础上,利用国家气候中心提供的74项环流指数以及1977—2017年NCEP/NCAR全球再分析格点资料、NOAA ERSST全球海表温度格点资料以及Nino3. 4指数和AO指数,对海南岛冷冬事件形成机制进行了研究。结果表明:海南岛冬季平均气温存在明显的年代际变化特征,近40年海南岛冷冬频发,共出现12次冷冬年。南部市、县发生冷冬的频次大于中部及北部,北部市、县冷冬发生的强度强于南部。海南岛冷冬形成原因主要是对流层大气环流异常,西伯利亚高压增强,东亚冬季风显著偏强,对应副热带高压偏弱、位置偏东,影响海南岛的冷空气更加活跃,使得海南岛冬季气温偏低。另外,南海海温较常年偏低,ENSO冷位相叠加AO指数正位相,有利于进一步诱发大气环流异常,促使海南岛冬季气温偏低,出现异常冷冬事件。