南海夏季风期间水汽输送的气候特征

通过分析NCEP/NCAR 1973～1998年(共26年)4～8月的再分析比湿场和风场资料,研究了南海夏季风期间的水汽输送特征.夏季,东亚上空水汽水平输送特征在各月有很大差异,这是夏季风环流系统演变的结果.孟加拉湾南部地区是中国长江中下游和南海地区重要的水汽源地,来自上游孟加拉湾南部地区的水汽输送对南海季风的爆发具有重要意义.经向水汽输送主要有利于20～30°N之间华南地区的水汽辐合.从总的收支看,南海地区是一个水汽汇区.南海季风爆发早晚年的水汽输送通道存在明显差别.在爆发偏早年,从赤道印度洋到南海地区的输送通道建立早且维持时间长,4～5月南海易成为水汽辐合区;在偏晚年,南海地区水汽则是辐散的,不利于形成季风性降水.南海季风爆发早晚年与长江中下游旱涝年的水汽输送有一定联系.     

水汽输送对云南夏季风爆发及初夏降水异常的影响

主要利用1961～2000年云南120个站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究水汽输送对云南夏季风爆发和初夏5月降水异常的影响.结果表明,5月份云南上空为一致的西南风水汽输送,主要由来自印度半岛北部的副热带西风水汽输送和热带印度洋至孟加拉湾的西南风水汽输送汇合而成,而来自南海地区西太平洋副高西侧转向的偏南水汽输送是构成云南东部地区水汽输送的重要分支.5月下旬云南夏季风爆发期间,热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送显著增强,云南上空增湿明显,这为季风爆发提供了必要的水汽条件,而东亚中纬地区冷空气的入侵则可能是触发季风降水的重要机制.进一步研究发现,云南5月降水量显著的年际变化也与大尺度水汽输送异常密切相关,即当热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送强,而南海至东亚大陆地区的水汽输送弱时,降水量偏多,反之偏少.     

1997年东亚夏季风异常活动在汛期降水中的作用

利用1997年逐日降水资料和国家气象中心提供的T63再分析资料,详细讨论了中国汛期降水及东亚夏季风活动的异常特征及其间的联系。结果表明,该年中国夏季降水及东亚夏季风活动均表现了突出的异常,东部雨带长期滞留在江南、华南一带,夏季风向北的推进很弱,主要活跃于较低纬度,最北仅至35°N,未能在黄河以北的地区建立,比起气候意义下夏季风北进的最高纬度偏南10°左右。在这一过程中,夏季风异常是主要雨带异常发展的重要影响因子,候大雨带的建立和北推均与季风的建立与活跃密切相关。进一步对大尺度水汽场的分析表明,夏季风的活动明显改变了大尺度水汽输送及辐合,进而影响和制约了主要雨带的分布。夏季风爆发后,南海及中国大陆的主要水汽输送源均发生了明显变化,来自于孟加拉湾和热带印度洋的水汽输送到南海后,再从南海输送到中国大陆。而季风的活动同时也制约了强水汽辐合带的出现,其在低纬的维持为雨带长期稳定于南方地区提供了有利条件。     

华南前汛期不同降水时段的特征分析

利用1957-2001年华南地区74个测站逐日降水资料和同期NCEP／NCAR逐日再分析格点资料，对华南前汛期(4-6月)不同降水时段的特征进行了比较。分析发现，华南前汛期降水由锋面降水和夏季风降水两个时段组成。锋面降水时段主要集中在4月，为典型的由冬到夏过渡的环流形势，华南地区高空为平直的副热带西风急流，大气层结稳定，水汽来源主要是阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送；南海夏季风爆发前，副高仍控制南海地区，华南地区水汽输送主要来源于阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送及孟加拉湾的西南输送；南海夏季风爆发后，副高东撤退出南海地区，南半球越赤道水汽输送加强并与孟加拉湾水汽输送连通，华南区域内对流发展；夏季风降水时段盛期主要集中在6月，此时南亚高压跃上高原，华南地区处于南亚高压东部，对流发展极其旺盛，强大的南半球越赤道水汽输送越过孟加拉湾和南海地区向华南地区输送。     

1998年青藏高原东部及其邻近地区大气热源与南海夏季风的关系

利用 1998年 5 8月南海季风试验期间的站点观测资料及NCEP再分析资料 ,计算了大气热源和水汽汇 ,并分析了南海季风爆发前后季风区对流层温度演变及其热力机制。结果表明 :南海夏季风的爆发与季风区对流层中高层南北温度梯度的逆转密切相关。南北温度梯度最先在孟加拉湾以东季风区发生逆转 ,半个月后在印度半岛及其以西地区逆转。季风爆发前中南半岛北部对流层中高层的迅速增温是由感热和潜热共同造成的 ,而华南及南海北部地区的增温则是由暖平流所致。 5、6月高原东部对流层中高层由非绝热加热造成的显著增温对东亚夏季风的北进和维持是非常重要的。 5、6月高原地区热源以感热为主 ;7、8月感热和潜热共同起作用     

南海季风爆发期间大气环流结构与对流热量、水汽输送特征

利用中国南海季风试验(SCSMEX)区1998年5～6月"科学1号"和"实验3号"观测船得到的一天4次加密探空资料,重点分析了南海北部地区(15～25°N,108～122°E)夏季风爆发前后大气环流的动力、热力和湿度场分布与海洋对流热量和水汽输送特征.结果表明,南海北部季风爆发前后的大气动力场、温湿场出现快速而明显的变化.季风爆发前,南海北部地区高层辐合、低层辐散,以下沉气流为主;季风爆发后,在200 hPa左右高层辐散,而在900～950 hPa左右低层辐合,并出现强上升气流.这种动力场的显著变化引起温度、湿度场的改变,直接导致南海对流的快速发展,对流活动伴随着剧烈的热量和水汽垂直输送和转化.     

1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统 的研究：I中尺度对流系统发生发展的大尺度条件

南海季风试验(SCSMEX)的观测表明,1998年南海北部夏季风爆发(5日16～20日)的主要特征是中尺度对流活动的突然爆发和降水迅速增加.文章通过讨论大尺度背景下中尺度对流活动及降水形成的物理条件,揭示了该时段中尺度对流系统与中尺度雨带形成的可能机制(1)在季风爆发初期华南及南海北部地区对流层低层较高的假相当位温与对流不稳定性、低层西南风辐合和高层的辐散为该地区的中尺度对流系统的发展提供了有利的大尺度热力与动力条件;来自孟加拉湾与副热带高压西侧的西南气流为南海北部强降水区提供了大量水汽,形成了该区深厚的湿层和强水汽辐合;(2)来自东亚中高纬地区几次冷空气活动是对流活动发生的重要触发机制,其作用是使对流不稳定能量迅速释放和对流活动在大范围地区突然爆发;(3)通过对南海季风试验期间安装在东沙岛和实验3号科学考察船上的双多普勒雷达资料反演的降水量分析表明,活跃的对流在季风槽和相应的风场切变线作用下,不断地组织并形成一些中尺度对流雨带(MCSs).1998-5-15～19季风爆发时段内,可观测到约12次中尺度降水过程,它们的生命期为6～10 h或更长;(4)南海季风槽与低层切变线的建立以及其中中尺度低涡的产生和发展是中尺度对流系统形成与维持的必要条件.     

2007年南海夏季风的爆发过程

利用NCEP/NCAR再分析资料、向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,OLR)资料以及卫星、地面站点降水资料,对2007年南海夏季风爆发前后的对流活动、环流形势及降水分布进行研究,结果表明:2007年对流活动增强首先出现在孟加拉湾东岸,然后扩展到南海地区;同时副高东撤北抬,南海夏季风于5月中下旬(29候)爆发;季风爆发后,南海地区开始盛行西南气流,亚洲中低纬地区南北温差(风向切变)由正(负)变负(正).2007年南海夏季风爆发期间,水汽输送和季风涌活动增强使我国东部地区降水增多.     

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料,根据定义的旱涝指数,划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分别讨论华南前汛期4~6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上,进一步研究了4~6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和旱年的不同特征。结果表明:影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征,华南前汛期(4~6月)降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用,而阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。     

1998年中国大洪水时期的水汽收支研究

文中首先通过水汽通量的势函数和流函数的计算 ,分析了 1998年中国大洪水时期的全球水汽背景 ,然后从雨情分析入手 ,将 1998年 5～ 8月长江、松花江流域洪水期分为 7个降水阶段、11个区域 ,对各时段、各区域的水汽收支作了诊断分析 ,得到中国大洪水时期部分水汽收支图像 ,揭示了水汽循环的一些规律 ,主要结果如下 :( 1) 1998年 5～ 8月 ,中国东部地区是全球最强的水汽汇区 ,这与 1991年夏季的情况相似。水汽通量的势函数极小值区 (最大辐合区 )对应强降水区 ,并且暴雨区的水汽辐合是由半球尺度的水汽输送造成 ,这表明 ,即使对于区域性大洪水 ,它必须从极大范围地区获得水汽供应。分析还表明 ,南海季风的爆发及其区域内西南方向水汽流的增强与印度洋势函数 (水汽辐散 )的增强关系密切。( 2 )大气的水汽收支表明 ,降水主要来自水汽的辐合项 ,辐合主要发生在大气低层 ;用余差法计算出的局地蒸发项一般为降水量的 13 ～ 12 ,因而水汽的再循环过程也十分重要 ;垂直输送项把低层的水汽向中上层输送 ,增加高层的水汽积累 ,为积云的发展和潜热释放提供条件。( 3 )南海地区的水汽输送情况与中国强降水密切相关 ,南海季风爆发后 ,其强劲南风气流输送水汽的区域往往是强降水发生区。对于整个中国东部大陆区而言 ,来     

郑州冬麦田底墒推算方法初探

根据1991～1996年郑州冬小麦播种前0～200 cm的土壤水分观测资料,应用3次多项式模拟了底墒的垂直分布。结果表明土壤水分随土层深度增加的变化趋势,0～50 cm土壤水分与0～200 cm的底墒相关达到0.01显著水平,可以用0～50 cm土壤水分推算0～200 cm土层底墒。     

内蒙古夏季干旱的水汽输送特征分析

对于大气中水汽的定性、定量测量是提高内蒙古干旱研究与预测的有效手段。利用NCEP再分析资料和内蒙古地区实测降水资料（1961-2000年），定性、定量地分析东亚水汽分布、水汽输送与内蒙古夏季干旱的关系。得出内蒙古地区上空低层大气的含水量偏少是内蒙古夏季干旱的一个重要因素。由于青藏高原大地形作用，孟加拉湾和南海的水汽北上受阻，不能达到内蒙古高原是形成内蒙古干旱的又一原因。受大气环流影响，内蒙古高原水汽辐合偏弱是内蒙古夏季干旱的重要原因。青藏高原的水汽通量与内蒙古东西部降水都存在明显负相关；孟加拉湾至内蒙古西部是内蒙古西部地区降水的水汽通道，南海至中国东北地区为内蒙古东部降水的水汽通道。     

陕西4次台风远距离暴雨过程的水汽条件对比

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对比分析了陕西省4次台风远距离暴雨过程期间的水汽输送、水汽收支和水汽含量特征。结果表明：远距离台风用直接和间接2种方式影响热带低纬地区水汽向陕西方向的输送,中高纬度地区西风槽与高压系统直接参与暴雨区附近水汽的输送与再分配过程。远距离台风出现时,暴雨区南边界始终存在水汽的输入,占净输入的68%,西边界多为水汽的输出方,东边界上水汽收支变化趋势与台风移动路径密切相关。川东地区西南涡维持、发展并向东北向移动时,陕西水汽总收支成倍增大。台风远距离暴雨出现前12 h左右,暴雨中心低层比湿出现极大值,对应的风场辐合中心一般出现在比湿增加之后。     

黑龙江省农田土壤水分的时空分布规律

依据黑龙江省33个农业气象试验站近20年的土壤水分常数与土壤重量含水率农田实测资料，以土壤有效水量和土壤相对含水率为指标，初步分析了农田土壤水分的时空分布规律。     

Moisture transport over the Arabian Sea associated with summer rainfall over Pakistan in 1994 and 2002

In this study,we aimed to elucidate the critical role of moisture transport affecting monsoon activity in two contrasting summers over the Arabian Sea during the years 1994,a relatively wet year,and 2002,a relatively dry year.A comprehensive diagnostic evaluation and comparisons of the moisture fields were conducted;we focused on the precipitation and evaporation as well as the moisture transport and its divergence or convergence in the atmosphere.Monthly mean reanalysis data were obtained from the National Centers for Environmental Prediction(NCEP-I and-II).A detailed evaluation of the moisture budgets over Pakistan during these two years was made by calculating the latent energy flux at the surface(E P) from the divergence of the total moisture transport.Our results confirm the moisture supply over the Arabian Sea to be the major source of rainfall in Pakistan and neighboring regions.In 1994,Pakistan received more rainfall compared to 2002 during the summer monsoon.Moisture flow deepens and strengthens over Arabian Sea during the peak summer monsoon months of July and August.Our analysis shows that vertically integrated moisture transport flux have a significant role in supplying moisture to the convective centers over Pakistan and neighboring regions from the divergent regions of the Arabian Sea and the Bay of Bengal.Moreover,in 1994,a deeper vertically integrated moisture convergence progression occurred over Pakistan compared to that in 2002.Perhaps that deeper convergence resulted in a more intense moisture depression over Pakistan and also caused more rainfall in 1994 during the summer monsoon.Finally,from the water budget analysis,it has been surmised that the water budget was larger in 1994 than in 2002 during the summer monsoon.     

Moisture Origins and Transport Processes for the 2020 Yangtze River Valley Record-Breaking Mei-yu Rainfall※

The summer of 2020 recorded a record-breaking flood due to excessive mei-yu rain falling over the Yangtze River Valley (YRV). Using the Lagrangian model FLEXPART, this paper investigates moisture sources and transport processes behind this extreme event. Based on climate data from 1979 to 2019, the air-particle (an infinitesimally small air parcel) trajectories reaching the YRV show sectors that correspond to five main moisture sources: the Indian monsoon region (IND, 27.5％ of the total rainfall), the local evaporation (27.4％), the Western Pacific Ocean (WPO, 21.3％), the Eurasian continent (8.5％) and Northeast Asia (4.4％). In the 2020 mei-yu season, moisture from all source regions was above normal except that from Northeast Asia. A record-breaking moisture source from the IND and WPO dominated this extreme mei-yu flood in 2020, which was 1.5 and 1.6 times greater than the climate mean, respectively. This study reveals a significant relationship between the moisture source with three moisture transport processes, i.e., trajectory density, moisture content, and moisture uptake of air-particles. A broad anomalous anticyclonic circulation over the Indo-Northwestern Pacific (Indo-NWP) provides a favorable environment to enhance the moisture transport from the IND and WPO into the YRV. In the 2020 mei-yu season, a record-breaking Indo-NWP anomalous anticyclonic circulation contributed to a higher trajectory density as well as higher moisture content and moisture uptake of air-particles from the IND and WPO regions. This collectively resulted in unprecedented moisture transport from source origins, thus contributing to the mei-yu flood over the YRV in 2020.     

我国东部持续性暴雨水汽输送特征的比较分析

基于武汉市加密站的降水量资料和ERA5再分析资料,对2020年7月5—6日发生在武汉江夏的一次特大暴雨过程的水汽通量、水汽收支进行分析,并引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT4)定量分析暴雨过程中的水汽来源以及水汽源区对降水的贡献。结果表明：(1)天气系统的有效配置和异常稳定是本次江夏特大暴雨产生和维持的主要原因。(2)特大暴雨所需水汽主要由南边界和西边界输入暴雨区,低纬度印度夏季风环流和副高外沿的偏南气流对水汽的输送和聚集是此次特大暴雨得以发生发展的必要条件,两支环流中偏南气流带来的水汽净流入是暴雨区水汽净收支的主要贡献者。(3)定量估算结果表明,水汽源地可追踪至印度洋、孟加拉湾-南海和西太平洋,对此次特大暴雨事件的水汽贡献率分别是24%、41%和34%。(4)对流层低层的水汽通道和源地发现925 hPa以南方路径为主,其水汽来源大值区为西太平洋和南海,而850 hPa则以西南路径为主,其水汽来源大值区位于印度洋和孟加拉湾。

     

土质对FDR水分传感器拟合参数影响的试验研究

通过制作人工土柱的方法,对壤土、黏土、砂土等土质进行FDR(Frequency Domain Reflectometry)水分传感器拟合标定试验,分析了传感器频率与土壤水分之间的关系,以及不同质地土壤对传感器标定参数的影响。数据分析结果表明:FDR土壤水分传感器感应频率随土壤体积含水量的增加而单调减小,具有很好的相关性,不同的土质对土壤水分传感器标定参数影响较大,黏土测试的传感器归一化频率范围在0.64~0.94之间,壤土测试的传感器归一化频率范围在0.4~0.86之间,砂土测试的传感器归一化频率范围在0.3~0.94之间,土壤按类别进行标定比集中标定的效果更好。分析结果对土壤种类复杂地区的自动土壤水分观测仪精细化标定具有一定指导意义。     

自动土壤水分观测数据异常值阈值研究

根据从国家气象信息中心实时资料数据库读取的自动土壤水分监测资料,计算出各个测站相应的土壤容重、田间持水量、凋萎湿度数据。在具体的业务实践中,参照土壤最大吸湿量数值,将6%作为土壤相对湿度的低值异常阈值;参照土壤饱和含水量数值,将190%作为土壤相对湿度的高值异常阈值;参照土壤水分日变化特点,初步将24 h变化幅度0.1%作为10和20 cm土层土壤相对湿度监测异常的变化阈值。具体分析代表站实测土壤相对湿度随时间的变化幅度,认为在土壤水分上升过程中的小时之间变化幅度应小于土壤饱和含水量（%）与前一监测数据的差值;土壤相对湿度>100%时的下降幅度应小于土壤饱和含水量（%）减去95%;土壤相对湿度≤100%时的下降幅度应小于5%。     

土壤水分测定技术探讨

从土壤水分取样测定、土壤水文常数测定、观测簿的填写等各方面对土壤水分测定技术做一探讨,提出正确开展土壤水分测定应注意的问题,以供各土壤水分测定站观测人员参考。