2017年6月湖南致洪暴雨的天气分析

利用实况观测资料和欧洲中长期天气预报中心再分析资料,对2017年6月底湖南一次致洪暴雨过程进行诊断分析。结果表明:高空冷涡和副高的稳定维持为暴雨发生提供了有利的大尺度环流条件,中低层低涡切变线和地面锢囚锋是此次暴雨的主要影响系统。2支高空急流增强和靠近诱发了低空急流爆发,高低空急流耦合形势的增强促进了暴雨的持续和加强。低空急流为暴雨发生提供了充沛的水汽和不稳定能量,暴雨区表现为显著的对流不稳定,并且在假相当位温垂直梯度增加的阶段对应暴雨强度亦增大。水汽通量以及辐合大值区对暴雨落区预报具有一定的指示意义。     

河南中南部持续性暴雨水汽输送特征分型

通过分析1961~2010年发生在河南中南部持续性暴雨的水汽输送特征,从水汽输送角度对河南省中南部(河南省黄河以南地区)的持续性暴雨进行分型,总结出3种水汽输送类型,即西南气流型、螺旋型和"S"型。对比分析这3种类型代表个例的水汽输送和水汽收支特征后发现,河南中南部的持续性暴雨主要是由西南气流型的水汽输送造成的;"S"型和螺旋型水汽输送也是造成河南中南部持续性暴雨的原因之一。西南气流型和螺旋型的水汽输送是造成淮河上游洪涝的主要水汽输送类型,其对应的天气影响系统分别是:高层低槽(低涡)、中低层切变线和台风低压(台风倒槽)。     

中国年最大致洪暴雨落区研究

分析了1900-1999年逐年全国最大致洪暴雨落区的区域分布和年际间迁移轨迹.结果表明:中国年最大致洪暴雨落区的年际间迁移轨迹是无序的;年最大致洪暴雨可以随机地出现在中国(主要在90°E以东地区)任何地区;华中和华东地区是出现年最大致洪暴雨频次最高的地区.也分析了1470-1899年逐年的年最大洪涝中心的区域分布和年际间迁移轨迹,其结果支持20世纪中国年最大致洪暴雨落区分布和年际间迁移轨迹分析所得出的认识.上述事实表明,中国7大江河中的任何一条,每年都可能出现全国最大的暴雨洪水,而且无法预见其在年际间迁移的方向与落区.因此,中国不得不立足于此客观事实确立全国防洪战略.     

致洪暴雨中期预报进展

结合我国国情,从防洪减灾的迫切需要出发,进行增长暴雨预见期的研究。采用气象与水文结合的方法,提出“致洪暴雨”的新概念,并简要地论述了近年来国内在致洪暴雨中期预报研究试验方面的若干新进展,其内容包括致洪暴雨过程出现的天气气候特征,大气环流形势背景、卫星云图及OLR场分布特点、大气超长波、长波及合成行星波、低频振荡、大气物理参数诊断、暴雨时空分布特点及其与洪水的关系,以及中期预报方法的探索等。     

长江流域旱涝典型年大气水汽输送

利用我国125个探空站一日两次自地面至100hpa共11个层次上的观测资料,对长江流域典型夏涝年(1980年)和夏旱年(1985年)我国大气中水汽总输送场、涡动输送场及散度场进行了计算分析。结果表明:当水汽总输送场从西北、西南和东南三支气流携带的水汽交汇于长江流域,且整个水汽输送场稳定持久,则在水汽辐合带附近导致大量降水,形成洪涝;反之,当三支气流微弱不稳定,不能形成水汽辐合带条件,则形成干旱。涡动输送亦反映出类似的特征。稳定且强盛的西南气流水汽输送是形成降水的主要条件和原因。     

中国上空的涡动水汽输送

利用1983年国内外149个探空站全年资料,系统地研究了中国大陆上空的涡动水汽输送,包括涡动水汽输送的路径、收支量及其时空分布特点。研究表明,我国夏半年是涡动水汽源地,冬半年是汇地;涡动水汽以春、秋的4、10月最强,30°～40°N间最为活跃;涡动水汽净输送量在华北、西北、东北均超过总输送净量的50%;涡动水汽的经向性十分明显,经由长江流域北界输入北方的涡动水汽量占总输送量的91%强,表明它是把湿润地区暖湿水汽输向干旱、半干旱地区的主要机制,这不仅对北方大气湿度的维持,而且对其降水都有着特殊的贡献。     

青南高原汛期降水异常与水汽输送

根据地面气象站观测资料,分析1961-2004年青南高原汛期降水变化的区域特征,并依据NCEP/NCAR再分析资料分析了典型多雨和少雨年份的大气水汽输送.研究表明: 青南高原汛期降水变化的区域性较强,其东北部、西部和中南部变化形势差异显著,各区典型异常年份出现的时段和频率以及对应的水汽来源不同.其中,来自赤道西太平洋的水汽输送是青南高原东北部地区汛期降水的主要来源,而西北冷空气是降水形成的重要促进因素;西部地区汛期降水主要受到来自孟加拉湾水汽输送和西风水汽输送的影响,同时欧洲东部和西西伯利亚地区阻塞高压活动对其亦有一定影响;中南部地区汛期降水主要来源于西南季风的水汽输送,此外也受到欧亚中高纬环流形势的影响.     

中国西北地区水汽的平流输送和辐合输送

分析了中国西北地区上空的水汽汇聚过程———平流输送与辐合输送,为西北地区降水过程数值模拟的参数化提供依据.分析表明:中国西北大部分地区为负的水汽平流输送,从上风方向得到的水汽输入小于水汽输出,是水汽的净流失区;中国西北地区中部为大范围负的水汽辐合输送,当地的水汽由风场向外扩散,加剧了当地的水分流失,是水汽扩散区;在水汽净输送的年际变化中,中国西北地区小于华北地区,平流输送呈上升趋势,辐合输送下降,平流的相对贡献在增加;在与大气环流系统的关系中,中国西北地区水汽的平流输送主要受西风带影响,辐合输送与南亚夏季风有显著相关.变化趋势表明西风的作用在加强.     

2001-2005年西北中东部水汽及其输送特征

利用西北地区中东部2001-2005年近5 a的40个站点逐日探空资料, 分析了该区域的水汽及其输送特征.结果表明:整层水汽含量分布不均, 季节变化明显, 除冬季外, 沿祁连山存在一条"湿舌". 水汽主要来源于以西风为主的纬向输送和西南气流的径向输送. 高原上的水汽输送, 北部来源于西北气流, 南部为西南气流, 但北部的水汽通量仅有高原东侧西南气流输送的一半左右, 高层水汽输送更加重要. 占主导的西风和西北风的水汽干输送是西北干旱的原因之一, 而特殊的地形作用是该区域降水形成及分布不均的重要因素. 在水汽输送能力最强的夏季, 纬向水汽输送最强的高度出现在600 hPa左右高度上, 而径向强输送集中于600 hPa以下103° E以东的高原东侧.     

山西上空水汽输送和水分循环研究

利用山西省周边共8个探空站的实测资料,计算了山西省上空1959年～1992年的水汽含量和1990年的水汽收支与水汽输送通量,包括总输送、切变输送、时间涡动输送、平均输送等分量。在此基础上建立了山西省水分循环和水量平衡模型。结果表明,山西上空水汽含量年内干湿变化大于全国平均情况,多年变化存在一定的丰枯阶段性;年水汽净输入量约690亿m3,主要从西边界和南边界输入,从东边界输出,涡动输送量是主要输入机制,平均输送是主要输出机制,受强西风环流控制;山西的自然地理条件使其对大气水资源的利用率为30%,低于全国平均利用率;山西水分内循环较全国平均情况强盛,由于水分内循环的作用,可使当地蒸发形成的降水量占全年总降水量的15%;地下水开采已对大气水分循环要素产生影响,进而可能对山西省自然环境的变化产生负效应。这些事实增进了对山西省水资源的水文和水文气候学背景的认识。     

淮河流域水环境综合承载能力

在界定水环境综合承载能力概念的基础上,建立了能定量反映出经济社会系统、水资源系统、水环境系统之间相互作用关系的"经济社会-水资源-水环境"复合系统模型;以"支撑最大经济社会规模"为目标函数,以"维系良好水环境状况"为约束条件,并考虑复合系统模型约束、水量约束和其它约束条件,建立了分区式水环境综合承载能力计算模型;提出承载程度的评价方法和标准;运用上述模型和方法,计算和评价了淮河流域71个单元的水环境综合承载能力和承载程度。     

淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值

采用淮河流域内1959—2008年110个气象站的逐日降水资料,结合流域1978—2008年农作物旱涝灾害受灾面积数据,基于降水致灾因子与农作物承灾体受损程度等研究,提出旱、涝致灾气候阈值概念,在此基础上分析旱涝灾害发生的时空特征,确定淮河流域合理的旱涝致灾气候阈值区间并建立致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的定量关系。结果表明:① 致灾气候阈值可通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959—2008年相应时段累积降水量的平均值来定义,得到的旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映,可满足研究区旱、涝事件分析需求;② 洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势,而干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96,构建了基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。     

淮河流域水污染防治与可持续发展

淮河流域水污染防治与区域经济可持续发展是当今淮河流域所面临的最重要的问题之一，也是制约淮河流域经济发展的主要障碍。论述了建立水污染防治与区域经济协调发展机制，健全水环境污染控制机制，以实现淮河流域水污染防治与社会经济的可持续发展。     

淮河流域蒸发皿蒸发量变化分析

在气候变化背景下,许多地区蒸发皿蒸发量出现持续减少现象。淮河流域是中国南北方气候分界线,研究蒸发问题对认识淮河流域水分循环和水资源状况有重要作用。利用淮河流域实测蒸发皿蒸发量、气温、降水等7种气象要素、英国CRU月平均云量资料和NCEP/NCAR的再分析资料,分析了淮河流域近50年来蒸发皿蒸发量的变化及其原因。结果表明,淮河流域蒸发皿蒸发量存在显著的下降趋势。在一年的四季中,春夏季节蒸发量最大,下降趋势最强;淮河流域北部和西部蒸发量最大,下降趋势最强。究其原因,蒸发皿蒸发量下降与下垫面风速和日照时数减少、相对湿度和降水量增多有关;大气对流层相对湿度和比湿的增加致使地面相对湿度增大,天空云量和降水量增多,从而减弱了太阳辐射的强度,缩短了日照时间,结果使蒸发皿蒸发量下降。     

淮河流域水资源问题与建议

淮河流域社会经济进入快速发展期,水安全将面临更大的压力与挑战。调查总结了淮河流域水资源工程体系建设成就,分析了水资源现状和存在的问题;围绕全流域水资源配置和管理,提出增加洪水资源和再生水利用,新建和扩建水资源拦蓄工程及跨流域跨区域调水工程,建立水资源及水环境实时调度管理系统,实行区域用水总量控制制度,进一步加强水资源及水环境重大问题的关键技术研究等,为淮河流域经济社会又好又快发展提供支撑与保障。     

基于MOD16产品的淮河流域实际蒸散发时空分布

蒸散发是陆面过程中的重要环节,联系着陆面水循环和地表能量平衡.淮河流域地处中国南北气候过渡带,对淮河流域实际蒸散量时空变化的研究,有助于深入理解中国气候过渡带水循环对全球气候变化的响应.应用遥感技术对淮河流域MOD16_ET数据进行精度验证,并分析2000-2014年淮河流域蒸散发时空分布特征.结果表明:MOD16_ET产品在淮河流域内的精度总体上符合要求;淮河流域多年平均蒸散发的空间分布整体上呈南高北低,季节蒸散量的空间分布与年蒸散量的空间分布大体一致;近15 a淮河流域平均的实际蒸散量变化范围为531.7~634.0 mm,且存在不显著的下降趋势,实际蒸散量的季节变化大致呈单峰型分布,且季节变化较为明显,夏季(257.2 mm) >春季(143.7 mm) >秋季(120.7 mm) >冬季(66.6 mm);淮河流域西北部,夏、秋、冬三季的季节蒸散量变化速率对年蒸散量变化速率的贡献较大;淮河流域东部,春季的蒸散量变化速率占年蒸散量变化速率的比重较大.研究结果对于淮河流域内水资源短缺问题的解决、有限水资源的合理利用以及旱涝灾害的监测和预警有着重要的意义.     

江苏沿淮地区淮河水与地下水补排关系研究

从淮河江苏段与地下水含水层关系出发,认为淮河河床切割了地下水承压含水层。地下水的水动力特征表明地下水接受了淮河水的补给。从水质研究的角度印证了地表水与地下水的补排关系。将淮河水与潜水、微承压、承压水之间进行聚类分析,印证了微承压、承压水与淮河水同源。     

淮河流域近500年洪旱事件演变特征分析

为了认识淮河流域过去500年洪旱事件发生规律并鉴别当前的洪旱情势,收集并对比分析了流域实测降雨资料、重建历史雨季降雨资料、历史旱涝等级资料、历史洪旱文献记录和历史调查洪水资料等多源洪旱灾害数据。以重建历史雨季降雨资料和历史旱涝等级资料为主要依据,通过滑动平均、频率计算、小波分析和突变检验等方法,分析流域过去500年洪水干旱时空分布特征和演变规律。结果表明,17世纪淮河流域洪旱灾害最严重,但20世纪极端洪旱事件发生频次最多。淮河流域洪旱事件存在40年左右的稳定长周期,主周期从18世纪的15~20年逐渐减少到19世纪的5年周期,近20年来出现2~3年的主周期,洪旱灾害事件呈增加趋势,流域社会经济发展面临着严峻的洪旱灾害威胁。     

气候变化下淮河流域极端洪水情景预估

利用IPCC第4次评估公开发布的22个全球气候模式在A1B、A2和B1三种典型排放情景下的未来气温和降水预测结果,结合新安江月分布式水文模型,在对模型验证效果良好的基础上,参照集合预报方法,对未来90年(2010～2099年)气候变化下淮河流域的极端洪水进行预估。研究结果表明,从出现概率来看,淮河流域未来可能发生极端洪水年份的密集程度从大到小依次为A2情景、A1B情景、B1情景。A1B情景下,21世纪下半叶出现极端洪水的可能性增大,A2情景在2035～2065年以及2085年以后是极端洪水发生较为集中的时期。B1情景在21世纪70年代左右发生极端洪水的可能性较大。综合各种极端事件的定义方法,将极端洪水划定3个洪水量级。A2情景预估极端洪水的平均洪量在3种情景中最大,B1情景最小。3种情景未来一级极端洪水发生比例都比历史上偏大,A2情景下增加最多。二级极端洪水都较历史略有减少,三级极端洪水减少最显著。3种情景下各个量级极端洪水所占比例各不相同,A1B和A2情景二级以上极端洪水出现比例较大,B1情景下极端洪水量级多为三级,超1954年的一级极端洪水所占比例较小。     

FY-3/MERSI卫星资料监测淮河水体方法及应用

在考虑水体与其它地物光谱特征差异及FY-3/MERSI通道光谱和空间分辨率特点的基础上,介绍了利用FY-3/MERSI进行水体识别及水体变化信息检测的方法。以淮河流域为例,利用FY-3/MERSI对2016年6月底至7月中旬降水过程前后水体变化信息进行了监测,并利用相近时间成像的50m空间分辨率的高分四号卫星对水体监测结果进行了对比分析,说明了本文方法的有效性。最后给出了利用我国卫星遥感资料进行水体变化监测需要进一步研究的方向。