中国区域水汽输送异常与长江流域旱涝的关系

The characteristics of water vapor transport (WVT) over China and its relationship with precipitation anomalies in the Yangtze River Basin (YRB) are analyzed by using the upper-air station data in China and ECMWF reanalysis data in summer from 1981 to 2002. The results indicate that the first mode of the vertically integrated WVT is significant whose spatial distribution presents water vapor convergence or divergence in the YRB. When the Western Pacific Subtropical High (WPSH) is strong and shifts southward and westward, the Indian Monsoon Low Pressure (IMLP) is weak, and the northern part of China stands behind the middle and high latitude trough, a large amount of water vapor from the Bay of Bengal (BOB), the South China Sea (SCS) and the western Pacific forms a strong and steady southwest WVT band and meets the strong cold water vapor from northern China in the YRB, thus it is likely to cause flood in the YRB. When WPSH is weak and shifts northward and eastward, IMLP is strong, and there is nearly straight west wind over the middle and high latitude, it is unfavorable for oceanic vapor extending to China and no steady and strong southwest WVT exists in the region south of the YRB. Meanwhile, the cold air from northern China is weak and can hardly be transported to the YRB. This brings on no obvious water vapor convergence, and then less precipitation in the YRB. Foundation: International Technology Cooperation Project of the Ministry of Science and Technology of China, No. 2007DFB20210; Application Technology Research and Development Project of Sichuan Province, No. 2008NG0009; Basic Research Foundation of Institute of Chengdu Plateau, China Meteorological Administration, No.BROP2000802 Author: Jiang Xingwen (1983–), specialized in the study of climate diagnosis.     

中国地区水汽输送异常特征及其与长江流域旱涝的关系

利用中国地区1981-2002 年的常规观测资料和ECMWF 再分析资料, 研究了中国地区水汽输送的异常特征、水汽输送异常与长江流域降水的关系及其环流特征。研究表明: 中国地区水汽输送异常存在一些主要的模态, 其中第一模态最为显著, 其空间分布表现为在长江流域的水汽辐合或辐散, 其变化与长江流域的降水存在很好的关系。当西太平洋副热带高压偏南偏西偏强, 印度季风低压偏弱, 我国北方地区处于中高纬度槽后时, 大量来自孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽在长江以南形成强大的西南风水汽, 与我国北方的冷空气在长江流域辐合, 容易导致长江流域降水偏多。当西太平洋副热带高压偏北偏东偏弱, 印度季风低压偏 强, 中高纬为平直西风气流时, 不利于引导低纬海洋水汽进入我国, 长江流域以南没有稳定的西南风水汽输送, 我国北方冷空气偏弱, 不易南下到长江流域, 导致在长江流域没有明显的水汽辐合, 降水容易偏少。     

2012年7月下旬河套地区4次切变暴雨的对比分析

应用日常预报业务中可以方便使用的常规观测资料、数值预报产品、卫星云图、加密自动站观测资料以及雷达资料等,从环流背景、流型配置、物理机制等方面对比分析了河套地区4次暴雨过程,旨在提高对暴雨的短期预报预测能力及短时强降水的临近预警能力。分析发现：（1）副热带高压西侧的偏南气流以及来自孟加拉湾的暖湿偏南气流在35°—40°N与来自高纬度的干冷的偏北气流多次交汇,水汽在该带中明显辐合,为河套地区持续性暴雨发生发展提供源源不断的水汽,提供水汽辐合上升动力条件;（2）暴雨落区与低层的显著流线出口区或急流出口区的位置、切变线的位置密切相关,暴雨一般落在高空急流的右侧、低空急流的左侧;（3）暴雨天气出现前一般会出现500 hPa以下θ随高度的增加而减少的特征;（4）暴雨天气出现前一般都会出现风随高度顺转的特征;（5）暴雨过程中地面辐合线起到动力抬升作用,触发中小尺度系统的生成和发展;（6）抬升凝结高度和自由对流高度都比较低,利于水汽凝结,而平衡高度较高,利于能量的积累,对于对流天气的预报有较好的指示意义。     

东亚夏季风的变化特征及其对甘肃夏季暴雨日数的影响

采用NCEP/NCAR再分析资料,计算了1974—2013年乔云亭等定义的东亚季风指数,研究了东亚夏季风的变化特征,利用甘肃省80个站逐日降水资料,分析了东亚夏季风对夏季甘肃暴雨日数的影响。结果表明：（1）夏季,西南季风、东南季风和偏北季风存在明显的年际变化且有所差异。（2）夏季,西南季风、东南季风对甘肃省暴雨日数的影响存在很大差异：当西南季风盛行时,西太平洋副热带高压位置偏西,东亚大槽位于贝加尔湖至中国西北部,冷空气与西太平洋副热带高压输送的暖湿气流在陇东南一带交汇,贝加尔湖至张掖为西南暖湿和西北干冷气流,孟加拉湾水汽输送在陇东南地区辐合,造成河东陇南南部、天水东部、平凉、庆阳西部一带和河西张掖地区暴雨日数偏多;当东南季风盛行时,西太平洋副热带高压西伸北抬,冷暖空气主要交汇于甘肃中西部,孟加拉湾西南水汽输送在河东西南部辐合,造成甘南高原、甘肃中部、河西武威一带和酒泉地区暴雨日数偏多。     

西北地区春季多雨与少雨年的高空环流特征

对西北地区1961—2000年119个气象站的春季降水,分析了其空间分布和时间变化及其多雨与少雨年的500 hPa高度场、OLR场、700 hPa风场、湿度场。结果表明:多雨年中纬度500 hPa春季高度距平场东正西负,东亚大槽弱,欧洲低槽强,700 hPa春季矢量风距平场非洲至欧洲、西伯利亚海和菲律滨海盆为辐散区,印度和中国西北地区为辐合区,北半球欧亚700 hPa春季比湿距平场正中心位于阿拉伯海到孟加拉湾和长江流域,OLR主要负距平中心在东南沿海和孟加拉湾,西北地区亦为负距平,主要正距平中心在西太平洋。少雨年500 hPa春季高度距平场西正东负,中亚到新疆的高压脊强,东亚槽偏强,700 hPa春季矢量风距平场欧洲、西西伯利亚、泰国为辐合区,中国西北地区为辐散区,700 hPa春季比湿距平场正中心位于孟加拉湾和菲律宾海盆,OLR负距平中心在东南沿海—青藏高原北—新疆北部,西北地区亦为正距平,主要正距平中心在西太平洋。     

近60 a来中国西南春季持续性干旱异常特征分析

利用1953-2012年中国西南地区44个气象台站的逐日降水、温度以及NCAR/NCEP月平均高度场、风场、地面气压、比湿、垂直速度和NOAA月平均海表温度资料,分析了西南地区4～5月持续性干旱的大气环流特征,并对前期印度洋海表温度对西南地区4～5月持续性干旱的影响进行了初步探讨,结果表明：在西南4～5月持续性干旱年,同期4、5月乌拉尔山脊偏弱,东亚大槽南段偏弱,南支槽也偏弱,中高纬西风带偏强,这样北方冷空气和西南暖湿气流均偏弱;对应西南地区表现为异常的下沉运动,同时水汽输送通量表现为异常的辐散中心,从而使得西南地区发生干旱。另外,在西南4～5月持续性干旱年,从前期2月中印度洋异常偏暖的海表温度区逐渐向东移动,在4～5月到达东印度洋,东印度洋异常偏暖的海表温度加热该地区的大气,使得该地区表现出异常的上升运动,导致哈德莱环流增强,而我国西南地区对应异常的下沉气流,从而使得西南地4～5月发生干旱。     

2012年4月华南地区降水异常事件及成因诊断分析

基于实时、历史观测资料和NCEP/NCAR 再分析资料,采用气候统计和气候事件机理诊断分析方法,对2012 年4 月华南地区降水异常事件及其成因机制开展总结分析。结果表明:2012 年4 月华南大部地区降水异常偏多,强降水频发。华南地区降水异常事件的主要成因为:异常的高低纬环流形势配合,为华南地区降水异常偏多提供有利的环流背景,利于北方冷空气南下与西南暖湿气流在华南地区交汇;同期华南地区为异常偏强的上升气流控制,高低空辐散、辐合环流配置利于华南地区降水异常偏多;源自孟加拉湾、南海和西太平洋的异常水汽输送为华南地区提供良好的水汽条件,是华南地区降水异常事件的重要影响因子。     

南疆西部暴雨过程的动力热力结构分析

利用常规气象观测资料和ECMWF提供的ERA-Interim 0.125°×0.125°再分析资料,通过对2012年5月21~23日和2013年5月26~29日南疆西部两次暴雨过程中等熵面特征的对比分析,得到暴雨过程中的动力热力结构模型。结果表明：南疆西部暴雨过程是在中亚低涡系统影响下,高、中、低空急流耦合并叠加地形强迫的综合作用下形成的。中亚低涡前部中高层向东输送的冷空气翻山后下沉,与低层南疆盆地东部向西输送的冷空气汇合抬升,与中层暖空气交汇,同时上升运动加强促使水汽辐合凝结,是降水的重要原因,短时强降水时冷空气强度弱于暖空气,持续性降水时反之。中低层等熵面位涡与降水关系密切。     

西北地区东部夏季水汽输送特征及其与降水的关系

采用ERA Interim 再分析资料和160 站逐月站点降水资料,运用经验正交函数（EOF）分析、合成分析等方法揭示了西北东部3 个分区的水汽输送的区域气候特征、与降水EOF气候模态相对应的整层水汽输送特征以及降水偏多（少）年的水汽输送异常特征。结果表明：西北地区东部夏季经向水汽输送的大值区处于900 hPa~800 hPa 高度上;纬向水汽输送大值位于700 hPa~500 hPa 高度上。对西北东部降水做EOF 分析,第一模态为全区一致型,与降水相对应的西风影响区主要盛行西风水汽输送,季风边缘区的南部盛行西南风水汽输送;第二模态为东南-西北型,东风、东北风水汽输送流入西北东部地区;第三模态为东北－西南型,西风和西北风水汽输送将水汽带到西风影响区内。     

强台风“黑格比”暴雨洪涝特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析0814号强台风"黑格比"引发华南西南部严重暴雨洪涝特征及其成因.结果显示:①2008年9月下旬副高强度偏强,位置偏北偏西,台风易受其南侧偏东气流引导而西行;②台风"黑格比"强度强,辐合上升运动强烈,触发强降雨;③南海夏季风增强和季风辐合带北抬,西南暖湿气流强盛,增强了辐合上升运动,并为台风降雨带来了源源不断的水汽,使降雨加强和持续;④除了气象因素外,地形对西行台风降雨量的显著增幅作用,是造成强台风"黑格比"暴雨洪涝的重要原因.     

西北地区近50a降水变化及水汽输送特征

用NCEP/NCAR再分析资料和中国西北地区145个站的降水资料,研究了西北地区降水与亚洲季风区水汽输送特征的关系。主要结论为:①西北地区降水具有明显的区域性特征,在20世纪80年代以后,西北地区东部降水明显减少,干旱化趋势严重;在西北地区西部,降水增加,气候逐渐向暖湿型转变;②西北地区东部的水汽在夏季主要来自孟加拉湾、南海和西太平洋;西北地区西部除了受西风带的影响外,来自北方西伯利亚的水汽输送在夏季也有一定的作用;③西北地区东部的南边界和西边界是主要的水汽输入,西北地区西部的西边界是主要的水汽输入。在降水偏多年,其水汽输入在7月达到峰值,且具有明显的年变化特征;④西北地区东部的南边界和西边界水汽输入减少趋势明显,使得水汽总收支逐渐减少。西北地区西部西边界的水汽输入自80年代中期以来有增加的趋势,而北边界的输出在减少,水汽总收支有增加的趋势。     

台风“海马”对洞庭湖流域降水同位素的影响研究

基于2011年第4号台风“海马”登陆前后洞庭湖流域内长沙降水同位素资料,分析了降水同位素的变化特征以及水汽输送对降水同位素的影响。结果表明：台风“海马”在洞庭湖流域内长沙所形成降水的大气水线的斜率和截距均小于长沙夏季大气水线,这与根据同位素分馏理论做出的推测相吻合。台风天气系统影响下的流域降水δ ¹⁸O值为研究时段内的最低值,即降水同位素被显著贫化,而降水过量氘（deuterium excess,记为d）波动明显要小于其他时段,后者反映了形成台风降水的水汽来源较为单一。研究时段内长沙降水d指示台风降水前、台风降水中两个阶段水汽来源于西太平洋,水汽输送轨迹也印证了降水d所指示的水汽来源情况,如流域台风降水的水汽主要来自前期台风输送至南海北部的西太平洋水汽。台风降水后这一阶段降水中d指示海洋水汽来源的效果降低,其原因在于海洋水汽输送减少、陆地蒸发旺盛以及下落雨滴蒸发强烈所致。     

西北东部气候异常特征及其对冬季高原感热的响应

利用1960—2000年西北东部100个测站,经过面积权重区域平均的降水、气温资料,对该区域气候异常进行分析。结果表明：①对异常旱涝年,亚洲西风带环流及西太平洋副热带高压的位置最为关键。异常涝年,亚洲地区经向环流占优势,东亚大槽偏东,西太平洋副热带高压偏北;异常旱年,亚洲地区纬向环流占优势,东亚大槽偏西,西太平洋副热带高压偏南。②对异常冷暖年,极涡、西风带环流以及西太平洋副热带高压的状况最为关键。气温异常偏高年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏弱,欧亚地区盛行纬向环流,西太平洋副热带高压面积偏大,强度明显偏强,西伸脊点明显偏西,位置偏北;气温异常偏低年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏强,欧亚地区盛行经向环流,西太平洋副热带高压面积偏小,强度明显偏弱,西伸脊点明显偏东,位置偏南。③冬季高原感热与滞后一个季度的夏季降水、气温的相关较春季的相关更好。     

赤道中东太平洋关键区海温对宁夏春季降水的影响

基于宁夏全区范围内24个常规气象站近53 a春季降水量资料和美国气候预测中心1961-2013年Niño1+2和Niño3.4月平均海平面温度指数资料及NCEP/NCAR北半球月平均500hPa高度距平场再分析资料,采用经验正交函数分解(EOF)及滑动相关分析方法,对宁夏逐年春季降水量的空间分布进行分型,并分析了各空间分布型的时间演变特征,进一步研究了赤道中东太平洋关键区(Niño1+2、Niño3.4)海温是如何通过对西太平洋副高及500 hPa中高纬大气环流的影响来影响宁夏的春季降水。结果表明:近53 a来,宁夏春季降水全区一致偏多或偏少分布型的占比超过70%,21世纪后全区降水一致偏少型明显减少;前一年夏秋季节赤道中东太平洋关键区海温与次年宁夏春季降水存在持续5~8个月的显著高相关,其中7~9月相关最显著,且相关程度逐步提高;研究发现,前一年夏秋季节,赤道中东太平洋关键区海温异常,通过海气相互作用,对次年春季北半球500 hPa高度距平场上中高纬度大气环流的配置以及西太平洋副热带高压的位置产生明显的影响,近而影响形成次年春季宁夏降水的水汽来源以及空间分布。因此,这些前期的稳定强信号对宁夏春季降水预测具有明确的指示意义。     

广东干旱害的气候成因及其防御对策

分析了广东干旱害的气候成因 ,特别对 1998年下半年以来广东气候异常、旱情严重、春耕生产受阻作了具体分析 ,并提出了防御干旱害的对策。     

黄河中上游季节内强降水的时间非均匀性特征及其对大气环流的响应

应用1960-2008年5-10月黄河中上游流域66个气象台站降水资料和美国环境预测中心及大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料,综合气候分区及地表水系分布情况,将黄河中上游流域分为高原区、干旱区、季风影响区,以强降水集中度（SCD）和强降水集中期（SCP）来表征强降水的非均匀性特征,并对SCP异常年份的强降水的变化特征及环流形式进行分析。结果表明：①黄河中上游流域大部分地区强降水依赖化的特征显著,强降水分布最为均匀的地区为秦岭北麓及山西南部,降水最为集中的地区为河套地区及陕北等地。②在黄河中上游流域,3个区强降水平均发生的时间先后顺序为季风影响区最晚、干旱区次之、高原区最早,且均相差一候;黄河流域季风影响区的南部渭河、泾河、洛河等处及青藏高原东部的兰州附近为大的SCP变率区,强降水发生的时间变动较大,鄂尔多斯高原东北部为小的SCP变率区,强降水发生时间稳定;干旱区与季风影响区汛期SCP于20世纪90年代初期发生由大变小的显著性突变,且干旱区突变提前于季风影响区。③干旱区汛期SCP异常年份的高空环流显示,当西太平洋副高北抬至30°N以北120°E左右、南亚高压维持在30°N左右120°E以东时,若两高压“同进同退”(“同向而进、背向而退”),则强降水发生在汛期(7月中旬-8月下旬)后(前)期。黄河流域季风影响区强降水异常年份的高空环流显示,当西太平洋副热带高压维持在26°-30°N、120°E左右,南亚高压维持在30°N左右、120°E以西时,若两高压“同进同退”(“同向而进、背向而退”),则强降水发生在汛期后(前)期。     

纵向岭谷区"通道-阻隔"作用下气温和降雨的空间分布特征

通过对纵向岭谷区1960-2000年气象数据资料的统计分析,探讨了纵向岭谷对气温和降雨量的通道阻隔作用。结果表明:纵向岭谷区准南北走向的山岭对西南气流具有较强的阻隔效应,导致西侧区域出现大面积的多雨区域(年降雨量在1 500-2 000 mm左右);纵向岭谷区的河谷地带呈现显著的通道效应,表现在南、中部,河谷区域从南向北,呈现暖舌和湿舌分布;而在北部,河谷区域从北向南出现冷舌和少雨区域;因此纵向河谷的通道效应在热力作用上表现为,南部有利于暖空气向北输送,而北部有利于冷空气向南输送;在水湿效应上,南部同样呈现水汽输送通道作用,有利于水汽向北输送;但在北部则由于高大山脉背风坡的雨影或焚风效应,导致河谷区域降雨呈现减少趋势。另外,纵向岭谷对于降雨量分布格局变化的作用较强于气温;雨季,纵向岭谷山间河谷对水汽的“通道”效应明显,造成的年降雨量差值可>200 mm;干季,纵向岭谷对冷空气的屏障“阻隔”效应明显,引起的气温差值最大可达3℃;年平均而言,纵向岭谷对年降雨的“阻隔”作用最为显著,年降雨量差值可>1 000 mm。     

洞庭湖流域降水同位素与ENSO关系研究

基于洞庭湖流域内长沙市2010年1月至2012年12月降水事件、GNIP(Global Network for Isotopes in Precipitation)长沙站1988~1992年月降水同位素资料及ENSO（厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动）的2个常用指标（南方涛动指数SOI和Nino3区海面温度SST）,分析了流域降水同位素与ENSO关系。结果表明：洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与降水量、气温在日、月尺度上均呈负相关且只有月度上与降水量的负相关不显著。洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与ENSO的SST指标则呈显著正相关。ENSO对洞庭湖流域降水同位素的影响机制可能如下：春季,La Nina年源自西太平洋的东南风强盛,其转向为西南风的区域达到印度洋,而El Nino年,东南风转向为西南风的发生区域位于印度洋以东,前者有利于挟带印度洋远源水汽向中国东部区域输送,进而造成降水同位素的贫化;夏季,La Nina年印度洋水汽输送在中国南海转为经向继而向北延伸,而El Nino年,源自印度洋的水汽沿纬向穿过南海,在东海转向往北延伸,后者有利于挟带西太平洋的近源水汽输送到中国东部季风区,进而引起降水同位素的富集。     

水汽来源和环境因子对典型亚热带季风区降水稳定同位素的影响——以湖口地区为例

基于亚热带季风区湖口降水稳定同位素进行高频监测,利用HYSPLIT模型、潜在源贡献因子算法和质量浓度权重轨迹等方法对湖口区降水水汽来源进行分析,研究结果表明：① 湖口地区大气降水同位素组成呈夏季低、春冬季高变化趋势,湖口地区大气降水线斜率（8.19）和截距（12.5）与全球大气水线较为接近,说明整体上该研究区气候环境相对湿润。② 湖口降水同位素组成与降水量、湿度和温度均成显著负相关关系,这表明其具有显著的降水量效应、湿度效应和反温度效应。③ 湖口地区水汽来源主要受东南沿海内陆地区、南海和孟加拉湾源区水汽影响显著,其造成降水同位素值也明显偏小,尤其在夏季和秋季。④ 湖口地区降水同位素组成变化还受锋面天气系统（准静止锋和冷锋）和台风影响,台风降水的水汽来源主要来自中国南海和东海地区,此水汽往内陆输送过程中不断形成降水,此过程中降水重同位素（¹⁸O和²H）不断被冲刷造成其值逐渐变小;受准静止锋面系统影响降水δ¹⁸O值为极小值,这与锋面系统中冷、暖气团相遇造成强烈空气对流活动密切相关;而在冷锋面系统影响下,湖口地区降水δ¹⁸O值和d-excess较大,这与中国南方内陆局地再循环水汽补充有关,该研究结果将为鄱阳湖流域大气环流和水循环过程研究提供科学依据和数据支撑。     

陕西盛夏多雨年与少雨年的大气环流特征分析

应用NCEP/NCAR 1979—2004年再分析资料,针对陕西盛夏（7—8月）降水的情况,分析了汛期降水异常的大气环流特征。结果表明:陕西汛期多雨年,影响降水的主要天气系统表现为“三强一弱”,即西太平洋副热带高压、西风带蒙古低槽、乌拉尔山阻塞高压强,青藏高压弱;少雨年天气系统表现为“三弱一强”,即西太平洋副热带高压、西风带蒙古低槽、乌拉尔山阻塞高压弱,青藏高压强。另外,在多雨年,500 hPa流场,在陕西中部有一条东西向的切变线或风向辐合区;850 hPa形成了孟加拉湾经四川盆地到陕西和南海经鄂西北到陕西的水汽通道;少雨年500 hPa河套中部为西北气流控制,850 hPa水汽通道不明显或水汽输送中途减弱。