黑潮季节变化对次级海洋环流的影响

黑潮是全球大洋中和大气之间进行热量交换最多的海域之一,它所携带的热量对局地的海-气相互作用具有重要影响。20世纪50—60年代,中国学者就发现冬季黑潮流域的海表温度与中国长江流域汛期降水存在着密切联系。文中利用一个两层半海洋模式主要从动力学角度探讨黑潮流域热源的季节变化对次级海洋环流的影响。结果表明,在黑潮流域冬暖夏冷的外源强迫下,温跃层的海温异常峰值比热源的峰值滞后一个季节,春季的海温异常达到最大。混合层年平均海温异常为正,从冬季到夏季均偏高,春季最大,仅秋季为负异常,这与观测资料一致。混合层与温跃层的春季海温异常的量值大体相当,在其他季节混合层的海温异常均高于温跃层。从冬季到夏季,温跃层和混合层的次级环流呈现从气旋型环流到反气旋型环流的转变,这样的异常环流在夏季有利于向中国东部附近海域输送热量。     

西太平洋暖池混合层热力异常与我国东部夏季降水的关系

利用1981—2012年GODAS(Global Ocean Data Assimilation System)月平均次表层海温资料、混合层深度资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国756个站的逐日降水资料,分析西太平洋暖池混合层热力异常与中国东部夏季降水的关系及可能的影响途径。结果表明,前期5月是西太平洋暖池(125~150 °E,0~18 °N)混合层热力异常影响我国东部夏季降水的关键期。在前期5月西太平洋暖池异常偏暖(冷)年,长江中下游流域的夏季降水偏少(多),黄河中下游流域夏季降水偏多(少)。1991—2012年,5月的西太平洋暖池热力异常呈现明显的变化趋势,由异常偏冷期向偏暖期转变。机制分析表明,由于前期5月西太平洋暖池热力异常,引起夏季菲律宾附近及其以东洋面和印度半岛中北部上空的对流活动、西太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压位置及强度的异常,进而影响水汽输送及上升运动,最终导致我国东部夏季降水的异常分布。      

热带太平洋混合层深度的年际异常及其与中国夏季降水关系分析

利用Godas的逐月混合层深度(MLD)和中国160站逐月降水资料,分析热带太平洋混合层深度的季节变化及年际异常特征,初步探讨混合层深度异常与中国夏季降水异常的相关关系。结果表明:(1)赤道地区,东太平洋区域混合层最浅,中太平洋区域最深,且北半球秋冬季混合层比春夏季深;热带西北和西南太平洋在冬半球混合层深,夏半球浅。(2)赤道中、西太平洋混合层深度的年际异常终年都为大值区,北半球春(秋)季的热带西北太平洋(西南太平洋)也为年际异常大值区;7月年际异常最弱。(3)1、4和10月热带太平洋混合层深度年际异常与ENSO事件关系密切,在El Nio事件期间,热带太平洋东部及东北部混合层深度加深,西部及西南部减小。(4)热带太平洋混合层深度异常与中国夏季降水异常关系密切,这一关系也反映了El Nio事件与中国夏季降水的关系。即当秋冬季节发生El Nio事件时,来年El Nio事件衰减期的夏季长江中下游以南特别是洞庭湖、鄱阳湖的降水将显著偏多,江淮、华南南部降水偏少。     

北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径

利用Godas月平均次表层海温资料, 分析了冬、春季和夏季北太平洋次表层海温层际相似性特征, 据此对次表层海温进行分层。在此基础上研究了500 hPa位势高度场、北太平洋次表层海温、中国夏季降水三者之间的时滞相关关系, 发现春季北太平洋次表层海温场是联系前、后期大气环流的关键因素。前期冬季大气环流对春季北太平洋次表层海温场影响最显著, 春季北太平洋次表层海温场又持续影响同期及后期夏季大气环流异常。异常的夏季大气环流与同期表层、次表层海温相互作用, 共同造成夏季长江流域与华北、华南降水出现相反异常的分布型式。     

水体的温度效应

本文用数值模拟的方法研究了陆地水体的温度效应。在模式中考虑了水陆间反射率差异、水体对太阳辐射的透射作用、水体的湍流混合、地面和水面的能量平衡以及土壤热传导方程等物理过程。模拟结果与观测资料和前人的研究结果一致。水体白天有降温效应,夜间有升温效应,这种效应晴天大于阴天;夏季白天的降温效应大于夜间的升温效应,冬季的情况则相反。大气通过湍流混合和风的平流输送使水体的特性影响到陆地上,在水体的下风岸可伸入10公里左右,在上风岸仅有2公里,受水体影响的高度为200—400米,岸上的温度随着离岸距离的增加按指数律变化来接近内陆上的温度值。这种方法可用来进行水库的环境评价和湖泊气候资源的研究。     

南海障碍层的季节变化及其与海面通量的关系

对气候平均态的温度和盐度分析证实,夏、秋季南海南部上层海洋存在障碍层现象.决定障碍层出现的关键因素是净淡水通量,而障碍层的深度和厚度分布则受风场的显著影响,障碍层受混合层和等温层发展的调制.夏季,南海南部上层海洋在东南向Ek-man水平输运以及东侧下降运动双重因素作用下,较淡的水体在南海东南侧堆积,混合层底部高温水脱离混合层保留在等温层中,造成障碍层在南海东南侧最为深厚,达到30 m.最厚障碍层出现的位置和最厚"南海暖水"出现的位置几乎重合,障碍层的"热障"作用促进了"南海暖水"的发展.     

北太平洋混合层深度异常及其与中国夏季降水的关系

利用GODAS逐月混合层深度(mixed layer depth,MLD)资料和中国160站逐月降水资料,分析了北太平洋MLD多年平均气候及异常特征,进一步研究了其对中国夏季降水年际异常的影响.结果表明:1)北太平洋30 ～ 40°N之间混合层最深,冬、春季明显大于夏、秋季.2)日期线附近的北太平洋中部海域是各季MLD年际异常共同最显著区域;仅夏季MLD年际异常与ENSO存在一定关系;秋、冬和春季MLD还存在明显年代际异常特征.3)当前冬北太平洋西部及中部MLD加深时,次年黄河下游部分地区、黄淮、江淮及长江以南大部分地区(广西南部除外)降水将偏少;河套地区、内蒙东部及东北大部降水可能偏多.     

水体对气温观测影响的试验分析

2011年项目组设计了浙江省大型水体观测试验方案,选择较大水体,在其上、下风方向特定距离处布设自动气象站,同步观测各站气温,研究气温受水体影响的量化规律。结果表明,水体对周边陆地有白天降温、夜间增温效应,且离水体越近,这种效应越明显;夜间升温效应比白天降温效应显著,3—5月白天降温效应比1—2月明显;在一天中正午的降温影响最大;2km2的水域对下风向100m范围内温度观测有明显影响,100m以远影响不明显。该研究对量化水体影响的范围和量值进行了有益的探索,为气象站科学选址提供了依据。     

夏季太湖局地气候效应的数值模拟研究

利用WRF模式,通过数值模拟试验研究了夏季太湖的局地气候效应,揭示了太湖对局地降水、温度等气象要素的影响,并探讨了内在的物理机制。结果表明:太湖主要在局地尺度上引起夏季地面气温降低和降水的减少,影响强度从湖区向周边地区逐渐减弱;太湖引起的夏季降水减少主要来源于对对流性降水的减弱作用;太湖对湖区及邻近区域夏季地面气温和降水的影响表现出明显的日变化特征,白天影响程度明显强于夜间且在午后的影响最强;太湖在午后引起湖区及邻近地区低层大气显著降温和异常辐散,抑制了该区域的大气对流活动并引起对流降水的明显减少,进而造成夏季太湖及邻近地区降水的减少。     

非均匀风场与急流强迫的水体涡旋动力特征模拟

通过数值模拟有限区域水气界面由强迫作用驱动形成的水体涡旋及环流动力结构特征,分析非均匀风场、水体急流、两者叠加以及环境边界和地转偏向力等因子的综合影响,探讨此类水体涡旋结构和动力特征。风应力驱动的水体涡旋尺度大,相对深厚,正涡旋具有下凹表面,负涡旋具有上凸表面。水体急流驱动的涡旋形成在急流两侧,对应急流所在深度及厚度尺度相对较小,也较浅,但流速与强度均大于风场驱动的涡旋环流。地形阻挡起着引导涡旋环流走向的作用;同时在北半球地转偏向力对急流侧向负涡旋形成和强度增强更为有利。此外正涡旋对应的辐合辐散势函数强于负涡旋,有利于正涡旋区垂直上升运动强于负涡旋中垂直下沉运动。非均匀风场及水体急流两种强迫叠加作用下,涡旋数量增加、尺度减小,底层的流场形态及强度与表层差异增大。形成的水体涡旋结构呈现多种形态：深厚的整层一致;浅薄的仅维持在上层,或上下层环流相反等。风应力驱动的涡旋以正压性为主,水体急流驱动的涡旋因急流的垂直强切变而具有强的斜压性,在正斜压动能的转换中,正压性涡旋区有斜压动能向正压动能转换,斜压性涡旋区有正压动能向斜压动能转换,均有利于这两个区域正负涡旋的维持。     

景观植被生态系统水平衡模拟与分析

景观或区域的水平衡状况是全球变化的重要指标。本研究建立了一个空间显式景观过程模型,模拟了长白山自然保护区的水循环过程,并对水分收入、支出和平衡的总体状况、季节动态和空间分布格局进行了分析。整个保护区单位面积上水分盈余0.225±0.255 m.a-1,总计盈余4.379×108m3.a-1,但空间变异相当大。阔叶红松林的水分有略微亏缺,其他类型植被生态系统每年均有不同程度的水分盈余。从总面积上看,云冷杉林每年的水分盈余最多(可达1.696×108m3.a-1),占整个保护区的40.56%。整个保护区6月水分亏缺最严重,7~8月水分盈余最多,3~4月盈余较多。阔叶红松林除3月外,其他各月的水分亏缺均最多或次多,其中7~8月的水分盈余最少。降水量对水分收入、水分支出和水平衡季节动态的影响均最大。总的来说,年水分盈余的空间分布随海拔升高呈明显增加的趋势。气象因子均对水平衡的空间分布有极显著影响,气温和总辐射较高的地带,水分盈余较少,甚至出现水分亏缺;而降水量、相对湿度和风速较高的地带,水分盈余也较多。水分收入与叶面积指数(LAI)呈极显著负相关关系;而水分支出与LAI呈极显著正相关关系,主要受蒸腾量的影响。     

湖南省柘溪水库流域空中水汽资源特征及人工增雨潜力

根据湖南省境内怀化和长沙2个探空站的1994—2003年1—12月每日两个时次(北京时间08时和20时)的资料,对柘溪水库库区及流域大气中的垂直气柱水汽含量进行了计算与分析。结果表明,柘溪水库流域全年年平均水汽含量值为3.62g·cm-2。各种天气形势下水汽含量值各不相同,台风外围云系水汽含量值相对较大,为6.01g·cm-2。大气垂直气柱水汽含量交换次数平均为3.04次/月,更新率为9.92天。柘溪流域上空平均每年净输入的水汽含量为234.87×108m3。若对所有的可作业云系施加人工影响,全年平均可能增雨总量达29.843×108m3。     

我国可降水量同地面水汽压关系的经验表达式

本文根据1992～1993年全国20个台站地面及高空气象要素资料，拟合出各个站所在地区整层大气可降水量和有效水汽含量同地面水汽压之间的经验关系式。计算结果表明，可降水量和相应的地面水汽压之间，存在着良好的数值对应关系。仅利用地面水汽压计算出的整层大气可降水量和有效水汽含量，同实际情况符合得很好，平均相对误差普遍小于15％。因此，这些经验关系式具有良好的实际应用价值。     

春、夏季降水对水库蓄水量的影响

在分析贵州两大水库控制流域气候状况和蓄水特征的基础上，进行春，夏季降水对水库蓄水量的影响分析，指出：春末，夏末水位均与流域内前两个月的降雨量相关最好，当红枫湖，乌江渡控制渡4－5月降雨量分别达到550mm,400mm时，相应水库的春末蓄水位将达到正常蓄水位，当红枫湖，乌江镀控制流域7－8月降雨量分别达到78mm，500mm时，相应水库的夏末蓄水位可以达到正常蓄水位。     

黄土高原多沙粗沙区作物水分供需状况评价

采用最大可能蒸散、作物实际蒸散、水分盈亏、水分订正系数评价了黄土高原多沙粗沙区主要作物(春小麦、冬小麦、春玉米、夏玉米和棉花)和草地生长季水分供需状况,结果表明,需水量:冬小麦>棉花>春玉米>春小麦>夏玉米;水分订正系数:春玉米>夏玉米>棉花>春小麦>冬小麦。草地需水量为350～450mm,水分订正系数0.95以上,水分供需矛盾小,实施退耕还牧无论对缓解水资源短缺,还是改善生态环境,在黄土高原多沙粗沙区都是十分有效的措施。     

江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析

在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.     

Properties of cloud and precipitation over the Tibetan Plateau

The characteristics of seasonal precipitation over the Tibetan Plateau(TP) were investigated using TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission) precipitation data(3B43). Sensitive regions of summer precipitation interannual variation anomalies were investigated using EOF(empirical orthogonal function) analysis. Furthermore, the profiles of cloud water content(CWC) and precipitable water in different regions and seasons were analyzed using TRMM-3A12 data observed by the TRMM Microwave Imager. Good agreement was found between hydrometeors and precipitation over the eastern and southeastern TP, where water vapor is adequate, while the water vapor amount is not significant over the western and northern TP.Further analysis showed meridional and zonal anomalies of CWC centers in the ascending branch of the Hadley and Walker Circulation, especially over the south and east of the TP. The interannual variation of hydrometeors over the past decade showed a decrease over the southeastern and northwestern TP, along with a corresponding increase over other regions.     

六盘山区夏秋季大气水汽和液态水特征初步分析

六盘山区是中国典型的农牧交错带和生态脆弱带,也是黄土高原重要的水源涵养地、生态保护区及国家级扶贫开发区。利用2017年6-11月隆德气象站地基多通道微波辐射计资料,结合同期平凉探空站及隆德地面降水等观测资料,分析了六盘山区夏秋季大气水汽、液态水变化特征。结果表明：六盘山区夏秋季在降水天气背景下,大气水汽含量和液态水含量均较高,分别为无降水天气背景下的1.4倍和7.0倍;降水天气背景下水汽在5000 m以下有明显的增加,且在此高度范围内的水汽密度随高度的递减率比无降水天气背景下明显偏小;各高度层的液态水相比无降水天气背景下均有明显增大,除6月外,主峰值均出现在0℃层高度层以下。六盘山区夏秋季各月中,6-9月。大气水汽含量高值区均出现在正午到傍晚时段,低值区均出现在日出前后;液态水含量在日出前、午后及傍晚分别出现峰值,最明显的峰值出现在午后。对一次对流性降水天气过程分析后发现,降水发生前40 min大气水汽含量和液态水含量出现两次明显的跃增,水汽向上输送不断加强,2500-7500 m高度的相对湿度明显增大。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。     

GMS-5卫星资料和常规地面资料反演大气可降水量

探讨用GMS-5卫星资料结合常规地面资料反演大气可降水量的可行性，建立由3个通道亮温和地面水汽压反演可降水量的经验公式，并分季节进行回归统计，得到不同季节的统计参数。用990组数据对所得到的经验公式进行检验，得探空测值与反演值比较的平均绝对误差为0．1903g／cm^2，均方根误差为0．2758g／cm^2，相关系数为0．97，具有较高的反演精度。