长江流域1982~2005年陆地水储量变化及时空分布特征

利用PER（Precipitation-Evaporation-Runoff）水量平衡方法结合大尺度陆面水文模型VIC(Variable Infiltration Capacity)模拟了长江流域1982~2005年陆地水储量的时空变化特征。结果表明：PER方法模拟的长江流域陆地水储量变化与重力卫星的观测试验(GRACE)结果呈现良好的一致性,显示该方法的合理性。长江流域在1982~2005年的多年平均气温、降水、蒸散发和径流分别为13.3 °C、1036.8 mm、459.4 mm和576.7 mm,陆地水储量季节和年际变率分别为23.3 mm和37.0 mm,水储量这24年变化的量级在200 mm左右。按照年代对1982~1990年、1991~2000年和2001~2005年这3个时段进行了统计分析,其多年平均气温分别为13.0、13.4和13.9 °C,多年平均降水分别为1031.6、1051.2和1017.4 mm;与此相应的多年平均蒸散发分别为459.8、459.9和457.7 mm,多年平均径流深分别为569.0、590.1和563.8 mm;长江流域陆地水储量的季节变率分别为21.8、26.8和22.9 mm,而年际变率分别为37.7、29.8和17.6 mm。相对于基准时段(1982~1990年),2001~2005年时段的增温速率远大于1991~2000年时段,但该时段降水却呈现减少趋势;然而两个时段的蒸散发变化不大,并且径流与降水变化趋势相同;流域平均来讲,与基准时段相比1991~2000年时段陆地水储量增加而在2001~2005年时段减少,这与降水的变化趋势相同。此外从空间分布来讲,1991~2000年和2001~2005年时段的水储量均在中部和西北呈现减少趋势,其余地区呈现增加趋势,特别地1991~2000年时段在东南地区的增加趋势尤其明显而2001~2005年时段流域的中部区域呈现明显的下降趋势,由此推断长江流域东南部水储量资源丰富,中部一些地区和西北部地区是储水量的脆弱区且对气候变化响应敏感。     

2050年前长江流域地表水资源变化趋势

 利用ECHAM5/MPI-OM气候模式预估2001-2050年长江流域不同排放情景（SRES-A2,A1B,B1）下径流深的变化,分析了长江流域地表水资源量的时空变化特征。结果表明：3种排放情景下长江流域多年平均地表水资源量相差不大,但不同排放情景下年际变化特征较为复杂,且变化趋势有所不同。其中,A2高排放情景下地表水资源量呈缓慢减小的趋势,A1B中等排放情景下变化趋势不明显,B1低排放情景下呈相对最为显著的增加趋势。地表水资源量年代际变化波动幅度也较大,2001-2030年3种情景下地表水资源量总体呈现下降特征,但从2030年起,则均表现出不同程度的增加,最高增幅达7.47%,其中尤以夏季和冬季增加显著。模式预估长江流域未来水资源量仍保持目前水平,水资源空间分布不均匀特征仍较为突出。     

长江流域径流对全球升温1.5℃与2.0℃的响应

全球变暖影响着以流域径流要素为主导的水文水资源系统的变化。长江流域未来水资源量的时空分布对长江大保护与长江经济带的发展意义重大。为探究全球升温1.5℃和2.0℃对长江流域径流变化的影响,使用基于偏差校正的气候模式集合数据驱动两参数月水量平衡模型,比较两种升温情景下径流量的响应差异。结果表明：基于偏差校正的气候模式集合数据可以较好地代表长江流域历史时期（1976—2005年）的年平均降水和年平均蒸散发情势。两参数月水量平衡模型与参数区域化方法相结合能较好地模拟长江流域各子流域的月径流量。升温1.5℃时,无论是年径流量还是季节径流量均呈上升趋势,与历史时期相比,50%以上三级子流域的增幅超过5%;升温2.0℃时,增幅超过8%。这表明升温2.0℃情景下长江流域水资源量将进一步增加。相对于历史时期,升温1.5℃与2.0℃情景下长江流域北部降水量增幅较大;径流量增幅分布格局基本与降水量一致。汉江流域是全流域径流量增幅最显著的区域。     

2050年前长江流域地表水资源变化趋势

利用ECHAM5/MPI-OM气候模式预估2001-2050年长江流域不同排放情景（SRES-A2,A1B,B1）下径流深的变化,分析了长江流域地表水资源量的时空变化特征。结果表明：3种排放情景下长江流域多年平均地表水资源量相差不大,但不同排放情景下年际变化特征较为复杂,且变化趋势有所不同。其中,A2高排放情景下地表水资源量呈缓慢减小的趋势,A1B中等排放情景下变化趋势不明显,B1低排放情景下呈相对最为显著的增加趋势。地表水资源量年代际变化波动幅度也较大,2001-2030年3种情景下地表水资源量总体呈现下降特征,但从2030年起,则均表现出不同程度的增加,最高增幅达7.47%,其中尤以夏季和冬季增加显著。模式预估长江流域未来水资源量仍保持目前水平,水资源空间分布不均匀特征仍较为突出。     

2022年夏季长江流域干旱的水循环模拟和分析

基于WRF-WVT水汽追踪模式,对2022年6—8月长江流域极端干旱情况下的水循环进行模拟研究,分析了长江流域蒸散发对长江流域局地和非局地降水的影响。结果表明,2022年夏季干旱导致长江中下游陆地水储量在5—8月期间减少100～150 mm。6—8月长江流域约45％的蒸散发在当地和华北形成降水,其中6月长江流域蒸散发主要贡献当地降水,而7、8月对当地和华北降水的贡献大致相等。6—8月长江流域蒸散发贡献的当地降水逐月减少,总量为8.2×10⁷ m³(长江流域平均91.2 mm),并且降水强度越高当地蒸散发贡献率越小,对当地降水贡献最大的区域为四川盆地附近(最大超过40％)。长江流域蒸散发为华北提供的降水在6—8月先增多后小幅度减少,总量为5.3×10⁷ m³(华北平均58.4 mm),并且降水强度越高长江流域蒸散发贡献率越大。2022年夏季长江流域蒸散发对当地和华北地区暴雨的贡献率都为12％左右。     

陆面过程模式的改进及其检验

文中对陆面过程模式 (BATS)进行了改进 ,改进后的模式能较好地模拟地表物理量的年、季和日变化 ,它有两方面的特点 :采用热扩散方程模拟 7层土壤温度 ,模拟的温度可与实测值进行比较 ;在BATS的地表径流方案中 ,考虑了空间不均匀性的一般地表径流 (GVIC)过程 ,研究结果表明 :⑴模式能很好地模拟各层土壤温度的年、季和日变化。冬季土壤温度下层高于上层 ,而在夏季上层高于下层 ,这种上下层温度的转换时间大约在 4和 10月份 ,这与实测土壤温度的年变化非常一致。较为准确地模拟了各层土壤温度日变化的时滞效应。⑵用南京和武汉站的资料 ,将BATS地表径流方案模拟的地表水分分量与GVIC方案进行比较 ,BATS地表径流方案模拟的地表水分分量 ,与总水量的平衡相差较大 ,而GVIC模拟的效果相对较好 ,地表总水量基本上与降水总量达到了平衡     

西太平洋副高在1998年和2001年梅汛期长江大涝大旱中的作用

计算了 1 998年 6～ 7月和 2 0 0 1年 6～ 7月 50 0hPa高度场西太平洋副热带高压逐日变化指数 ,对比分析了 1 998年和 2 0 0 1年长江流域梅汛期 ( 6～ 7月 )平均北半球大气环流场和西太平洋副高的逐日变化特征。结果表明 :长江流域梅汛期的旱涝与副高强弱和东西位置关系密切。在副高平均脊线偏北的情况下 ,副高长期偏东偏弱 ,长江流域不易产生强降水 ,易少雨干旱。副高异常偏西与伊朗高压打通时 ,长江流域也不易产生强降水。只有当副高平均脊线偏南的情况下 ,副高西伸到 95～ 1 1 5°E范围时 ,长江流域易产生强降水。     

近50年来(1960—2007年)长江流域20 cm口径蒸发皿蒸发量与太阳辐射变化的对比

利用长江流域147个气象站点1960—2007年的地面观测数据,通过计算,对比分析了长江流域20 cm口径蒸发皿蒸发量与太阳辐射的变化关系.结果表明:长江流域近50年来蒸发皿蒸发量变化和太阳辐射变化呈显著正相关关系,二者均呈现显著下降趋势,蒸发皿蒸发量随太阳辐射的变化产生相应波动变化,而且中下游地区蒸发皿蒸发量变化受太阳辐射变化的影响程度更为明显;就季节变化而言,春夏秋冬4个季节长江流域蒸发皿蒸发量变化和太阳辐射变化同样呈现明显下降趋势,春、夏、秋3个季节二者变化关系高度相关,这三季对于流域全年蒸发皿蒸发量减少的贡献也最大;长江流域太阳辐射的显著下降是导致20 cm口径蒸发皿蒸发量持续降低的主要原因之一.     

GRAPES中尺度模式对2005年长江流域重大灾害性降水天气过程预报性能的检验分析

GRAPES是中国新一代具有自主知识产权的中尺度数值天气预报模式。使用在国家气象中心业务运行的最新版本的GRAPES模式、常规观测资料以及NCEP分析资料(1°×1°),对2005年主汛期发生在长江流域的重要降水天气过程进行了模拟和检验,重点分析了该模式对这一地区西风带影响系统的预报能力及可信度,从而得到GRAPES模式对于2005年长江流域重大灾害性降水天气预报性能的初步评价,并对该模式的应用及进一步改进提供一些有意义的参考依据。     

天空水资源的开发和利用

天空水有280 000亿吨,仅占全球总水量的0.002%,但其循环快,循环周期仅8.7天,而地下水及地表水循环周期为400年,海洋则高达4000年.也就是说,一年里天空水可以循环42次,一年中天空水量就是11760000亿吨,是地表水总量的8.4倍.     

传统梅雨区西北部梅雨期降水特征研究

本文从气候平均角度及年际时间尺度对传统梅雨区(28°~34°N,110°~123°E)的西北部(NW区)梅雨期降水及其与大气环流和海温的关系进行了研究,重点比较其与典型梅雨区梅雨期降水的异同。结果表明:(1)气候平均而言,850 hPa层次上大于40 g·m·kg^-1·s^-1的水汽输送带无法覆盖NW区,导致该地区在35~37候没有类似于江南地区、长江中下游地区和江淮地区梅汛期集中性降水的特征。(2)1979—2017年共39 a中,NW区有24 a出现了梅雨现象,有15 a为空梅,平均入梅日期为6月27日,比长江流域偏晚13 d,平均出梅日期为7月13日,与长江流域相近,梅雨期平均日降水量与长江流域相当。(3)NW区梅雨期时,雨量偏多的地区在我国黄淮地区,此时江南地区雨量偏少。东亚夏季风系统成员,如南亚高压、西太平洋副热带高压、青藏高原南部梅雨锚槽、低层西北太平洋反气旋等都比长江流域梅雨时偏北。(4)与典型梅雨区不同,NW区的入梅时间与赤道印度洋、赤道中东太平洋等关键区海温没有显著关联。     

长江流域及三峡库区近542年旱涝演变特征

选取长江流域沿线及三峡库区12个代表站,根据中国500年旱涝图集等级和各站建站以来5—9月降水量资料,按照旱涝等级标准,分别得到长江全流域、上游流域、中游流域、下游流域及其三峡库区1470—2011年旱涝等级序列。结果表明:长江各流域及其三峡库区均呈现较为明显的旱涝交替阶段,20世纪偏旱频率强烈增加,19世纪和20世纪偏涝频率明显增加。长江流域和三峡库区偏旱以上等级具有准160年周期震荡,全流域偏涝以上存在准140年的周期震荡,但20世纪后有所减弱,三峡库区偏涝以上等级存在准百年的周期震荡。三峡建坝蓄水前后库区降水EOF时空分布呈一致减少趋势,与此同时长江上游降水呈下降趋势,反映了长江上游流域及三峡库区气候趋旱;M-K突变检验显示水库蓄水前后流域上游和库区降水均未发生显著变化。在全球气候变化的背景下,三峡库区旱涝演变并不是孤立事件,而是与长江上游乃至整个长江流域旱涝背景密不可分。     

近50a江淮地区梅雨期水汽输送特征研究

利用1958—2007年ERA再分析风场及气压场资料和APHRO高分辨率逐日降水资料,对近50 a来梅雨期水汽输送的时空特征及其与江淮地区降水的关系进行了研究,发现各条水汽通道对江淮地区梅雨期降水强度及范围的影响程度均不同。梅雨期影响我国降水的水汽输送有显著的年际变化,并且水汽输送强弱年对应江淮地区降水强度也有明显差异。相关分析及合成差值的结果显示,西太平洋水汽输送贡献更大,且西太平洋水汽输送(东南通道)增强时,江淮地区降水增多。印度洋水汽输送的加强会减弱太平洋的水汽输送从而使得江淮少雨。在全球变暖的背景下,西太平洋的水汽输送对降水的增强作用有所减弱而印度洋输送所导致降水强度减弱的范围则明显扩大。自1980年起,江淮降水出现缓慢增多的趋势与全球变暖所导致的东亚环流异常进而影响水汽输送异常相关。     

Spatiotemporal variations of precipitation regimes across Yangtze River Basin,China

Daily precipitation data during the period of 1960 to 2005 from 147 rain gauging stations over the Yangtze River Basin are analyzed to investigate precipitation variations based on precipitation indices and also consecutive rainfall regimes in both space and time. Results indicate decreasing annual/monthly mean precipitation. Distinct decreases in rainfall days are observed over most parts of the Yangtze River Basin, but precipitation intensity is increasing over most parts of the Yangtze River Basin, particularly the lower Yangtze River Basin. Besides, durations of precipitation regimes are shortening; however, the fractional contribution of short-lasting precipitation regimes to the total precipitation amount is increasing. In this sense, the precipitation processes in the Yangtze River Basin are dominated by precipitation regimes of shorter durations. These results indicate intensified hydrological cycle reflected by shortening precipitation regimes. This finding is different from that in Europe where the intensifying precipitation changes are reflected mainly by lengthening precipitation regimes, implying different regional responses of hydrological cycle to climate changes. The results of this study will be of considerable relevance in basin-scale water resources management, human mitigation of natural hazards, and in understanding regional hydrological responses to changing climate at regional scales.     

1998年长江流域特大洪涝期水汽输送过程的诊断分析

利用基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLIT_V4.9）,结合轨迹聚类法和气块追踪法,探讨1998年6月12日—8月27日期间长江流域强降雨的水汽输送轨迹、主要水汽源地及其水汽贡献,发现此次强降水过程的水汽源地主要为印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋;不同降水阶段水汽输送轨迹、水汽源地存在差异。降水第一阶段水汽主要来自孟加拉湾—南海,水汽输送贡献为35%。降水第二阶段水汽主要由印度洋、孟加拉湾—南海和太平洋三个区域共同提供,水汽输送贡献分别为32%、28%和31%。降水第三阶段则是来自印度洋和孟加拉湾—南海的水汽输送占主导地位,它们对降水的水汽输送贡献分别为33%和41%。降水第四阶段水汽主要来源于孟加拉湾—南海,贡献为40%。强降水过程中大气环流的调整,导致了不同阶段水汽源地的变化及各源地水汽贡献的差异。     

Direct Climatic Effect of Aerosols and Interdecadal Variations over East Asia Investigated by a Regional Coupled Climate-chemistry/aerosol Model

The direct climatic effect of aerosols for the 1980-2000 period over East Asia was numerically investigated by a regional scale coupled climate-chemistry/aerosol model,which includes major anthropogenic aerosols(sulfate,black carbon,and organic carbon) and natural aerosols(soil dust and sea salt) .Anthropogenic emissions used in model simulation are from a global emission inventory prepared for the Intergovernmental Panel on Climate Change Fifth Assessment Report(IPCC AR5) ,whereas natural aerosols are calculated online in the model.The simulated 20-year average direct solar radiative effect due to aerosols at the surface was estimated to be in a range of-9--33 W m-2 over most areas of China,with maxima over the Gobi desert of West China,and-12 W m-2 to-24 W m-2 over the Sichuan Basin,the middle and lower reaches of the Yellow River and the Yangtze River.Aerosols caused surface cooling in most areas of East Asia,with maxima of-0.8-C to-1.6-C over the deserts of West China,the Sichuan Basin,portions of central China,and the middle reaches of the Yangtze River. Aerosols induced a precipitation decrease over almost the entire East China,with maxima of-90 mm/year to-150 mm/year over the Sichuan Basin,the middle reaches of the Yangtze River and the lower reaches of the Yellow River.Interdecadal variation of the climate response to the aerosol direct radiative effect is evident,indicating larger decrease in surface air temperature and stronger perturbation to precipitation in the 1990s than that in the 1980s,which could be due to the interdecadal variation of anthropogenic emissions.     

Assessment of CMIP3 climate models and projected changes of precipitation and temperature in the Yangtze River Basin, China

The projected changes of precipitation and temperature in the Yangtze River Basin in the 20th Century from 20 models of the CMIP3 (phase 3 of the Coupled Model Inter-comparison Project) dataset are analyzed based on the observed precipitation and temperature data of 147 meteorological stations in the Yangtze River Basin. The results show that all models tend to underestimate the annual mean temperature over the Yangtze River Basin, and to overestimate the annual mean precipitation. The temporal changes of simulated annual mean precipitation and temperature are broadly comparable with the observations, but with large variability among the results of the models. Most of the models can reproduce maximum precipitation during the monsoon season, while all models tend to underestimate the mean temperature of each month over the Yangtze River Basin. The Taylor diagram shows that the differences between modeled and observed temperature are relatively smaller as compared to differences in precipitation. For a detailed investigation of regional characteristics of climate change in the Yangtze River Basin during 2011–2050, the multi-model ensembles produced by an upgraded REA method are carried out for more reliable projections. The projected precipitation and temperature show large spatial variability in the Yangtze River Basin. Mean precipitation will increase under the A1B and B1 scenarios and decrease under the A2 scenario, with linear trends ranging from ?21 to 28.5?mm/decade. Increasing mean temperature can be found in all scenarios with linear trends ranging from 0.15 to 0.48°C/decade. Grids in the head region of the Jingshajiang catchment show distinct increasing trends for all scenarios. Some physical processes associated with precipitation are not well represented in the models.     

长江源区气候及水资源变化特征研究进展

本文对近年来长江源区的气候变化及水资源变化特征研究进行了概述与总结。结果表明:长江源区气候变化特征表现为,从20世纪60年代以来,长江源区年及四季气温呈显著增温趋势;水面和陆面蒸发量均呈增加趋势;进入21世纪后,长江源区降水量呈增加趋势。水资源变化特征表现为,冰川出现普遍的退缩现象;湿地退化明显;21世纪前长江源区径流量总体上呈明显的递减趋势,而在最近10多年水资源量有明显增多现象,其原因可能是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,同时进入21世纪后长江源区降水增加。预计未来到2050年,长江源区气温将升高,降水将增加,冰川面积将减少,地表水资源仍有可能以增加为主。      

青藏高原热力状况异常与长江中下游地区梅雨关系的相关分析及数值试验

利用观测资料对青藏高原热力状况与长江中下游地区梅雨进行统计分析, 发现两者存在一定的联系:旱、涝年青藏高原下垫面热力状况存在南北反相特征, 即当青藏高原下垫面前冬南侧偏暖 (冷)、北侧偏冷 (暖) 时, 对应长江中下游地区梅雨量易偏少 (多)。而且这种高原下垫面异常热力状况具有持续性, 可以持续维持到夏季。在此基础上, 设计了两组敏感性试验, 分别改变高原下垫面热力状况, 应用NCAR RegCM2区域气候模式进行数值模拟, 模拟结果可以较好的验证上述统计事实。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.