雅鲁藏布江流域TRMM降水数据降尺度研究

雅鲁藏布江是西藏流域面积最大的河流,在第二次青藏高原综合科学考察阶段,分析雅鲁藏布江流域降水变化规律,有助于深入了解高寒地区水循环与水资源演变规律,对合理开发利用高原地区水资源具有重要的借鉴意义。本文回顾总结了近30 a雅鲁藏布江流域降水研究取得的最新成果,其内容涉及降水时空分布特征、空中水汽密度垂直变化、水汽输送通道特征以及气候变暖背景下降水变化趋势和未来预估。对这些研究成果的梳理,旨在加深对雅鲁藏布江流域降水变化特征的理解和认识,为促进雅鲁藏布江流域降水变化研究提供参考。同时,指出了目前雅鲁藏布江流域降水变化研究中面临的问题,如因地形复杂导致的站点稀疏、观测困难、资料短缺等,需要在未来的科学考察中重点加以关注。

     

雅鲁藏布江流域夏季降水的年际变化及其原因

本文通过多套观测与再分析降水资料的比较,分析了雅鲁藏布江流域夏季降水的特征,从水汽含量与水汽输送的角度检验了雅鲁藏布江水汽通道的特点,研究了流域夏季降水的年际变化及其原因。分析表明:（1）该流域夏季降水大值位于雅鲁藏布江出海口至大峡谷一带,观测中流域平均降水可达5.8 mm d-1。不同资料表现的降水空间分布一致,但再分析降水普遍强于观测,平均为观测的2倍左右。（2）该流域夏季的水汽主要来自印度洋和孟加拉湾的偏南暖湿水汽输送,自孟加拉湾出海口沿布拉马普特拉河上溯至大峡谷,即雅鲁藏布江水汽通道。水汽收支诊断表明,夏季流域南部（即水汽通道所在处）是水汽辐合中心,流域平均的辐合约9.5 mm d-1,主要来自风场辐合与地形坡度的贡献。（3）不同再分析资料表现的流域降水和水汽分布特征总体一致,但量值差异较大。NCEP（美国国家环境预报中心）气候预报系统再分析资料CFSR、日本气象厅再分析资料JRA-25较欧洲中期天气预报中心再分析ERA-Interim资料更适于研究该流域（青藏高原东南部）的水汽特征,因为后者给出的流域降水和水汽偏强。（4）近30年该流域夏季降水无显著趋势,以年际变率为主。年际异常的水汽辐合（约为气候态的35.4%）源自异常西南风导致的局地水汽辐合（纬向、经向辐合分别贡献了16.5%、83.5%）,地形作用很小。流域夏季降水的年际变化是由印度夏季风活动导致的异常水汽输送造成的,其关键系统是印度季风区北部的异常气旋（反气旋）式水汽输送。     

雅鲁藏布江河谷盛夏降水年际变化及其与环流的联系

基于近57 a （1961—2017年）西藏雅鲁藏布江中游河谷地区（简称雅江河谷）4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）盛夏（7—8月）月平均降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,采用合成、相关分析等统计诊断方法,分析了雅江河谷盛夏降水的年际变化特征及其与大气环流的联系。结果表明：1）近57 a雅江河谷盛夏降水无显著线性趋势,降水主要以3～4 a显著周期的年际振荡为主。2）雅江河谷盛夏降水年际波动与区域内水汽收支的变化直接相关,其中印度半岛-东南亚异常反气旋引起的水汽输送通量和水汽在高原腹地辐合上升的动力过程是盛夏降水年际变化的主要原因。3）对流层中低层印度半岛-东南亚异常反气旋环流是该地区盛夏降水年际异常的重要水汽输送通道,该通道将西太平洋、南海和孟加拉湾等地水汽不断输送到高原,期间西太副高和伊朗高压等大尺度系统异常对水汽输送过程起到了重要作用,同时高原盛夏季风低压和南亚高压异常给水汽在高原腹地辐合抬升提供了动力条件。     

全球变暖趋缓背景下辽宁夏季降水变化及水汽输送特征

利用中国气象数据网提供的中国地面气候资料日值数据集(V3.0)中的降水数据以及ERA-Interim逐月再分析资料对全球变暖趋缓背景下(1998年后)辽宁夏季降水变化特征及水汽输送对其的影响进行研究.结果表明:全球增暖减缓背景下,辽宁夏季降水量存在一定的增加趋势,但趋势较弱,其中辽宁南部降水的增加趋势较其他地区显著,对...     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

气候变暖背景下降水持续性与相态变化的研究综述

持续性降水和固态降水（或近地面气温为0℃左右的降水）都能导致洪涝和低温雨雪冰冻等灾害性的极端事件,对人民群众生命和财产安全以及社会经济发展也会造成严重危害。目前中外围绕降水量、极端降水事件变化等已开展了大量研究,但在降水持续性和相态变化的特征及其影响机理方面的研究仍显不足。因此,围绕降水持续性和相态变化的相关研究,对近20余年来取得的一些重要研究进展进行回顾。研究指出,在气候变暖背景下降水持续性和相态变化的特征在全球范围内表现出了区域上的不一致性。有关降水持续性变化方面,中国南方地区持续性降水过程及其产生的降水量呈现增多趋势,但北方地区呈现减少的趋势,而西南地区长持续性降水呈下降趋势。至于降水相态变化方面,中国南方地区持续性雨雪冰冻事件在气候变暖背景下总体呈减少趋势。这些变化除了与气候变暖有关外,可能还与大气遥相关模态、低频振荡及ENSO事件等引起的大气环流异常有关。今后应该更多开展气候变暖背景下降水持续性和相态变化的特征、可能机理以及其与气候变暖的可能联系方面的研究,以期通过相关研究深入理解中国降水持续性与相态变化的规律、成因及其与旱涝、低温雨雪灾害等的联系,进一步加深对气候变暖背景下中国天气、气候的影响及其机理的认识。      

雅鲁藏布江中游地区的旱涝气候特征分析

利用1960－1998年雅鲁藏布江中游地区4个代表站的5－8月的降水和气温资料，对雅鲁藏布江中游地区初夏、盛夏的旱涝变化规律和周期进行了分析。结果表明，初夏旱明显多于涝，但重涝多于重旱，盛夏涝多于旱。60年代、90年代旱涝分布不均，70年代初夏涝、盛夏早；80年代初夏、盛夏以旱为主。初夏旱涝存在19．5和2-3a的周期，盛夏旱涝有3－4a的周期。     

青藏高原近40年的降水变化及水汽输送分析

利用中国青藏高原地区1961—2000年56个气象站的逐月降水资料,分析了青藏高原地区1961—2000年的降水量变化趋势及水汽输送。结果表明,青藏高原40 a降水量呈增加趋势,线性增长率为1.12 mm/a。高原南区年降水量呈增加的趋势,线性增长率为1.97 mm/a;北区年降水量变化较小。青藏高原降水量在1978年由少雨期转为多雨期,青藏高原夏季降水与孟加拉湾的水汽输送及副高的水汽输送关系密切。     

全球变暖背景下对流性降水变化特征及影响 因子分析

根据NCEP/NCAR逐日、逐月温度资料和相对湿度资料,及长江中下游60个气象站逐日降水资料,采用趋势分析、突变检验等方法,研究了近60年来全球和北半球地表温度变化趋势,分析了温度增加前后,夏季(6～8月)对流性降水的变化特征及其部分影响因子.结果表明:近60年来,北半球年平均及夏季平均地面温度为增暖趋势,1998年为增暖突变年份;变暖后,长江中下游地区夏季对流性降水事件的发生频率呈增多趋势且强度增强;全球增暖后,对流层中、高层水汽含量呈下降趋势,对流层低层水汽含量呈上升趋势;热含量除个别月份外,在700、850、1000 hPa均有明显增长;大气中不稳定性也显著增强.这些与对流性降水事件发生频率的增加和强度的增强有很好的对应关系,说明全球变暖导致的大气中水汽含量变化、湿空气热含量增加和不稳定性增强对对流性降水事件可能有重要影响.     

雅鲁藏布江流域NDVI对高程与降水的相依性研究北大核心CSCD

地形起伏与降水分布不均是植被空间分布差异的主要成因。西藏自治区雅鲁藏布江流域具有显著的高程差异,研究以NDVI和相应的降水及高程数据,统计分析NDVI随高程变化的分布规律,并结合滑动t突变检验与Pearson相关分析对其分布形态进行诊断。结果表明:(1)NDVI对高程具有高度依赖性,基本呈现随高程增加而线性减小的变化规律,NDVI随高程变化的减幅约-0.000 18 m^(-1),其中3 003 m以下和5 843 m以上区域内NDVI值随高程增加呈线性下降形态,而高程在3 003~5 843 m的样点NDVI实际值偏离拟合值较大;(2)3767 m与5 051 m高程界线将月NDVI分成0.65~0.88、0.17~0.49和0.09~0.24三个值域;(3)三个高程带内植被总体可被划分为2 5月、6 9月、10月至次年1月三个生长时期;(4)高程5 051 m以上区域内NDVI总体呈增加趋势,高程3 767~5 051 m区域内NDVI于6 9月呈下降态势,其余月份均表现为增加形态,而高程3 767 m以下区域内NDVI总体为下降趋势;(5)除32%的样点NDVI主要受高程影响外,51%样点NDVI受降水影响较大(主要分布于3 003~5 843 m之间的区域,尤其是高程位于4 010 m以上的区域),二者相关系数达0.7以上;还有17%样点NDVI受其他因素控制。     

关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究

利用我国160个台站1951～2000年夏季(6～8月)降水和气温观测资料,以及NCEP/NCAR海温、风场和水汽的再分析资料,分析了我国夏季风降水和气温的年代际变化特征及其可能成因.分析结果表明,我国夏季降水有明显的年代际变化,在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,从1977年到2000年夏季长江流域的降水明显增加,而华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重干旱.分析结果还表明,我国西北地区降水的振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5～8年,华北地区气候年代际时间尺度变化是从1977年起降水减少,气温上升;但西北地区从20世纪70年代开始,则温度升高,降水增多.此外,分析结果也表明我国气温同样有年代际变化,但不如降水年代际变化明显.作者还从热带太平洋SST(海面温度)的年代际变化及其对中印半岛和东亚上空水汽输送的影响,分析了上述我国气候年代际变化的可能成因.分析结果表明,热带中东太平洋的SST也有明显的年代际变化,从1976年以后热带中东太平洋海水明显增暖,出现了明显的"类似El Nino型"的SST距平分布,呈现出"年代际的El Nino现象".这种海温异常分布减弱了亚洲夏季风,从而减弱了从热带太平洋、中国南海和孟加拉湾向东亚的水汽输送,造成水汽输送在长江流域辐合,使到达华北地区的水汽大大减弱,因此引起长江流域降水明显增加,而华北地区明显减少,出现了持续性严重干旱.     

不同降水卫星数据反演降水量精度评价——以雅鲁藏布江流域为例

利用多种定量指标和分类指标,评估PERSIANN-CDR(Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Netw orks-Climate Data Record)和TRM M 3B42 V7 (Tropical Rainfall M easuring M ission 3B42 V7)两种降水卫星产品在雅鲁藏布江流域的反演精度,并首次在雅鲁藏布江流域使用降水量体积分类指标对卫星数据的适用性进行评价。结果表明:(1)降水卫星数据的偏差主要表现在微量和重度降水的偏差上,两种降水卫星数据总是高估了弱降水,低估了强降水,PERSIANN降水卫星要比TRM M降水卫星对降水数据偏离程度小;(2) PERSIANN-CDR降水卫星数据与地面实测数据的相关系数为0. 663,偏差为0. 845,TRMM 3B42 V7降水卫星数据与地面实测数据的相关系数为0. 666,偏差为0. 579。只考虑定量指标的评价体系,两个降水卫星数据的精度差异相对较小;(3) PERSIANN-CDR卫星数据在各站点的各分类指标数值范围均比TRMM 3B42 V7卫星数据的指标数值范围大,PERSIANN-CDR卫星数据对降水事件和降水量的反演精度要高于TRMM 3B42 V7卫星数据。考虑降水量分类指标的评价指标体系比单纯使用传统定量指标评价降水卫星数据更能有效地反映出降水卫星对资料稀缺的高寒地区地面降水特征的捕捉能力。     

全球变暖背景下陕西省夏季极端降水及其大尺度环流特征

基于陕西省99个国家站1979-2021年夏季逐日降水资料和ERA5再分析数据,研究了陕西省夏季极端降水的时空变化以及相应的大尺度环流特征,并对全省典型地区进行水汽追踪分析。结果表明,陕西省夏季极端降水总体呈现出南多北少的空间分布,陕北中部、关中中东部极端降水为增加的趋势,通过REOF分析并计算得到陕北、关中极端降水变化趋势分别为0.36 mm·a^-1, 0.35 mm·a^-1,陕南极端降水变化趋势最小为0.11 mm·a^-1。夏季影响陕西省的水汽来源主要有三支路径,北支水汽来自欧亚中高纬地区,东支水汽主要来自内陆的江河流域,南支水汽主要来自南海和孟加拉湾。此外,陕西省夏季极端降水在2005年后增多是大气高、中、低层大气环流共同作用的结果,大气高层辐散增强有利于上升运动,大气中层西太平洋副热带高压(以下简称,西太副高)西伸北抬造成外围水汽更容易进入内陆,蒙古反气旋南侧的异常东风和低层的异常东南风更有利于水汽进一步向西北地区输送。     

近42年西藏高原雅鲁藏布江中游夏季气候趋势和突变分析

根据1957－1998年雅鲁藏布江中游拉萨、日喀则、泽当、江孜4个站6－8月的平均气温、降水资料，通过线性趋势估计和多项式函数拟合等方法分析了雅鲁藏布江中游地区夏季气候长期趋势变化和周期变化，并利用滑动T检验等方法讨论了突变的问题。结果表明：在过去42a里，该流域夏季气温有明显的上升趋势，1980年突变增暖非常明显；而夏季降水呈下降趋势，60年代中后期至80年代末降水普遍偏少，90年代降水出现回升势头。气温、降水的主要周期集中在高频波段，显著周期为2．8－3．5a。     

青藏高原南侧经圈环流变化特征及其对降水影响分析

基于1979-2015年青藏高原(下称高原)地区气象观测站的逐日降水资料和ERA-Interim逐日再分析资料,分析高原南侧经圈环流的季节演变及年际变化特征,并讨论其对高原降水及水汽输送的影响。结果表明,高原南侧80°E-90°E范围存在前季风环流、季风环流、Hadley环流的季节演变,前季风环流有-0. 377 s~(-1)·(10a)~(-1)减弱的趋势,季风环流有0. 524 m·s~(-1)·(10a)~(-1)显著增强趋势。在90°E-105°E范围存在季风环流和Hadley环流季节转换,季风环流存在0. 413 m·s~(-1)·(10a)~(-1)的增强趋势。基于各经圈环流开始、结束时间的定义,发现在80°E-90°E,前季风环流建立的时间有推迟而结束时间有提前的现象,其维持时间出现每10年-1. 47候的缩短趋势。在90°E-105°E,季风环流维持时间增长,Hadley环流维持时间缩短。前季风环流增强使得高原水汽辐散区辐散增强,水汽辐合区辐合增强,高原西南侧有东北向水汽输送增强,而高原西北侧有西南向水汽输送增强。夏季季风环流增强,高原南部至孟加拉湾地区自南向北的经向水汽输送显著增强,印度洋向高原输送的西南向水汽通量明显增加。前季风环流增强,春季高原中部及西南部降水减少,而东南部和北部降水增加。夏季季风环流增强时,高原南侧上升支增强,高原南部降水增加,而高原北部降水出现减少。     

全球变暖背景下青藏高原夏季大气中水汽含量的变化特征

利用中国气象局提供的0. 5°×0. 5°降水和温度的日值资料,联合ERA-Interim、MERRA2(second M odern-Era Retrospective analysis for Research and Applications)和JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)再分析资料以及全球陆面数据同化系统(Global Land surface Data Asimilation System,GLDAS-2. 0)资料,研究了全球变暖背景下青藏高原夏季地表气温及降水的变化特征,以及该地区大气中水汽含量及水汽输送特征。结果表明,1979—1998年期间,高原的地表气温呈增加趋势,降水呈减少趋势;而在全球增温减缓期间(1999—2010年),地表气温及降水较1979—1998年期间呈现更为显著的增加趋势。在青藏高原上空,大气中水汽含量在1979—2010年间整体呈增加趋势;然而,进一步分析表明,在此期间由外界向高原输送的水汽逐年降低,尤其在1998年后,由于西南季风强度的大幅减弱,使得外界向高原的净水汽输送量减少得更为显著;青藏高原地表蒸散量的分析表明,自1998年后,高原地表的蒸散量显著增加,成为高原地区大气中水汽增加的主要原因。     

气候变暖背景下清远气温变化特征

根据1957—2007年清远站的年和月平均气温资料,采用线性倾向的最小二乘法估计分析季及年平均气温的变化趋势。结果表明:在气候变暖背景下,近50 a清远年平均气温存在与全球、中国及广东省同步的增暖趋势,增暖幅度(平均气温线性增暖速率为0.17℃/10 a)高于近50 a全球平均线性增暖速率,低于近50 a中国及广东省平均线性增暖速率。四季及年平均气温在变暖趋势上基本同步,只有冬季稍落后。且在气候变暖背景下,清远异常冷、暖冬事件出现频繁,暖冬明显。应用Mann-Kendall法检测气候的突变性,表明清远冬季平均气温于1968年前后存在由低向高的突变。     

气候变暖背景下贺州地区水资源的变化特征

利用贺州站1957—2011年月平均气温及月降水资料,分析了气候变暖背景下该地区55a来的降水以及水资源的季节、年际和年代际变化。研究表明：在气候变暖的背景下,贺州地区年降水量有增加趋势,年蒸发量呈下降趋势,相应的可利用降水呈增加趋势,但趋势均不明显。该地区的水资源在各季节的分配极不均匀,春季和初夏是最易发生洪涝灾害的季节,秋季是最易发生干旱的季节,同时还可能发生夏秋冬连旱的现象。     

我国东部夏季降水异常主模态的年代际变化及其与东亚水汽输送的关系

本文利用1958～2000年ERA-40再分析每日资料和我国516台站降水资料以及EOF方法,分析了我国东部季风区夏季降水异常主模态的年代际变化特征及其与东亚上空水汽输送通量时空变化的关系.分析结果表明了我国东部季风区夏季降水的时空变化存在两种主模态:第1主模态不仅显示出明显的准两年周期振荡的年际变化特征且也有明显的年...