西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

西北干旱区夏季强干、湿事件降水环流及水汽输送的再分析

为深入分析西北内陆干旱区夏季降水的主要水汽源地及其输送通道,首先,梳理和评述了过去50年西北干旱区水汽输送的研究进展和问题;接着,利用国家气象局信息中心近50年的实测降水及NCEP/NCAR再分析资料等,挑选更多有代表性的强干、湿日(月)事件,再进行环流和水汽输送的对比分析。主要结论如下:(1)过去西北干旱区各地的干、湿环流研究共识多,进展快;而水汽输送分析依旧众说纷纭。(2)过去的水汽输送分析联系降水环流不够;针对西北干旱区降水特点不够;还应加进数值模拟等分析手段。(3)在本文诊断分析和先前数值模拟基础上,指出西北内陆旱区夏季降水的主要水汽源地在东南沿海一带,它借助西行台风、西伸了的西太平洋副热带高压及柴达木低压等多个天气系统和西太平洋副热带高压西南侧东南风急流、西侧南风低空急流及河西偏东风等三支气流的次第密切配合,首先,水汽被输送到四川盆地;接着,被北输到西北区东部;继而,再被接力西输到河西走廊及南疆盆地东部。谓之"三支气流+两个中转站的三棒接力"式水汽输送模型。它是夏季输向西北内陆旱区的主要水汽输送通道。     

西北地区夏季降水与大气水汽含量状况区域性特征

运用NCEP/NCAR 1958～1997年格距为2.5°×2.5°的多个气象要素资料和1960～2000年西北地区95个测站的夏季降水资料,对西北地区夏季水汽含量特征及其水汽状况特征进行了分析.分析研究结果表明:(1)夏季西北地区西部整层大气水汽含量分布与降水的分布特征基本相似,而对于西北地区中东部,二者分布特征略有不同,无论干、湿年西北中东部大气水汽含量均存在相对高值区,表明西北地区整层大气水汽含量具有区域性可开发潜力.(2)西北全区夏季在20世纪60年代中期以前和80年代中期以后,大气中水汽含量较多,70年代前后较少.对于西北各个分区而言,北疆区夏季空中水汽含量最大,高原东北区最少.(3)西北地区夏季降水和西北地区西部哈萨克斯坦地区以及赤道东印度洋和赤道西太平洋交汇处的大气水汽含量相关最为显著.     

青藏高原人工水汽通道对西北地区夏季降水及环流的影响——Ⅰ．对降水过程个例的模拟试验

为探讨用人工方法在青藏高原地区打开水汽通道后，对西北地区夏季降水及环流的影响，我们使用我国有限区域模式对1998年汛期降水的个例做了模拟试验。结果表明，在青藏高原上打开通道对我国汛期降水有所影响，但要使西北地区降水增加，改变该地区的干旱缺水状况，效果是很不明显的。     

夏季西北干旱区干,湿年环流及高原动力影响差异的对比分析

为了更深入地分析西北干旱气候形成的原因，并研究各影响因子之间的联系，利用１９７９－１９８６年夏季（６－８月）的ＥＣＭＷＦ的格点资料和我们先前划分的夏季高原北侧地区干，湿等级资料，进一步作了夏了高原北侧地区干，湿间平均环流和高原动力等因子差异的对比分析，讨论了这些差异对该地区干。湿年形成的贡献，结果指出，由于青藏高原及深居内陆环境造成了西北干旱背景。而高原的热力，动力作用，环流特征等各因子逐年之间的     

西北地区东部降水的大气环流及水汽特征

基于西北地区东部81站1961—2010年夏季(6—8月)逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用距平合成分析,探讨其多雨年和少雨年逐月500 hPa高度场和700 hPa湿度场特征。结果表明:西北地区东部多雨年,影响降水的天气特征表现为乌拉尔山脊逐月偏强,7月鄂霍次克海脊偏强,贝加尔湖高压脊转为低槽,7月巴尔喀什湖低槽较6月偏强。8月贝加尔湖长波槽较7月偏强;少雨年天气系统表现为6—8月西北地区东部受高压脊前西北气流控制。西太平洋副热带高压(以下简称:副高)多雨年较少雨年偏西偏强。6—8月多(少)雨年比湿的变化表明,西北地区东部降水多雨年,大气的含水量较高,西北地区东部降水少雨年,大气的含水量较低。     

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。     

近10年夏季西北地区水汽空间分布和时间变化分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料对近10年(2000-2009年)夏季西北地区整层大气水汽的时空分布进行了分析。结果表明:(1)近10年西北地区夏季大气可降水量和水汽通量分布呈两头多、中间少。700～200hPa的水汽通量值要比地面至700hPa的大,在南疆盆地,地面至700hPa的水汽通量值比700～200hPa的大,水汽通量在600～450hPa之间比较丰富;(2)整层水汽通量散度辐合区对降水落区的预报具有指导意义,除甘肃河西地区外,其他地区低层(700hPa以下)和高层(700hPa以上)的水汽通量散度呈反位相分布。(3)近10年西北地区水汽输送主要来自西风带在青藏高原西侧分为南北两支所携带的水汽、孟加拉湾的水汽随西南风输送以及西风带爬上青藏高原沿高原南边输送,而造成整层水汽通量年变化的主要原因是西风带输送水汽能力的大小。(4)近10年西北地区整层水汽通量呈线性增加,整层水汽通量的年变化趋势基本上可以指示地面降水的年变化趋势。(5)西北地区近10年夏季水汽来源主要以经向输送为主,纬向水汽通量对于西北区水汽净收支起决定作用。     

西北地区春、夏季降水的水汽输送特征

运用1960—1997年内NCEP/NCAR的格点为2.5°×2.5°多个再分析气象要素资料以及西北地区95个加密测站降水资料,通过相关分析、合成分析等诊断方法对影响西北地区春、夏季降水的整层大气的水汽水平输送特征、各层水汽垂直输送特征以及西北地区春、夏季各个边界区域水汽输送特征进行了系列研究,揭示了西北地区季节性降水的水汽源以及水汽源三维输送路径特征;同时阐述了西北地区季节性降水与同期空中水汽含量显著性相关的原因。并用西北地区干、湿年份相关气象要素场对本文的一些分析结果进行了验证。     

云南夏季旱涝与前期冬季环流变化的关系

夏季气候异常的前期信号特征分析一直是短期气候预测工作的重点。利用1948—2004年NCEP/NCAR月平均再分析资料、1961—2004年云南124个站的月平均降水和1948—2003年英国Hadley中心的月平均海温资料, 分析了云南夏季旱涝的时空特征, 探讨了云南夏季旱涝与前期大气环流和大气热力状态变化的关系, 发现云南夏季旱涝前冬12月—1月, 特别是1月东亚中高纬度地区的大气环流变化和赤道附近高低层大气的热力状态对云南夏季旱涝有重要的指示意义, 当前冬东亚大槽强 (弱), 冬季风强 (弱), 赤道附近高低层大气温度偏低 (高) 时, 后期云南夏季降水偏多 (少)。同时, 初步探讨了东亚冬夏季风环流变化的相互联系及热带海温变化的可能影响, 指出冬季到夏季印度洋和赤道西太平洋地区持续的海温异常有可能通过改变夏季海陆的热力对比, 进而影响夏季风活动和云南夏季降水的变化。     

中国西北区东部伏秋异常干湿年环流的对比分析

对西北区东部典型伏秋干、湿年成因进行了动力诊断,得出典型伏秋干年500hPa高度场上西北区上空为正距平区,风矢量场表现为反气旋加强区,垂直速度为下沉运动区,比湿为负距平,赤道东太平洋区(5°S～5°N,170°E～120°W)海温为正距平区,黑潮区和西风漂流区海温均为正距平,白令海为正距平;而典型伏秋湿年则相反。表明西北区东部伏秋干年和湿年北半球500hPa环流、比湿、风矢量、垂直速度场和赤道海温场具有近乎相反的异常特征。这是形成西北地区东部伏秋干湿年的重要物理原因。这些结果作为短期气候预测的气候背景有重要的参考意义。     

近300年来中国西部气候的干湿变化

利用冰川积累量和树木年轮代用资料，分析了中国西部地区近300年来气候干湿变化的时空特征。中国西部气候干湿变化存在显著的准70年尺度的周期变化。准30年和准110年尺度的周期变化在大部分地区也较显著。在准70年尺度的干湿变化中，1850年前，高原东部和新疆在干湿变化上基本同步，可划分到一个湿度带中，这就和高原西部有了一种偶极子的位相关系。在1850年后，这种位相型有些变化，新疆渐渐的和高原西部的位相趋于一致，但这个同位相关系不如1850年前新疆和高原东部的同位相关系那么好。这时候应该重新把高原西部和新疆划分到一个湿度带中，高原东部作为另一个湿度带，两者之间成为一种偶极子的关系。在最近十几年，似乎高原东西部又合为一个湿度带，而与新疆成偶极子的关系。但由于小波分析所固有的边界效应的影响，这一可靠性是值得怀疑，不过这三者之间两两组合的偶极子关系的漂移倒是一个有意思的研究方面。110年尺度的干湿变化中，青藏高原主体部分及华山地区为一个干湿分布一致的湿度带。1850年以前整个高原和新疆地区在准110年尺度上存在着比较一致的干湿变化，而19世纪末期突变发生后，高原北部和新疆地区的干湿变化存在偶极子的位相关系。在准30年时间尺度的干湿变化中，高原和新疆地区的干湿变化基本一致。     

西北地区初夏冰雹及其环流背景气候特征

应用西北地区194个气象站1961~2001年初夏6月冰雹日数资料,研究了西北地区初夏冰雹发生日数的时空分布特征,讨论了典型多雹年和少雹年大尺度环流的气候特征。结果表明:西北地区初夏冰雹发生日数最高的地方在天山山脉西端、沿祁连山脉及其以南的青海大部(除柴达木盆地)和甘肃甘南高原等海拔较高的地方。在冰雹发生日数最高的地方年代际变化明显,而在冰雹发生日数偏少的地方年代际变化不明显。另外多雹年和少雹年的北半球极涡中心强度、高原高度场、印缅槽、欧洲环流C型天数等环流特征量以及北半球500 hPa环流形势和OLR场均存在着明显差异。     

500hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系

利用1958~2012年JRA55月平均再分析资料和我国西北地区33站降水资料,通过EOF、相关、合成、SVD等统计方法,分析了500 hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系。结果表明:夏季500 hPa关键区(40°E~80°E,30°N~60°N)广义位温场与我国西北地区降水关系最为密切,当里海、咸海、贝加尔湖以北地区对流层中层偏暖湿,中亚南部偏冷干时,我国西北地区西部降水偏多,而东部降水偏少。尤其是在新疆南部及甘肃北部降水偏多更为显著,而甘肃南部降水偏少则最为明显;反之亦然。前期2月500 hPa广义位温场自赤道阿拉伯海沿南亚印度北部、中国西北至北亚,呈西南东北向的"+﹣﹢﹣"分布时,随后夏季西北地区降水西部多、东部少。并且,夏季关键区对流层中层广义位温场的异常变化,对应着不同的大气环流场异常,而这种环流形势则进一步影响我国西北地区东西部的降水异常。     

西北地区东部春季土壤湿度变化的初步研究

利用中国西北地区东部 (包括宁夏、内蒙古西部以及甘肃、陕西两省 35°N以北地区 )农业气象站近 2 0年固定地段旬土壤湿度资料 ,对该地区春季土壤湿度的变化进行了初步分析。结果表明 ,中国西北地区东部土壤湿度的变化具有 3年左右的周期 ,而且 2 0世纪 90年代以来呈下降的趋势 ,这与该地区的降水和气温变化有关系 ;西北地区东部的土壤湿度变化对该地区群发性沙尘暴的爆发有一定影响     

中国西北夏季干湿特征分析

近45 a来中国西北夏季干湿的长期变化趋在不同的分区内有所差异,但位于西北西部的地区目前正处于偏湿阶段,而西北东部的地区目前正处于偏干阶段,同时整个西北地区近45 a来偏旱的年份多于偏湿的年份;东亚大槽比较稳定、深厚、新疆脊强,副热带高压偏东偏南是中国西北干旱年500 hPa高度场的显著特点,而东亚大槽比较浅薄、新疆脊比较弱,副热带高压偏西偏北是湿润年500 hPa高度场的显著特点。     

中国西北区西部土壤湿度及其气候响应

利用中国西北区西部7个农业试验站1981—2001年0~40 cm的土壤湿度、降水、气温、水面蒸发和相对湿度观测资料,分析了逐站土壤湿度的月变化、年际特征及其气候响应。结果表明:(1)7站土壤湿度月变化分为平稳型和波动型;新疆各站土壤湿度沿垂直方向年际变化比较一致,但青海2个测站上下层趋势基本相反;新疆各站整层年际变化相对较大,而青海2个测站年际变化相对稳定;土壤湿度年际变化总体趋势随深度增加而减小。(2)进入20世纪90年代,多数站点土壤明显干化,个别站还存在突变现象,土壤湿度与气温有着显著的负相关。(3)土壤湿度和气候因子之间存在相互响应,土壤湿度与气温普遍存在负相关,土壤湿度与降水之间总体响应不明显。     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

中国北方近百年干湿变化与太平洋年代际振荡的关系

利用CRU(Climate Research Unit)1901～2002年全球0.5°×0.5°网格点月降水和月平均气温资料,利用一个能够用于检测地表干湿变化的湿润指数,对中国北方四个典型地区干湿演变特征及与北太平洋年代际振荡的关系进行了初步的分析.结果发现:降水和湿润指数在表征干湿变化的特征时有明显的差别,特别是在干旱和半干旱地区,增暖也是影响干湿变化的一个重要因素.相关分析表明,华北和西北东部的年干湿变化与同期太平洋年代际振荡(简称PDO)指数有密切的关系,PDO指数的正位相对应两个地区的干旱时段,负位相则对应两个地区的湿润时段,而新疆南部与PDO指数同期呈显著的正相关关系,即当PDO为正位相时,该地区为湿的时段,负位相对应干的时段.以100°E为界,北方的东部干湿变化与太平洋年代际振荡指数呈反相关,而西部则相反,与PDO呈正相关关系.