中国大陆上空的水汽含量

水汽含量或称可能降水量,它所表示的是,若地表单位面积上空气柱内包含的水汽,全部凝结成降水落下所形成的水层深度。大气湿润状况的表示方式很多,但为了作降水的定量计算或研究水汽对辐射的吸收影响等,便需要知道整层大气内的水汽含量。同时,     

地基微波辐射仪监测的张掖大气水汽含量与雨强的关系

地基微波遥感具有反演大气水汽的能力,其具有的高时间分辨率,为分析降水过程的水汽含量变化提供了新的手段。用2005年6～7月的微波反演的水汽含量,分析了张掖降水过程的大气水汽含量变化情况。结果表明:张掖甘州降水发生的前提是大气水汽含量需达到某一阈值(夏季为27 mm),而且雨强与大气水汽含量在时间上呈同步分布,这种分布结构与中国东部季风气候区的情况存在差异,后者雨强的峰值滞后于大气水汽含量几小时。     

基于微波辐射计的宁夏六盘山西侧大气水汽变化特征

采用隆德气象站2 a德制微波辐射计与同期1 h降水量资料,利用统计法分析了六盘山脉西侧大气水汽含量以及云液态水含量的时间分布特征,并分析了92次不同降水性质、不同降水量级的降水个例,得到降水前跃增时间的变化特征。剔除降水背景结果统计表明:(1)六盘山西侧大气水汽含量和云液态水含量有明显的季节变化,其中夏季是大气水汽含量最多的季节,平均为23.44mm,占年均水汽含量的47.7%。(2)大气水汽含量和云液态水含量日变化呈一谷一峰分布,春、夏、秋三季均在午后出现最大峰值,冬季在11:00出现峰值;大气水汽含量低值区春、夏、秋季出现在日出前后,冬季出现在22:00。(3)87.0%的降水个例在降水发生之前大气水汽含量都在12.00 mm以上,且其值随着降水的量级增大而增大。(4)降水前云液态水含量发生明显跃增现象,春、夏季表现强,根据降水性质及降水量级不同,降水前跃增时间也不同。研究结论对把握人影作业时机具有一定的参考价值。     

1979-2016年祁连山地区大气水汽含量时空特征及其与降水的关系

采用1979-2016年ECMWF1.5°×1.5°逐月再分析资料及同期37个气象站点的降水资料,利用一元线性回归、累积距平、Kriging及IDW（反距离加权）等方法分析了祁连山地区大气水汽含量时空分布特征、降水转化率空间变化规律以及风场分布规律,并对比分析了中国西部不同地区降水转化率的变化趋势。结果表明：（1）1979-2016年祁连山地区大气水汽含量整体呈增加趋势,且季节变化明显。其中夏季是各层大气水汽含量最多的季节,高达329.24 mm,占多年平均大气水汽含量的48.1%。（2）近38 a来,祁连山地区的大气水汽含量呈东南多、西北少的空间分布,且随海拔的升高而逐渐减少,整层大气水汽主要集中在5 000 m以下。（3）祁连山地区的降水转化率从空间上表现出由东向西递减的趋势,说明该地区空中云水资源的开发潜力自东向西逐渐增强,空中云水资源的开发潜力区域差异明显;季风所携带的水汽对其影响区域的降水贡献率较高,西风所携带的水汽则对其影响区域的降水贡献率较低。（4）中国西部地区降水转化率呈向心式递减的趋势,且区域空间波动较大。     

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。     

中天山山区大气总水汽量和云液水量的遥感研究

使用QFW-1型双通道微波辐射计,于2002年盛夏(7月10日至8月5日)在天山山区乌鲁木齐河流域上风方的小渠子进行了大气积分水汽和云中积分液水量的遥感观测。观测表明;中天山山区盛夏的晴天平均大气水汽含量与目前公认的亚洲大气中的水汽含量相近;晴天的平均大气水汽量具有明显的日变化。对降水云系的液态水含量及其变化遥感监测表明:云系降水具有先兆性;不同类型降水性云的降水临界值不同;云液水由0.5 mm开始上升到降水临界值的降水酝酿期的时间,可以作为天山山区人工增雨实施播云作业的重要参照指标。     

长沙大气水汽、降水中稳定同位素季节变化及与水汽输送关系

基于2010年1月至2012年12月长沙降水事件同位素资料和搭载在Aura卫星上的TES观测仪所反演的2010年3月至2011年12月全球日大气中HDO、H2O资料,对长沙大气水汽、降水中稳定同位素的变化特征以及它们的关系,不同水汽来源及输送强度变化对降水中同位素的影响进行了研究。结果表明:水汽中同位素值随高度增加而贫化,水汽中同位素较降水中同位素大为贫化,降水中同位素为冬春富集、夏秋贫化,水汽中同位素则表现出春夏富集、秋冬贫化,水汽、降水中同位素存在着较大波动。通过对长沙冬、夏季所有降水事件的水汽输送轨迹的分析发现:夏季降水的水汽主要来源于西南季风和东南季风输送的海洋性气团,降水中同位素贫化;冬季降水的水汽主要来源于西风带输送的大陆性气团,降水中同位素富集。另外,长沙2010~2012年夏季的水汽输送通量与降水同位素的关系再次证明环流效应是可信的。     

华北平原下垫面荒漠化和绿化对气候的影响

从大气热力学能量方程,水汽守恒方程以及降水与大气水汽含量和相对湿度的经验关系出发,本文假定大尺度环流不受地表下垫面变化的影响,不考虑大气辐射吸收与水汽和温度的反馈作用,对大气和地表能量过程作参数化处理,建立了一个反映区域年平均温度和降水的变化与地表反射率和波恩比变化之间的关系。计算分析表明,对于线性尺度为550km的华北平原来说,如果地表下垫面从目前状态变成沙漠的话,年平均温度将增加2.14°C,年降水量将减少536.1mm。如果华北平原全部绿化、年平均温度变化不大,年降水量可增加21.2mm。     

纵向岭谷区地表大气水汽含量的气候学计算

基于1976-2005 年30 年的高空气象逐月资料,分析了地表大气水汽含量与实际水汽压之间的统计关系,构建出基于地表水汽压的大气水汽含量气候学计算模型;结合地面气象资料,计算得到纵向岭谷区各站点的地表实际水汽压;采用ANUSPLIN气象要素插值模型,对站点地表水汽压进行空间化处理,实现地表水汽压的栅格化;最后,将地表水汽压格网数据输入构建的气候学模型,基于GIS地理空间分析平台,得到纵向岭谷区地表大气水汽含量的空间格局,实现大气水汽含量的空间化模拟。讨论纵向岭谷区地表水汽压与大气水汽含量的空间分布特征及其主要成因,认为纵向山系对水汽输送的东西向阻隔作用导致了地表水汽压与大气水汽含量的东西差异,南北走向深切河谷是季风水汽输送的重要通道;地形的“通道-阻隔”作用形成了大气水汽含量的特殊空间分布格局。     

祁连山东部大气降水分δ17O变化特征及水汽输送

祁连山作为我国西部重要生态安全屏障,是河西走廊内陆河流域核心水源区。通过测定2013年7月~2014年7月收集的降水样品中δ¹⁷O与δ¹⁷O值,分析了祁连山东部乌鞘岭大气降水中δ¹⁷O的特征,在此基础上对水汽来源进行了研究。结果表明：降水稳定同位素¹⁷O存在夏高冬低的变化特征;¹⁷O存在显著的温度效应而不存在降水量效应,¹⁷O与水汽压在干季呈现正相关关系。研究区大气降水的氧同位素降水线方程为：δ′¹⁷O = 0.509δ′¹⁷O -0.16,低于氧同位素全球降水线斜率;过量δ¹⁷O表现出夏低冬高的特点;综合分析氧同位素大气降水方程线和过量δ¹⁷O变化,发现该区域大气降水主要受局地水循环和大陆气团控制。祁连山东部地区主要受到西风和东南季风携带水汽影响,东南季风携带水汽对于祁连山东部的影响主要集中于夏季。研究可提高对祁连山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础。     

武汉地区地基GPS遥感水汽与气象因子的相关性分析

地基GPS可以适时准确地反演大气可降水含量,而常规气象观测站点一般具有长时期的历史观测数据。若将这两种数据融合,可以加强数值天气预报的准确性,因此需要探讨二者之间的相关性。通过处理2006年、2007年全球卫星导航服务组织(IGS)提供的武汉站地基GPS观测数据,计算武汉地区上空日平均水汽含量。利用一元和多元回归分析GPS遥感水汽与地面气象观测因子之间的关系,发现武汉地区GPS遥感水汽含量同包括气温、气压等在内的多种气象因子都有一定程度的相关性,其中与气温的相关性最大,且武汉地区上空的大气水汽含量的季节性变化大,在夏季其日平均变化十分明显。     

阿尔泰山降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源分析

阿尔泰山横亘于亚欧大陆中部,是中纬度西风带气候研究的重点区域之一。利用阿尔泰山地区4个站点的监测数据,研究了该区域降水氢氧稳定同位素的年内变化特征及大气降水线方程,分析了降水同位素的温度效应,并利用后向轨迹探讨了水汽来源。结果表明：（1） 阿尔泰山各站点降水同位素比率在季节上表现为夏高冬低,且南侧站点的季节差异比北侧大,除Novosibirsk外大多数站点的降水氘盈余值为夏低冬高。（2） 除Novosibirsk外,研究区大多数站点大气降水线方程的斜率和截距都低于全球平均值。（3） 各站点降水同位素存在明显的温度效应,体现在季节变化和空间分布上。（4） 后向轨迹表明,研究区受到西风水汽、极地水汽和近源水汽路径的影响,且偏北站点可能受极地水汽路径的影响更大。上述认识有助于明确阿尔泰山不同区域降水同位素时空变化反映的水文气候信息,并为该区域大气水循环及气候变化研究提供参考。     

西北地区大气降水δ18O的特征及水汽来源

根据2005年各月在中国大气降水同位素观测网(CHNIP)位于西北地区的阜康、策勒、临泽、海北、沙坡头、长武和安塞观测站点收集的降水样品,对其中的同位素的组分进行测定,分析了西北地区大气降水中δ18O的时空分布特征.所建立的局地大气降水线方程δD=7.05δ18O-2.17,反应了西北地区独特的局地气候特点.降水δ18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏季(6-8月)间存在.δ18O的空间分布特征可以很好地反映西北地区的大气环流背景.应用瑞利分馏模型及动力分馏模型对阜康-安塞沿线降水δ18O的定量模拟结果,揭示了西北地区降水水汽的分馏主要以动力分馏为主,雨滴在降落过程中历经了一定的二次蒸发过程,其降水水汽中也混入一定量的由局地再蒸发的水汽.此外,利用西北地区在全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中的乌鲁木齐、和田、张掖、兰州、银川和西安6个站点的长时间序列的δ18O与降水量、温度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;基于乌鲁木齐站点12年的δ18O资料对该地区的温度拟合,为历史气候的定量恢复提供了依据.     

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。     

青藏高原夏季上空水汽含量演变特征及其与降水的关系

利用青藏高原(以下简称高原) 近30 年(1979-2008 年) 14 个探空站的温度和湿度观测资料以及83 个地面台站的月平均降水资料,分析了高原夏季上空水汽含量与地面降水的联系以及高原地区的降水转化率问题。结果表明：1) 高原夏季水汽含量在空间分布上表现出随海拔高度增高而减少的特征,其中东北部为最大值,东南部为次大值,而西北部为最小值。夏季降水整体上由东南向西北递减;2) EOF分解表明,高原夏季水汽含量存在两种主要的空间分布型：即全区一致变化型和南北反向变化型,其中以唐古拉山脉北侧为界呈现出的水汽含量南北反向型与降水的第一特征向量场表现出的南北反向型在空间分布上十分相似;3) 在年际变化上,高原夏季水汽含量的南北反向型与降水的南北反向型之间存在较一致的对应关系：即水汽含量出现南多北少时,高原南部降水普遍偏多而北部降水普遍偏少,反之亦然;4) 高原夏季平均降水转化率在3%~38%之间,其空间差异非常明显,高原南部降水转化率明显大于北部地区。     

基于TES 反演数据的亚洲中低纬度地区大气水汽δD 的时空分布

利用搭载在Aura 卫星上的TES 观测仪所反演的2004 年8 月至2010 年12 月逐日HDO、H₂O、气温以及GNIP等资料,对亚洲中低纬度地区大气水汽中δD的时空分布特征、水汽δD与气温、水汽量的关系以及与降水同位素的关系进行了研究。从空间上来看:大气水汽、降水δD整体上表现出随纬度升高而降低的趋势,同时低纬度的西太平洋暖池以东和西亚地区形成了两个高值中心,中纬度的青藏高原和西太平洋形成了两个低值中心。从季节变化来看:陆地上水汽δD表现出暖季的高值与冷季的低值交替出现,海洋上这种变化则不明显,同时,可以看到水汽δD的季节变化与低纬度陆地上降水δD的暖季低、冷季高正好相反;中纬度大陆上水汽δD的最大值出现在气温最高的夏季;低纬度的印度半岛、中南半岛的最大值出现在季风暴发前的春季。就水汽中δD与气温、水汽量关系而言:在中纬度大陆及西亚地区均表现出正相关;在西太平洋暖池处,水汽中δD与气温呈正相关,与水汽量呈负相关。     

西南地区大气降水中氢氧稳定同位素特征与水汽来源

为阐明西南地区稳定同位素与大气降水的关系,对GNIP昆明、贵阳、桂林、成都站点δD和δ18O进行分析,初步建立当地大气降水线方程,并与中国及全国降水线方程进行对比,揭示该降水线方程的特征.研究表明：大气降水稳定同位素组成受到温度、蒸发、水汽源地等多种因素的相互影响,在不同时间有很大差异.西南地区降水中的δ18O值表现出“夏高冬低”的季节特点.d值呈现出降水中过量氘水汽来源不同的特点,贵阳和桂林地区d值表现为“冬高夏低”的季节特点,而昆明和成都地区却与此相反,d值则表现为“夏高冬低”独特的季节性特征.     

湖北宜昌地区大气降水中的稳定同位素特征

根据宜昌2007年5—11月大气降水中稳定同位素和气象资料,分析了宜昌地区大气降水中稳定同位素的变化特征。结果表明,宜昌降水中氘过剩值(d)偏高,说明宜昌地区大气降水的水汽原蒸发较快;稳定同位素与降水时的平均温度呈正相关,并且存在阶段性差异,δ~(18)O的分馏时段与δD相反;但与降水量的相关性不明显,只表现在夏季的6月和7月。研究得出,宜昌大气降水线与全球和全国存在差异,主要体现在宜昌的地理环境、地理背景以及宜昌的大气环流模式上。     

西北地区大气水汽含量时空分布及其输送研究

利用ECMWF和NCEP/NCAR 1979-2016年逐月再分析资料,分析了我国西北地区大气水汽含量的时空分布及其输送特征。结果表明：（1）西北地区水汽含量在20世纪80年代中期至90年代末呈增多趋势,从90年代开始至21世纪初呈减少趋势。就季节而言,西北地区夏季水汽含量最多,占年平均水汽含量的46.6%。（2）西北地区水汽分布与降水分布具有一致性,水汽含量主要集中在西北地区东部及其西部的天山山脉、塔里木盆地东部一带,达12～30 mm,中部水汽含量较少,不足10 mm,水汽含量的空间分布呈现出“两边高中间低”的分布形式。（3）西北地区水汽输送以西风和季风两大环流系统为主,纬向西风水汽输送可达100～500 kg·m^-1·s^-1,在全年水汽输送中占主要地位,夏季从印度洋来的强度可达100～200 kg·m^-1·s^-1的西南季风水汽输送对西北地区东部影响较显著。（4）西北地区水汽源主要位于新疆天山山脉、青海中东部、甘肃河西走廊中西段、宁夏和陕西北部等地区,而水汽汇则位于甘肃南部、陕西南部一带。     

基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法

利用单窗算法反演地表温度时,一景影像通常使用一个大气透过率。大气水汽含量空间异质性会导致像元尺度上大气透过率不同,从而给地表温度反演带来误差。该文通过从研究区MODIS数据中反演出大气水汽含量,经过配准、重采样之后获得该区域像元尺度的大气透过率,利用同时相TM数据,采用单窗算法反演地表温度。结果表明:基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法,由于减少了大气水汽含量空间异质性带来的地表温度反演误差,能够得到更为合理的地表温度。