祁连山-黑河流域水循环中的大气过程

利用气象台站探空资料、地面观测资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了祁连山-黑河流域水循环中的大气过程,结果表明:受西风带波动影响的水汽来源贫乏是此区大气水汽含量少的原因之一;水汽输送通量辐散是此区大气水汽含量少的原因之二;就年平均而言,祁连山-黑河流域大气水汽含量仅为高湿的江南地区的20%,为半干旱区的华北中部的约40%;高海拔的祁连山区因降水效率高,地面蒸发量小,地表水物质易于聚积形成径流;黑河流域因降水效率低,降水量值与地面蒸发量值相当,对地表水的贡献很小。在祁连山黑河流域25°×25°区域上空,大气年输入水量为6678亿m3,输出为6502亿m3,净输入水量为176亿m3;输入水汽呈逐年减少的趋势。20世纪70～80年代有明显的下降,近40年来祁连山黑河流域的气温在升高,大气中的水汽含量在减少,降水量的减少将难以避免。     

山西上空水汽输送和水分循环研究

利用山西省周边共8个探空站的实测资料,计算了山西省上空1959年～1992年的水汽含量和1990年的水汽收支与水汽输送通量,包括总输送、切变输送、时间涡动输送、平均输送等分量。在此基础上建立了山西省水分循环和水量平衡模型。结果表明,山西上空水汽含量年内干湿变化大于全国平均情况,多年变化存在一定的丰枯阶段性;年水汽净输入量约690亿m3,主要从西边界和南边界输入,从东边界输出,涡动输送量是主要输入机制,平均输送是主要输出机制,受强西风环流控制;山西的自然地理条件使其对大气水资源的利用率为30%,低于全国平均利用率;山西水分内循环较全国平均情况强盛,由于水分内循环的作用,可使当地蒸发形成的降水量占全年总降水量的15%;地下水开采已对大气水分循环要素产生影响,进而可能对山西省自然环境的变化产生负效应。这些事实增进了对山西省水资源的水文和水文气候学背景的认识。     

用GMS-5对东亚地区对流层高层水汽的研究

大气中的水汽是气候变化中至关重要的影响因子,对流层高层的水汽对地气系统的辐射能量平衡尤为重要。卫星观测极大地弥补了常规探空手段对高空低温低湿条件下的水汽探测能力的不足。6．7μm水汽通道是被广泛用于大气水汽反演的卫星通道之一,Soden等（1993）提出一个用该通道亮温反演对流层高层水汽的方法。将这一方法应用于日本GMS-5静止卫星的水汽云图,得到东亚地区中无云区域与水汽云图具有相同时空分辨率的对流层高层水汽分布。反演得到的月平均对流层高层平均相对湿度与NCEP分析资料给出的平均相对湿度具有较好的一致性。根据 1996-2002年的GMS 5水汽通道亮温资料得到东亚地区对流层高层水汽的典型时、空分布形式。随卫星观测记录的延续,反演得到的长时间序列的对流层高层相对湿度资料将为水循环的研究和水汽对气候变化响应和反馈的研究提供有力依据。     

中国大陆上空水汽输送的研究

一、引言大气中的水汽输送不仅对探讨中国季风气候的形成和天气过程的发生与发展有重要意义,也是地区水量平衡和水资源研究中的重要课题。通过一个地区上空水汽输送的研究,可以建立包括大气和下垫面在内的完整的水平衡模型,从而可以了解一个地区水份循环和水量平衡的特性,并为水资源评价提供最基本的依据。早在1933年,苏联卡明斯基等开始利用地面天气图研究苏联近地面层大气中的水汽输送。1954年 Benton 等首先利用探空资料研究了北美大陆上空的水汽输送和水份平衡。     

珠峰地区夏季大气边界层结构初步分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2007年7、 8月的部分无线电探空资料和风温廓线仪资料, 分析了珠峰地区夏季大气边界层结构. 结果表明: 珠峰地区夏季边界层高度日变化较大, 气温日变化明显. 下午和傍晚可能因为冰川风的存在, 多为偏南风, 风力相对较大. 珠峰地区风速时空变化较大, 特别是下午, 在上空大约1 800 m到2 300 m处风速多为随高度增大, 再往上又减小, 而且此处多为偏西风和偏东风. 这可能与大尺度的大气环流有关, 受地形和冰川影响相对小得多.     

2001-2005年西北中东部水汽及其输送特征

利用西北地区中东部2001-2005年近5 a的40个站点逐日探空资料, 分析了该区域的水汽及其输送特征.结果表明:整层水汽含量分布不均, 季节变化明显, 除冬季外, 沿祁连山存在一条"湿舌". 水汽主要来源于以西风为主的纬向输送和西南气流的径向输送. 高原上的水汽输送, 北部来源于西北气流, 南部为西南气流, 但北部的水汽通量仅有高原东侧西南气流输送的一半左右, 高层水汽输送更加重要. 占主导的西风和西北风的水汽干输送是西北干旱的原因之一, 而特殊的地形作用是该区域降水形成及分布不均的重要因素. 在水汽输送能力最强的夏季, 纬向水汽输送最强的高度出现在600 hPa左右高度上, 而径向强输送集中于600 hPa以下103° E以东的高原东侧.     

中国上空的涡动水汽输送

利用1983年国内外149个探空站全年资料,系统地研究了中国大陆上空的涡动水汽输送,包括涡动水汽输送的路径、收支量及其时空分布特点。研究表明,我国夏半年是涡动水汽源地,冬半年是汇地;涡动水汽以春、秋的4、10月最强,30°～40°N间最为活跃;涡动水汽净输送量在华北、西北、东北均超过总输送净量的50%;涡动水汽的经向性十分明显,经由长江流域北界输入北方的涡动水汽量占总输送量的91%强,表明它是把湿润地区暖湿水汽输向干旱、半干旱地区的主要机制,这不仅对北方大气湿度的维持,而且对其降水都有着特殊的贡献。     

黑河流域水汽输送及收支的时空结构分析

利用NCEP/NCAR再分析气候资料和气象站地面观测资料,分析了黑河流域水汽输送及收支的时空结构变化.结果表明:在水汽输送的年变化中,6-9月为高输送时段,中层700～500 hPa为强输送层,大气水汽含量的年变化是主要影响因子;在水汽输送的年际变化中,1960年代中期和1970年代后期有两次较明显的转折,总体呈下降的长期变化趋势,水汽输送仍以中层输送为主,风速的年际变化是主要影响因子,大气水汽含量下降则提供了长期变化趋势背景.水汽输送的空间结构主要受气流分布的影响,多年平均6-9月的状况为:在低层为南北辐合状,中层为西风辐合状,高层为平直北西风辐散状.水汽净收入以低层为主,占整层水汽净收入的85%以上.在黑河主流区2°×5°的范围内,大气水汽输入为2 484×108m3,输出为2 196×108m3,水汽净收入为288×108m3.     

滇中引水工程主要受水区大气水汽含量-降水量相关性研究

滇中引水工程主要受水区大气水汽含量与降水的关系对明确区域内降水时空演变过程以及对研究区内水资源合理配置具有重要的参考意义.基于ERA-Interim再分析资料和云南省14个气象站点降水资料,分析了滇中引水工程主要受水区大气水汽含量和降水的时空分布,采用Pearson相关系数探讨了二者之间的相关性.结果表明:研究区上空水...     

1979-2016年我国东北地区空中水汽状况及变化趋势分析

水汽是形成云和降水的物质基础,与全球水分循环和能量平衡密切相关,对天气和气候具有重要影响。基于NCEP/NCAR月值再分析资料,综合分析我国东北地区上空不同高度层位比湿的气候学特征和长期趋势变化,同时分析了整层积分水汽通量的季节变化。结果表明：东北地区空中水汽集中分布于500 hPa以下,1979年至20世纪末低层比湿呈增加趋势,2000年后转为缓慢下降,但2012年以来波动回升。此外,东北地区比湿及水汽通量季节差异明显,夏季水汽含量最多,冬季最少,秋季多于春季;东北地区水汽含量最大值出现于7月,最低值出现在每年12月至次年1月。水汽来源受东亚季风系统影响明显,夏季水汽源地主要为南海,渤海和黄海对东北地区夏季水汽也有一定贡献;其他季节水汽主要来源于西风带输送。     

夏季黑河流域蒸散发量卫星遥感估算研究

依据空气动力学方法和蒸散发量时间尺度扩展方案,利用MODIS资料和气象资料,计算中国西北内陆河黑河流域复杂地形下,2004年夏季7月蒸散发量空间分布及总量。利用Landsat-5TM资料对比分析发现,估算地表水热传输过程时,采用高分辨率遥感资料的估算结果受下垫面非均匀性影响程度,明显小于采用中分辨率资料。通过"金塔实验"湍流观测资料验证表明,利用高分辨率资料估算日蒸散发量的相对误差在10%以内。对月蒸散发量计算分析表明,黑河流域海拔2000m以上祁连山区,7月平均蒸散发量是海拔2000m以下山前地区的2.2倍,而山前平原区绿洲(NDVI>0.10区域)平均蒸散发量又是荒漠戈壁地区的12.3倍。因此,流域中下游绿洲地区特别是农业灌溉区是夏季主要水资源消耗区。     

华北地区大气水汽含量特征及其变化趋势

使用美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)1948-2003年再分析格点资料,研究了华北地区大气中水汽含量的时空分布特征、沿375°N不同经度和沿115°E不同纬度大气中水汽含量的年变化、大气中水汽含量的变化趋势。分析结果表明:①华北地区大气中水汽含量主要集中在东部和南部,西部和北部水汽含量较少;②华北地区大气中水汽含量夏季最多,冬季最少;③华北地区大气中水汽含量自20世纪50年代末至80年代中期呈持续下降趋势。大气水汽含量高值期出现在20世纪40年代末至70年代中期。70年代中期至21世纪初期,大气水汽含量距平基本处于0线以下,为低值期;④华北地区大气水汽含量的年际波动变化与厄尔尼诺(ElNino)与南方涛动(ENSO)事件有很好的相关性。     

Estimation and validation of atmospheric water vapor content using a MODIS NIR band ratio technique based on AIRS water vapor products

Atmospheric water vapor validation needs simultaneous, well-defined, and independent information which are not easily available causing limitations in the development of remote sensing water vapor retrieval algorithms. This study is concerned with the retrieval of total atmospheric water vapor content and its validation. A band ratio method has been used to estimate the water vapor content based on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Near InfraRed (NIR) data. The method uses MODIS bands 17, 18, and 19 as NIR bands and band 2 to remove the land cover reflectance. Furthermore, the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) has been used for both algorithm development and analysis of the results. The method has been modified to take into account the dry condition of the central parts of Iran. Using some various datasets, the method is implemented and evaluated quantitatively. The validation of the water vapor estimates has been undertaken by an analysis of AIRS data. The validation results shows error as low as 9 % for the estimated water vapor using the MODIS NIR band ratio method.     

Climatic Characteristics of Influencing China Binary Tropical Cyclones

Based on the definition of Binary Tropical Cyclones (BTCs), the definition of influencing china binary tropical cyclones (ICBTCs) was proposed. During the BTCs period, if at least one of the two tropical cyclones causes precipitation over the mainland or one of the two largest islands-Hainan and Taiwan of China, the BTC is called ICBTC. Then, based on daily precipitation data and the tropical cyclone best track data during 1960-2017, this study analyzed the climatic characteristics of ICBTCs using the Objective Synoptic Analysis Technique (OSAT) and the above definitions. First, a total of 255 pairs of ICBTCs, which accounted for 60.6% of the total number of BTCs over the Western North Pacific, occurred with an annual average of 4.4. Annual frequency of ICBTCs showed a significant decreasing trend during 1960-2017. The longest duration of ICBTCs was 10 days, while durations concentrated in 1 day, 2 days and 3 days, accounting for 18.8%, 29.4% and 24.3%, respectively. In terms of geographical distribution, the ICBTCs mainly occurred over the range of 112°~138°E, 12°~30°N, with frequent zones in the oceans around the northern Philippines. In addition, both annual mean frequency and precipitation of the ICBTCs decrease from the southeast coast areas to the northwest inland regions, with severely-affected areas being the Taiwan Island, the Southeast Coast and the South Coast, and the most-severely-affected area being the Taiwan Island. Further analyses reveal that the average position of the two TCs on the maximum daily precipitation day during the ICBTCs period show an east-west distribution pattern, with the western TCs and the eastern TCs locating in the southwest wind water vapor channel of the East Asian Summer Monsoon and the warm-wet air flow of the southeast-wind on the southwest side of the subtropical high. This situation is beneficial to the western TCs obtaining water vapor from the southwest wind water vapor channel, and to the eastern TCs conveying water vapor to the western TCs, and then as a result, to the heavy rainfall over the Taiwan Island, the Southeast and the South Coasts of China caused by the western TCs.     

FY-3C VIRR大气可降水产品在新疆地区的精度评价

探讨FY-3C VIRR大气可降水产品在新疆地区的可靠性,基于探空数据,采用多评价指标,对FY-3C VIRR大气可降水量的旬产品和月产品进行全面评估.结果表明:FY-3C VIRR旬和月大气可降水产品与探空数据变化一致,但存在系统性高估;在一年时间中,旬产品和月产品均具有单峰变化特征,旬产品与探空数据的误差在4月上旬...     

毛乌素沙地冻融期气态水迁移机理及影响因素

受冰-水间相变影响, 冻融期内土壤水、热传输过程变得复杂, 研究气态水分布特征与运移规律, 可为厘清冻融过程中沙地包气带水文循环机理提供关键信息。通过在毛乌素沙地建立原位监测点, 并利用修改后的Hydrus-1D冻融程序建立包气带水-汽-冰-热耦合数值模型, 对冻融期包气带气态水迁移过程展开研究。结果表明: 模拟与实测土壤水分及温度变化拟合较好, 证实所建立的模型具有良好的精度以及适用性; 对比典型未冻结、初始冻结、向下冻结以及融化时段结果可知, 冻融过程会改变剖面土壤水分、含冰量以及水汽密度分布, 其中水汽密度变化与温度联系紧密; 冻结后, 由温度梯度驱动的非等温气态水通量在总水分通量中的占比超过90%, 表明气态水占据主导地位, 其运移过程对于剖面土壤水分分布以及高含水量带出现有重要影响。     

Study About Ocean Eddy Effect on Strong Convection in Local Atmosphere over the Kuroshio Extension Region

The Kuroshio Extension （KE） is the key area where the water heats the atmosphere in the northwestern Pacific Ocean in winter. Previous studies show that the active eddies in the KE area can affect sea surface temperature and thus sea surface winds. The present study reviewed the progress about the influences of the eddies on local atmosphere in recent years. Analysis and comparison were made especially for the achievements from shipboard sounding data, satellite observations and numerical experiments. Based on the geostrophic adaptation theory involved in atmospheric anomalies induced by the eddies, the following new scientific deductions were suggested: Air pressure adjustment mechanism dominated in the atmospheric response to eddies under the conditions of weaker wind speed over the eddies. The influence of eddies was often limited in the atmospheric boundary layer. On the other hand, vertical mixing mechanism played a major role in the response of the atmosphere to warm (cold) eddies when air moved faster over the eddies. Surface wind speed increased (decreased) over the warm (cold) water. Significant wind convergence took place downwind the warm water, and large amount of water vapor was transported also downwind from the warm water surface. The positive feedback between water vapor condensation and rising air forced by the surface convergence provided necessary conditions for the development of strong convection in atmosphere. These deductions will be conducive to further depicting the impact of oceanic eddies on the atmosphere quantitatively.     

基于涡动相关仪验证的SEBS模型对黑河中游地表蒸散发的估算研究

在我国西北干旱和半干旱地区, 农业收获主要依靠灌溉保证, 灌溉绿洲的蒸散发(ET)是当地水资源的主要消耗. 通过遥感估算区域灌溉绿洲的ET对于地区合理利用水资源极其重要, 利用MODIS/Terra 影像, 基于物理过程的地表能量平衡模型(SEBS), 结合WRF模式输出的气候驱动数据和地面观测数据来估算黑河中游地区的地表通量和日蒸散发(ET_daily). 估算的ET用不同下垫面的涡动相关仪观测数据进行验证, 结果显示: SEBS模型估算的不同下垫面的ET_daily具有很好的拟合效果(R²=0.96, P<0.001), 在灌溉绿洲估算的ET_daily比实测值偏高, 说明干旱、半干旱地区灌溉绿洲土壤水分胁迫是影响ET的主要因素. 模型估算绿洲作物生长期间的ET_daily和实测的ET_daily平均相对误差为12.5%, 精度在观测的能量不闭合误差以内且精度比戈壁和沙漠地区高.