中国和东南亚大气中的水汽含量和输送

文章根据“夏季季风试验”国际计划期间所获得的高空观测资料，得出了 东南亚上空夏季季风及其各个阶段的大气水汽交换基本特征的时空规律。所得结果对于完成东南亚水份平衡计算和建立水份平衡模式具有实际意义。     

影响山东夏季降水的季风水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR月平均风场和比湿资料分析了亚洲季风区平均水汽输送通量的气候特征和季节变化;研究了山东旱涝年季风区水汽输送的差异及其在不同时段对山东夏季降水异常的贡献。结果表明,山东地区的平均水平水汽输送通量存在着明显的年际变化,纬向、经向和总水汽输送通量随时间均呈单峰曲线分布,7月达极值;影响山东夏季降水的印度季风区水汽输送以纬向为主、副热带季风区水汽输送以经向为主;5~6月,来自热带印度洋的西南季风水汽输送通量、西太平洋热带和副热带东南季风水汽输送通量以及南海北部的水汽输送通量对山东夏季降水均有贡献,涝年水汽输送通量明显大于旱年。虽然7月来自印度洋的西南季风水汽输送通量达极值,但对山东夏季降水异常的贡献并不显著,7~8月主要是来自西太平洋地区的热带和副热带季风水汽输送对山东夏季降水异常的贡献较明显。     

来自印度季风区的水汽输送与东亚上空水汽输送和中国夏季降水的关系

诊断分析了北半球夏季来自印度季风的水汽输送与东亚上空水汽输送的关系，发现二者之间具有反相变化的特征。印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，东亚上空的水汽输送偏弱（偏强），长江中下游降水偏少（偏多）。印度夏季风水汽输送与西太平洋副热带高压强度有显著的相关关系，印度季风水汽输送偏强（偏弱）时，西太平洋副热带高压强度偏弱（偏强），由此导致副高西侧东亚上空向北的水汽输送减弱（增强），使得长江中下游降水偏少（偏多）。对反映热带对流活动的外逸长波辐射（OLR）的分析表明，印度洋上空的对流加热异常不仅能够显著地影响印度季风，也可能对东亚季风产生直接的影响。     

夏季东亚季风区水汽输送特征及其与南亚季风区水汽输送的差别

利用ECMWF所分析的1980～1989年每日各层的水汽和风场资料分析了东亚季风区夏季风的水汽输送特征,并与印度季风区夏季水汽输送进行比较。分析结果表明了东亚季风区夏季水汽输送特征明显不同于印度季风区夏季水汽输送,东亚季风区夏季水汽输送经向输送要大于纬向输送,而印度季风区夏季水汽输送则以纬向输送为主。分析结果还表明东亚季风区由于夏季水汽分布是南边大、北边小,偏南季风气流所引起的水汽平流是湿平流。因此,水汽的辐合主要由季风气流所引起的水汽平流所造成,而印度季风区季风气流所引起的水汽平流是干平流,它利于水汽输送的辐散,水汽的辐合主要是由于风场的辐合所造成。     

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.     

青藏高原夏季云水含量及其水汽输送年际异常分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979-2016年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原(下称高原)夏季云水含量及其水汽输送情况。结果表明:高原夏季云水含量占全年48%,东南向西北减少。影响高原云水含量的水汽通道有印度洋通道、南海通道、孟加拉湾北部及伊朗西部通道(依次简称通道1、2、3、4)。高原云水含量和各水汽通道强度均有明显年际变化。云水含量年际变化与通道2,4基本一致。云水含量与各水汽通道强度均呈增加趋势。通道1偏强时,来自印度洋北部和南海的异常水汽在孟加拉湾交汇向高原输送,主要使高原西北部云水含量增多。通道2偏强时,南海、中南半岛的异常偏南通量及孟加拉湾北部的异常西南通量向高原东南部输送更多水汽。通道3偏强时,西风带水汽和来自印度洋水汽更多输送到高原,主要使高原东北部云水含量偏多。通道4偏强时,来自南海-孟加拉湾南部的水汽向高原异常输送,使高原中部、东南部云水含量偏多。此外,西太平洋副热带高压(下称副高)偏西南偏强时,水汽通道2、4强度偏强,有利于水汽向高原输送。     

江淮流域夏季典型旱涝年大气中的水汽输送和收支

该文利用NCEP/NCAR再分析资料对中国东部区域1991年和1994年这两个夏季旱涝典型年的降水状况、水汽输送及收支状况等进行了综合定量对比分析,结果表明:江淮流域夏季旱涝形势的形成更多地取决于流经其上的东西向水汽输送的变化。南亚夏季风强弱的变化对江淮流域的旱涝形成可能具有更为重要的影响。中国东部夏季的偏西水汽输送主要来自西南地区西边界,江淮流域夏季干旱年该地区西边界的水汽输入明显比洪涝年减少,因而在未来的中国东部旱涝预测中要特别重视西南地区西边界的水汽输送状况。     

南海季风爆发期间大气环流结构与对流热量、水汽输送特征

利用中国南海季风试验(SCSMEX)区1998年5～6月"科学1号"和"实验3号"观测船得到的一天4次加密探空资料,重点分析了南海北部地区(15～25°N,108～122°E)夏季风爆发前后大气环流的动力、热力和湿度场分布与海洋对流热量和水汽输送特征.结果表明,南海北部季风爆发前后的大气动力场、温湿场出现快速而明显的变化.季风爆发前,南海北部地区高层辐合、低层辐散,以下沉气流为主;季风爆发后,在200 hPa左右高层辐散,而在900～950 hPa左右低层辐合,并出现强上升气流.这种动力场的显著变化引起温度、湿度场的改变,直接导致南海对流的快速发展,对流活动伴随着剧烈的热量和水汽垂直输送和转化.     

长江流域典型旱／涝夏季大气中的水汽输送

1980年夏季(6、7、8月),雨带在30-33°N间南北摆动,长江流域暴雨频繁,造成严重涝灾。1985年夏季长江流域以局部阵性降水为主,雨带不明显,是典型的夏旱年。本文在(20—45°N,100—125°E)范围内选取72个测站,利用每日00Z探空资料计算这两年6、7、8三个月从地面到100hPa各层和整层的水汽总输送、平均输送和涡旋输送,得出:80和85年夏季我国大气中水汽输送有明显不同的特征,大范围内水汽通量的分布与降水量的分布和降水特点相一致,与西太平洋副热带高压系统和西风带气流的强弱有密切的关系;80年夏季水汽输送量大,涡旋输送由南向北一直输送到黄河流域以北,850hPa上长江中下游有明显的水汽辐合,华南地区有明显的冰汽辐散;85年夏季水汽输送量小,经向输送弱,涡旋输送无明显一致的输送方向,850hPa上长江流域处于水汽辐散或弱辐合区中。分析100—115°E间一些测站水汽经向输送振荡的方差谱,得出在80年夏季长江流域地区对流层中下层有较明显的7—8天振荡,85年夏季则有很强的30天左右的振荡。     

甘肃省空中水汽含量、水汽输送的时空分布特征

利用甘肃省各探空站历年的高空资料,通过计算空中水汽含量和水汽通量,对其气候特征、水汽的来源或输送进行分析。结果表明,空中水汽含量和水汽输送夏季较多,冬季较少,南部较多,北部较少;2～7月是水汽含量的增长期,8月至次年1月是递减期;输送水汽的源地主要有孟加拉湾及周边海域、南海和东海海域、青藏高原、四川盆地及周边地区;输送水汽的路径主要有中层西南路径、中低层偏南路径以及东南路径。     

"18·8"广东季风低压持续性特大暴雨水汽输送特征

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明:持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。     

El Ni(n)o盛期印度夏季风水汽输送在我国华北地区夏季降水异常中的作用

通过对１９５１￣１９９４年我国夏季１６０个站降水资料的分析,指出ＥｌＮｉｎｏ盛期在我国华北地区具有显著的降水负异常,为了解释这种降水负异常产生的原因,利用ＥＣＥＰ／ＮＣＡＲ１９４９￣１９９６年再分析资料,分析了夏季印度季风区的水汽输送在东亚季风区水汽输送中的作用。结果表明,印度季风区的水汽输送与我国华北地区的水汽输送有显著的正相关。ＥｌＮｉｎｏ期间往往对应着弱印度季风,即ＥｌＮｉｎｏ民弱印度夏季     

GMS-5实时资料反演大气水汽含量的研究

采用新疆“96·7”特大暴雨期间逐日08、20时1°×1°网格常规观测资料和GMS－5红外一、二通道及水汽通道的亮温资料,对比分析了水汽通道亮温场与大气水汽含量场之间的关系,水汽通道亮温高值带对应大气水汽含量场上的干区,低值带对应温区。水汽通道亮温（W）≤230K的区域的分布和走向能够表征水汽输送通道。同时进一步讨论了GMS－5三个通道亮温资料与大气水汽含量之间的相关性,利用一元或多元回归方法拟合大气水汽含量,并对拟合结果进行了误差分析。     

利用多种再分析资料对比分析青藏高原夏季大气水汽含量变化情况

利用ERA-Interim、MERRA和NCEP/NCAR三套再分析资料,分析1979~2014年夏季青藏高原大气水汽含量的时空变化特征,同时对比了各套资料异同点,结果表明:(1) ERA-Interim和MERRA资料均显示出夏季青藏高原大气水汽含量呈现显著的上升趋势,在1994~1995年前后发生明显突变,大气水汽含量由偏低时期向偏高时期转变;而NCEP/NCAR资料并没有出现类似的显著上升趋势和突变年份;ERA-Interim资料与MERRA资料的夏季青藏高原湿池指数之间的相关性明显强于NCEP/NCAR资料与它们任何一个之间的相关性。(2)夏季青藏高原大气水汽含量呈现出自高原东南边缘地区向西北部递减的分布形式。其中,MERRA与ERA-Interim资料显示的水汽含量分布更为相似,而NCEP/NCAR资料反映的水汽含量在高原中部往北递减不明显,湿度中心较为分散。(3)从空间分布上,MERRA与ERA-Interim资料显示青藏高原大部分地区夏季水汽含量均呈显著的增加趋势,而NCEP/NCAR资料仅在高原东北部小部分区域存在显著的增加趋势。(4)从夏季青藏高原大气水汽含量的年际变化特征分析来看,ERA-Interim和MERRA资料相对于NCEP/NCAR资料也更为接近。      

江淮流域典型旱涝年夏季大气水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料对1994年和1998年这两个典型旱涝年江淮流域水汽输送和收支状况等进行了诊断分析。结果表明：干旱年该地区主要为南北向水汽输送所控制,而洪涝年江淮流域上空有较强的东西向输送,干旱年5—8月由西、南边界的水汽输入明显比洪涝年少,这是造成该地区旱涝的重要原因,因而在未来的江淮流域旱涝预测中要特别重视西、南边界的水汽输送。     

兰州市空中水汽含量和水汽通量变化研究

利用历年的高空和地面资料,深入分析了兰州市空中水汽含量和水汽通量的变化特征。结果表明:(1)夏季空中水汽含量和水汽输送相对较多,冬季相对较少;2~7月是水汽含量的增长期,9~1月是递减期,8月与7月持平;97%的水汽集中在400 hPa以下;(2)兰州市空中水汽变化与降水量、降水日数、气温的变化有明显的一致性,也存在一定的差别;(3)兰州市空中水汽输送强度中心接近500hPa高度;冬季水汽日变化最大层位于700~600 hPa,这与我国东部地区空中水汽输送高度和边界层水汽日变化特征有明显的区别。     

华北夏季大气水汽输送特征及其与夏季旱涝的关系

本文利用ECMWF再分析资料ERA40和中国160站的降水资料,分析了我国华北地区1958年-2002年夏季的大气水汽含量和水汽输送的基本气候特征,研究了华北夏季旱涝年的大气水汽含量和水汽输送异常情况,最后利用线性回归的方法探讨了该地区大气水汽含量和水汽输送的变化趋势.结果表明:华北地区夏季降水的大气水汽来源主要有3支:来自孟加拉湾的水汽、来自我国南海和西太平洋的水汽以及中高纬西风带的水汽输送.华北地区对流层低层以经向水汽输送通量为主,到了中高层则以纬向输送通量为主;与华北地区夏季旱涝密切相关的异常水汽输送主要是南海和西太平洋以及西风带水汽输送异常,华北地区南边界水汽输入异常和东边界水汽输出异常是造成华北夏季旱涝年水汽收支异常的主要原因;近半个世纪以来,伴随着华北干旱化的加剧,华北地区南边界输入的大气水汽呈现显著的减少趋势.     

利用日晕光度计反演大气水汽含量

大气总水汽含量是天文观测和气象科学领域最为重要的参量之一.介绍云南天文台研制的新一代日晕光度计反演大气水汽含量的原理和方法,分析了新一代日晕光度计在天文选址和气象科学中的应用,给出了其在丽江高美古地区测试的结果,并和其他仪器测试结果进行了对比分析.结果表明:新一代日晕光度计反演大气水汽含量方法直观,性能稳定,能很好地应用于云南天文台的西部太阳望远镜选址及气象科学研究工作.     

西南地区夏季大气水汽含量及其与南亚高压关系

利用欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 提供的ERA-interim高分辨率资料,借助经验正交函数 (EOF) 分解、距平合成和相关分析等方法,讨论1979—2014年我国西南地区夏季大气水汽含量的时空变化特征及其与南亚高压的关系。研究结果表明:我国西南地区夏季大气水汽含量空间分布形态主要有全区一致型、南北振荡型和东西振荡型。全区一致型 (EOF1) 能够反映西南地区夏季水汽含量的主要特征,西南地区夏季大气水汽含量具有明显的年际变化特征;西南地区夏季大气水汽含量与南亚高压强度指数、面积指数及东伸指数均存在非常显著的正相关关系;南亚高压的异常偏强,有利于南海地区水汽向西南地区输送,且在西南地区气流由低层向高层的上升运动显著增强,引起西南地区大气水汽含量的异常偏多。