The Influence of Large-Scale Circulation on the SummerHydrological Cycle in the Haihe River Basin of China

In this study,we focus on changes in three important components of the hydrological-cycle in the Haihe River basin (HRB) during 1957-2005:precipitation (Prep),actual evaportranspiration (ETa),and pan evaporation (PE)- a measure of potential evaporation.The changes in these components have been evaluated in relation to changes in the East Asian summer monsoon.Summer Prep for the whole basin has decreased significantly during 1957-2005.Recent weakening of the convergence of the integrated water vapor flux,in combination with a change from cyclonic-like large-scale circulation conditions to anti-cyclonic-like conditions,led to the decrease in the summer Prep in the HRB.ETa is positively correlated with Prep on the interannual timescalc.On longer timescales,however,ETa is less dependent on Prep or the large-scale circulation.We found negative trends in ETa when the ERA40 reanalysis data were used,but positive trends in ETa when the NCEP/NCAR reanalysis data were used.PE declined during the period 1957 2001.The declining of PE could be explained by a combination of declining solar radiation and declining surface wind.Howevcr,the declining solar radiation may itself be related to the weakening winds,due to weaker dispersion of pollution.If so,the downward trend of PE may be mainly caused by weakening winds.     

东亚经圈环流年代际变化及对海河降水影响

基于NCEP/NCAR和ERA 40两套再分析资料及中国160个站月降水资料,分析了海河流域夏季降水的变化特征及受东亚夏季风的影响,并定义了东亚夏季经圈环流指数,研究了东亚夏季风的年际和年代际气候变化特征及与海河流域夏季降水的关系。结果表明：近30年来,夏季东亚地区对流层低层和高层的西风均呈现反位相的变化特征,同时东亚地区对流层低层南风分量异常减弱,中低纬度的经圈环流也呈现减弱趋势,夏季风的强度随之减弱,不利于夏季雨带向北推进。文中定义的东亚夏季经圈环流指数与海河流域夏季降水存在显著的正相关关系,说明经圈环流指数值越大,东亚经圈环流强度越强,利于夏季东亚季风向北推进,从而使海河流域夏季降水偏多。反之,当东亚夏季风偏弱时,东亚经圈环流也偏弱,不利于海河流域降水偏多。本文结果表明,东亚经圈环流的年代际减弱是海河流域近30年处于少雨期的一个直接原因。     

海河流域水汽输送及其变化特征分析

根据海河流域测站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和日本气象厅JRA-25资料,分析了1951—2008年夏季海河流域大气水汽含量的变化以及不同环流形势下的水汽输送特征,结果表明：海河流域大气水汽含量存在显著的年代际变化特征,与降水量存在显著统计相关;海河流域上空纬向水汽输送主要发生在850~700 hPa之间,经向水汽输送在850 hPa以下存在强的水汽输送带,它是海河流域水汽的主要贡献者,也是影响海河流域降水的最主要因素之一。气旋型环流和南风型环流对海河流域水汽输送有较大影响。     

2003年夏季中高纬度环流与淮河流域降水

研究了 2 0 0 3年夏季中高纬环流特征以及乌拉尔山、鄂霍茨克海和贝加尔湖三个地区阻高指数逐候的变化情况。 6月下旬至 7月上旬东亚中高纬出现“双阻”形势 ,造成淮河流域持续一个多月的集中强降水 ,但是在 7月底 ,鄂霍次克海阻高再度建立并持续 ,致使盛夏西太平洋副热带高压较常年偏南 ,所以雨带的位置也未能北移。因此 2 0 0 3年夏季主要雨带维持在淮河流域     

2010年夏季海河流域降水预测技术方法评述

对2010年海河流域夏季（6—8月）降水趋势预测效果、〖JP+1〗主要预测依据及技术方法进行回顾与评述。从气候背景、海温和大气环流特征等方面,分析了2010年海河流域夏季少雨的成因,认为目前海河流域仍处于少雨气候背景下,前期海温异常、夏季西太平洋副高异常强大、偏西,东亚夏季风偏弱等特征的不同,是影响海河流域少雨的主要原因。总结了预测的成功与不足,对提高汛期降水趋势预测准确率和开展流域气候预测服务具有重要意义。     

清水河水文特性分析

依据清水河克尔古提水文站实测资料及河流所处的地理位置,分析了该河的降水、蒸发、径流、泥沙、冰情、洪枯水及水质等水文特性,为进一步了解洪水特性和发生发展规律,合理开发利用水资源,为下游工农业生产服务提供了依据。     

淮河流域陆面水文过程的数值模拟

采用生物-大气传输模式（BATS模型）模拟了淮河流域山丘区和平原区在1998年汛期的暴雨洪水过程,从陆地-大气间水量交换的角度揭示了径流量、土壤含水量、土壤质地、植被分布的内在联系。结果表明：对于山丘区和平原区而言,根系层土壤含水量、土壤质地以及土壤颜色的变化对径流量的影响具有相似性,但是敏感性不同;而山丘区和平原区深层土壤含水量和植被覆盖率变化对径流量影响的作用正好相反。这些结果显示,由于山丘区与平原区的不同气候和下垫面条件,而造成两者水文性质的差异性,反映了大气-水文之间关系与作用的不同特征。     

气候变化条件下水资源短缺的状况及适应性措施：海河流域的模拟分析

运用中国科学院农业政策研究中心开发的中国水资源模型,模拟分析了气候变化条件下海河流域的水资源短缺状况及相应的适应性措施的有效性。结果表明：随着社会经济的发展,到2030年海河流域的水资源短缺比例将提高25%,气候变化将使水资源短缺比例进一步提高2%～4%。无论是供给管理还是需求管理的适应性措施,在缓解水资源短缺方面都具有一定的有效性。但是,多标准的评估结果表明,所分析的几种需求管理的适应性措施比供给管理的适应性措施的可行性更高。在需求管理中,采用既提高灌溉水价又提高工业水价的混合水价政策可能是最优的策略选择,采用农业节水技术为次优策略选择。     

西江流域面雨量与区域大气环流型关系

利用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法,对西江流域1971—2015年逐日平均850 hPa和500 hPa高度场进行环流客观分型,分析流域降水天气环流型出现概率及主导环流型变化特征,探讨主导环流型对西江流域总面雨量和子流域面雨量的贡献率及环流型配置与降水的关系。结果表明:当850 hPa为西南风型、500 hPa为西风型时,流域出现降水天气的概率最大;850 hPa气旋型和500 hPa西风型对年总面雨量和各子流域面雨量的贡献率均为最大,且对东部子流域面雨量的贡献率大于西部子流域,850 hPa南风型与500 hPa反气旋型的环流配置是西部子流域秋季降水偏多的主导环流型配置;春季850 hPa气旋型与500 hPa西风型、夏季850 hPa气旋型与500 hPa西风型、秋季850 hPa南风型与500 hPa反气旋型、冬季850 hPa西南风型与500 hPa西风型的环流配置时,出现强降水天气的概率分别为18.7%,21.1%,4.0%和2.0%,即夏季最大,其次为春季,冬季最小。近45年,850 hPa气旋型、500 hPa西风型对流域年总面雨量的贡献率呈增加趋势,是西江流域面雨量呈偏多趋势的主导环流型。     

气候变化条件下水资源短缺的状况及适应性措施：海河流域的模拟分析

 运用中国科学院农业政策研究中心开发的中国水资源模型,模拟分析了气候变化条件下海河流域的水资源短缺状况及相应的适应性措施的有效性。结果表明：随着社会经济的发展,到2030年海河流域的水资源短缺比例将提高25%,气候变化将使水资源短缺比例进一步提高2%～4%。无论是供给管理还是需求管理的适应性措施,在缓解水资源短缺方面都具有一定的有效性。但是,多标准的评估结果表明,所分析的几种需求管理的适应性措施比供给管理的适应性措施的可行性更高。在需求管理中,采用既提高灌溉水价又提高工业水价的混合水价政策可能是最优的策略选择,采用农业节水技术为次优策略选择。     

地形影响下海河流域北系强降水成因分析

利用区域自动站观测和NCAR/NCEP 1°×1°再分析资料,对比2012-2014年海河流域北系4次强降水过程成因,重点分析地形对强降水过程的影响。分析结果表明,4次强降水过程均属于低槽类暴雨,高空槽是影响流域北系强降水的主要影响系统,副热带高压、低层辐合系统对暴雨强度、位置及持续时间存在明显影响。此外,除能量及水汽的积聚外,地形对海河流域北系降水强度有明显增幅作用。风场与地形相配合的地形抬升是降雨增幅的动力因子。在水平方向上,呈"V"形分布的上升运动区,对应燕山山脉迎风坡坡度较大地区;在垂直方向上,地形强迫引起的低层上升运动中心与天气系统抬升引起的中高层上升运动中心逐渐合并加强。地形阻挡导致的水汽通量辐合也是迎风坡降雨增幅的重要因子,低层地形引起的水汽辐合明显强于中层天气系统引起的水汽辐合。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

Climate Simulation and Future Projection of Precipitation and the Water Vapor Budget in the Haihe River Basin

The climatological characteristics of precipitation and the water vapor budget in the Haihe River basin (HRB) are analyzed using daily observations at 740 stations in China in 1951-2007 and the 4-time daily ERA40 reanalysis data in 1958-2001. The results show that precipitation and surface air temperature present significant interannual and interdecadal variability, with cold and wet conditions before the 1970s but warm and dry conditions after the 1980s. Precipitation has reduced substantially since the 1990s, with a continued increase of surface air temperature. The total column water vapor has also reduced remarkably since the late 1970s. The multi-model ensemble from the Fourth Assessment Report (AR4) of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has capably simulated the 20th century climate features and successfully reproduced the spatial patterns of precipitation and temperature. Unfortunately, the models do not reproduce the interdecadal changes. Based on these results, future projections of the climate in the HRB are discussed under the IPCC Special Report on Emissions Scenarios (SRES) B1, A1B, and A2. The results show that precipitation is expected to increase in the 21st century, with substantial interannual fluctuations relative to the models’ baseline climatology. A weak increasing trend in precipitation is projected before the 2040s, followed by an abrupt increase after the 2040s, especially in winter. Precipitation is projected to increase by 10%-18% by the end of the 21st century. Due to the persistent warming of surface air temperature, water vapor content in the lower troposphere is projected to increase. Relative humidity will decrease in the mid-lower troposphere but increase in the upper troposphere. On the other hand, precipitation minus evaporation remains positive throughout the 21st century. Based on these projection results, the HRB region is expected to get wetter in the 21st century due to global warming.     

Simulations of Hydrological Cycle Changes Between the LGM and the Present Day over China

Based on the International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) data in 1983–2006,it is found that there is a high value center of high cloud amount over the Tibetan Plateau (TP),while there is a high value center of middle cloud amount over the Sichuan Basin extending to the coastal area of southeastern China along the same latitude,and a low one over the TP.The present day (PD) and Last Glacial Maximum (LGM) climates are simulated by using the NCAR Community Climate Model (CCM3) nested with a regio...     

海河流域平原地区绝对湿度变化趋势和跃升现象

20世纪80年代以来,海河流域经受了严重的气象性和水源性干旱;与此同时,其自然气候蒸发能力却呈现出显著的下降趋势。利用标准气象台站的历史资料,研究了该流域大气绝对湿度的演变趋势,初步的研究结果表明:海河流域大气绝对湿度呈现年代增加的趋势,尤其是每年5、6月份的农田灌溉季节,这种增加的趋势更加显著;值得指出的是,自20世纪80年代中期以来,该流域的大气绝对湿度出现一个显著跃升的现象,跃升幅度达10%左右。鉴于水汽在天气气候和水份循环中的重要作用,该流域大气绝对湿度增加原因及其气候环境效应,值得进一步关注和研究。     

气候变化背景下海河流域温度和湿度空间特征及其与水资源的关系

采用旋转主成分分析(REOF)方法,根据海河流域温度和相对湿度这两个主要气侯要素,将流域进行分区.海河流域的温度空间分布可分为4块区域:东北部、南部、西部和中部.流域的湿度空间分布可分为3块区域:东北部、南部与中西部.结合流域水资源空间分布特征的分析,发现流域温度和相对湿度分布与水资源分布具有显著的一致性.     

21世纪珠江流域水文过程对气候变化的响应

应用HBV-D水文模型和多个气候模式预估了不同温室气体排放情景下珠江主干流西江的径流过程,分析了21世纪水资源量和洪水频率的变化。结果表明：2050年后年降水量和年径流量较基准期（1961—1990年）明显增加;流域平均的月降水量和径流量在5—10月间均呈增加趋势,12月至次年2月呈减少趋势;年最大1 d和7 d洪量逐渐增加,重现期逐渐缩短。2030年前枯水期径流增加有望缓解枯水期用水压力,而2050年之后丰水期径流量以及洪水强度、发生频率的增加将给珠江流域防汛抗洪带来更大压力,在制订气候变化对流域水资源影响适应性对策时应考虑这两方面的影响。     

2002年7～8月海河流域面雨量预报的误差分析

对天津市气象台和河北省气象台在2002年7—8月的海河流域面雨量24h、48h预报进行了误差对比分析，列举了几种预报误差，并利用模糊数学中的综合评判法，计算了它们的模糊评分。结果表明：海河流域的面雨量预报有一定的可信度，把其作为水文模式的初值，有较高的利用价值；对于各气象台各自辖区内的预报，范围越小，预报越准确；在对面雨量预报效果的评估上，80％(或80)这一数值是客观、可信的。     

基于CMA区域集合预报的海河流域面雨量预报评估与应用

面雨量是流域防汛抗洪调度的重要依据,单模式的确定性预报无法反映面雨量的多种可能性,为了解决面雨量预报存在不确定性的问题,本文基于中国气象局区域集合预报系统(China Meteorological Administration-Regional Ensemble Prediction System,CMA-REPS)降水结果对海河流域集合预报面雨量开展了适用性评估和分析,结合高分辨率格点实况资料对其2020—2022年5—8月面雨量进行检验,并依检验结果开展了集合预报面雨量产品及跨度预报产品研发。检验表明CMA-REPS集合预报对海河流域面雨量预报有改进:1)海河流域集合平均面雨量预报的绝对误差明显优于控制预报,在空间分布上表现为南部河系预报误差较大,中部次之,北部最小。2)模糊评分表明小雨和中雨量级集合平均预报更贴近实况,而暴雨量级则需进一步参考集合成员的极端性。3) TS及Bias评分表明集合平均在小雨量级预报效果较好,中雨及以上量级在预报后期改进更加明显。4)概率预报评分发现CMA-REPS对海河流域中部河系中雨以下面雨量有较好的表现,而南部河系的评分则低于中部河系。开发集合预报面雨量产品并对海河流域两次致洪暴雨过程检验发现:1)集合成员对24 h大暴雨等级面雨量的预报有较高的概率,与实况量级相当,对极端降水有较好的提示。2)24 h内集合平均具有较好的评分,而24～48 h,75％分位数产品对于强降水过程预报效果更好;本文依据检验结果开发的集合预报混合百分位产品及跨度预报产品对于强降水有较好的参考性。3)依据概率预报随时间的变化曲线对面雨量进行平滑拟合,可以得到更贴近于实况的逐小时面雨量预报产品。     

中国当代土地利用变化对黄河流域径流影响

使用区域气候模式(RegCM3)和大尺度汇流模型(LRM),研究中国地区土地利用/植被覆盖变化对黄河流域降雨径流过程的影响。RegCM3嵌套于欧洲数值预报中心(ECMWF)再分析资料ERA40,分别进行了中国区域在实际植被和理想植被分布情况下两个各15年(1987～2001年)时间长度的积分试验。随后,RegCM3 两个试验的输出径流结果分别用来驱动LRM。与观测资料的对比分析表明,在实际土地利用状况下,LRM能较好地模拟黄河河川径流的季节和年际变化。研究结果指出,当代土地利用引起了冬季黄河上游部分地区降水减少,中下游地区降水增加;引起夏季整个黄河流域降水的减少。总体来说,当代土地利用变化引起黄河流域年平均降水的减少。对于水文站河川径流量,除了冬春季略有增加外,其他月份河川径流均会减少,并且在9月减少最多。土地利用引起的植被退化造成黄河径流的大幅度减少,并且越向下游减少幅度越大,这可能是引起黄河下游断流的重要原因之一。