基于地基GPS大气可降水量的福建水汽资源时空分布特征分析

利用福建省2010—2019年地基GPS站大气可降水量资料、地面气象观测资料和探空数据及ERA-Interim再分析资料,分析福建水汽资源的季节、月、日变化特征,并采用EOF、Mann-Kendall和滑动t检验等方法对近10 a水汽资源的时空分布和变化特征进行分析。结果表明:相较于ERA-Interim再分析资料,福建地基GPS大气可降水量具有较高精度。水汽季节分布以夏季最大,春季次之,秋冬季最低;其月际变化呈倒“U”型分布;晴日和雨日水汽变化差异显著。东部沿海地区水汽含量普遍高于西部山区,但降水转化率低于内陆山区。EOF分析结果显示福建省大气可降水量主要存在2种空间模态,其中第一模态方差贡献率占80.06%,主要表现为空间分布一致型,振荡强度由西北、西南向东部逐渐增强,相应的时间系数表征了大气可降水量显著的季节性变化特征。Mann-Kendall突变检验和滑动t检验的结果表明近10 a福建上空水汽资源未发生突变。     

山东省空中水资源的初步分析

利用1997～1999年逐日探空资料和同期水文水资源资料,分析了山东省域空中水汽资源的时空分布特征及地-气系统的水量平衡关系.结果表明:山东省空中水汽资源受天气系统和季节变化的影响明显;静态水汽含量年均值为20.75 mm,动态水汽净输出量全年平均为440.91 mm,并以850 hPa层的水汽净输出为主.水汽净收支率年、季分布具有较强的地域特征.全年的水汽输入量很大,但空中水汽资源转化为地面降水的效率不足5%,而降水转化为水资源的量约为27.31%,空中水汽资源具有很大开发潜力.另外,从大气水量平衡角度分析了山东干旱气候特征的客观必然性,并提出开源增量、增加水资源的对策.     

祁连山区空中水汽分布特征及变化趋势分析

利用欧洲中心再分析资料,结合探空资料与内陆河径流量资料,分析了祁连山区空中水汽含量和水汽年内变化及多年演变特征。结果表明:祁连山单位面积垂直累积水汽含量随季节变化差异大,夏季最高,秋季次之,冬季最低,与以往认识不同的是在适宜天气条件下,祁连山春季空中水汽也具有开发前景。此外,祁连山东段水汽含量一年四季都高于西段,在祁连山西段山区中稳定存在一水汽低值中心,这是以往资料空间分辨率不高时未曾认识到的,该低值中心年内水汽差异很大,夏季是冬季的6倍之多;水汽密度分布与之类似。祁连山区逐月单位面积垂直累积水汽含量呈单峰型变化,6-9月是水汽分布最多的时段,进入冬季起水汽含量快速减少。近37年来,祁连山区空中水汽年保有量呈现增加趋势,这也与同时段疏勒河与黑河径流量的逐步上升趋势是一致的,但不同季节表现态势不同,夏、秋季整体呈增加趋势,冬、春季呈减少趋势。     

河南省空中水汽资源的来源、分布及收支

利用1971-2005年河南省及其临近地区NCEP/NCAR月平均再分析资料和同期降水观测资料,分析了河南省空中水汽来源、水汽资源的时空分布、水汽输送特征以及河南省域水汽收支状况.结果表明:不同季节水汽来源、水汽通量强度及其随高度的分布、水汽通量散度等特征有相当大的差异;河南省空中年水汽含量平均值为25.79 mm,水...     

起伏地形下重庆市水汽压的空间分布

利用重庆市1∶25万电子地图和100m×100m分辨率的DEM资料,建立了基于常规气象观测资料的实际起伏地形下重庆市水汽压空间分布模型,计算了重庆市各月月平均和年平均水汽压的空间分布,并完成其制图同时详细分析了重庆市实际地形下水汽压的空间分布。分析表明:随着海拔高度的增加,水汽压逐渐减小;各月水汽压的最小值出现在东北山区;重庆市水汽压的季节变化很明显。     

天山山区水汽输送气候特征

应用2000～2011年NCEP/NCAR再分析逐日6h 1 1资料,分析了新疆天山山区对流层不同层次空中水汽输送特征,结果表明：(1)天山山区地面～100 hPa每年平均有11504.1×108t水汽输入,11337.0×108t水汽输出,水汽净收支为167.1×108t,其中西、北边界为输入,东、南边界为输出,对流层中层水汽输送量最大,低层次之,高层最小。天山山区水汽总输入量占全新疆水汽输入量的44.1%。(2)各季节中夏季水汽输送量最大,春季、秋季相当,冬季最小,西边界、北边界均为水汽输入边界,东边界、南边界均为水汽输出边界,对流层中层水汽输入量最大。     

“96.7”新疆特大暴雨诊断分析

利用常规观测资料,在客观分析的基础上,对“96．7”新疆特大暴雨进行了物理量的诊断分析。结果表明,暴雨期间天山山区至乌鲁木齐一带从低层到高层是水汽及水汽通量的高值区,并为水汽通量散度的高辐合区。暴雨区对流层高层强烈辐散,中低层强烈辐合,且中层对应强上升运动。     

西北中部半干旱区兴隆山森林岛降水机理的数值模拟

通过WRF V2.1.2模式数值模拟试验并结合长期观测数据,研究了中国西北半干旱区长期存在和维持的森林山区(兴隆山区,103.84°E、35.86°N)的降水特征及其与周边地区的降水差异,并探讨了造成这种差异的主要原因。结果表明,兴隆山区与周边地区的降水差异主要表现在夏、秋季。在夏、秋季兴隆山区受东南湿润气流的影响,获得较多的水汽输入和较稳定的水汽来源,而山地地形则有利于截留东南气流携带的水汽并形成降水;兴隆山区及其周边地区局地的蒸散差异对二者之间降水差异的贡献不大。另外,兴隆山区土壤堆积覆盖的石质山构造和森林下垫面也有利于降水的截留和贮存以及植被的生长。因此,有利于水汽输入的大尺度环流形势、地形对空中水汽的截留以及特殊的地质因素是兴隆山山区孤立森林岛在半干旱区长期存在和维持的原因。     

2012年前冬伊犁河谷持续性大暴雪成因分析

本研究利用传统气候学的Brubaker模型和降水同位素学方法,定量研究了新疆天山地区水汽再循环特征。结果表明：(1)气候学角度,天山地区水汽再循环率为9.32%。当地蒸发的水汽形成的降水量为41.8mm,外来水汽输送到山区形成的降水量为407.2mm;(2)同位素水汽氘盈余为精细化的分析水汽再循环提供了新的思路,进一步证实天山地区水汽主要来自于西风带的水汽输送,而乌鲁木齐站平均再循环水汽仅占到8%。随着海拔的增加,水汽再循环率逐渐下降,在海拔2000m以上的水汽再循环可以忽略不计。在西风带关键水汽输送路径建立降水同位素观测断面,使两种方法相结合,共同研究水汽的来源和路径问题,是下一步需要关注的问题。     

天山地区水汽再循环量化研究

利用传统气候学的Brubaker二元模型和降水同位素平衡模型定量研究了新疆天山地区水汽再循环特征。结果表明:(1)气候学角度,天山地区水汽再循环率为9.32%。当地蒸发的水汽形成的降水量为41.8 mm,外来水汽输送到山区形成的降水量为407.2 mm;(2)同位素水汽氘盈余为精细化的分析水汽再循环提供了新的思路,进一步证实天山地区水汽主要来自于西风带的水汽输送,而乌鲁木齐站平均再循环水汽仅占到8%。随着海拔的增加,水汽再循环率逐渐下降,在海拔2000 m以上的水汽再循环可以忽略不计。在西风带关键水汽输送路径建立降水同位素观测断面,使两种方法相结合,共同研究水汽的来源和路径问题,是下一步需要关注的问题。     

三种大气可降水量推算方法结果的比较分析

以湖北省为例,分别用气象探空资料累加计算、地面气象资料推算(又有两种)、地基GPS探测资料反演等三种方法计算出该省空中水汽资源含量,并以探空法计算的水汽资源含量为基准来评估其他两种方法计算结果的偏差情况.结果表明:(1)与探空法计算结果相比,地面法计算结果偏小,恩施、宜昌、武汉等3站年平均空中水汽资源含量分别只偏小4.7%、2.9%、5.4%,且两种推算方法计算的月空中水汽资源含量变化趋势一致;(2)宜昌站GPS法比探空法计算结果偏大5.6%,同期地面法比探空法偏小3.5%;(3)对于有降水日的有效空中水汽资源,地面法、GPS法推算的整层水汽含量与探空法计算结果分别相差-1.4%和8.4%.可见地面法和GPS法推算空中水汽资源精度均比较高,可满足空中水汽资源推算要求,且站点多,从而可有效弥补探空站少的不足.总体上GPS法推算空中水汽资源精度略低于地面法,还可在今后应用中进一步订正优化.     

中国雪都阿尔泰山暖区暴雪水汽特征分析

为进一步做好中国雪都阿勒泰山冬季冰雪旅游暴雪预报预警服务,利用阿尔泰山固态降水数据、NCEP/NCAR再分析和GDAS数据,应用天气学诊断和不同水汽分析方法对2021年阿尔泰山区3次暴雪过程环流背景和水汽特征进行分析。结果表明：(1) 3次暴雪过程均为新疆北部典型的暖区暴雪过程。(2)欧拉方法分析表明,该区水汽主要源于大西洋及其沿岸,阿尔泰山西边界为水汽输入,东边界和南边界为水汽输出,中、低层的水汽输入量与暴雪量关系密切,水汽通量散度辐合区位于对流层低层。(3)HYSPLIT(拉格朗日)方法分析表明,水汽源地主要来自北冰洋、欧洲,其次是中亚和加拿大,与上述结论明显不同;对暴雪区综合贡献较大的是对流层低层的水汽。(4)构建了阿尔泰山区暴雪过程水汽贡献模型,700 hPa及以上水汽自源地到达关键区后主要从偏西(西南)路径输入暴雪区,700 hPa以下水汽到达关键区后,在环流合适时主要从东南路径输入暴雪区,但从偏西(西南)和西北路径输入暴雪区的水汽也不容忽视;水汽主要在对流层低层聚集,并辐合抬升。     

基于HYSPLIT4的一次新疆天山夏季特大暴雨水汽路径分析

利用新疆维吾尔自治区105个观测站气象资料、NCEP/NCAR再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT_v4),定量分析了2004年7月17-21日新疆天山山区特大暴雨的水汽输送情况。结果表明,2004年7月17-21日暴雨降水主要以天山山区为主,暴雨过程的水汽主要来自700 h Pa,水汽输送路径有3条,其中偏北路径有2条,另1条为偏西路径;暴雨的水汽源地主要有3个,其中超过50%的水汽来自阿拉伯海以北—里海—巴尔喀什湖地区的水汽输送贡献,其次是波罗的海—北冰洋沿岸地区,占到26%,而鄂霍次克海以东地区为21%;伊朗高压北抬与欧洲脊东移形成的乌拉尔脊叠加是暴雨过程的主导系统,中亚低涡东南移动形成强降水。同时,对流层高层的副热带西风急流和低层的偏东低空急流对强降水的水汽输送和辐合有重要影响。     

重庆地区夏季一次降水过程及增雨潜力的数值模拟分析

利用国家气象中心GRAPES人工增雨云系模式,选取2008年7月4日重庆地区一次降水过程进行数值模拟,分析了重庆地区降雨天气的水汽分布、云系宏微观分布、云中微物理转化和增雨潜力等特征。结果表明：本次降水大气过程中,重庆地区水汽含量极为丰富,水汽分布与地形分布呈明显的对应关系,低层水汽输送较大,整层水汽通量较高,有明显水汽辐合,云中液态水对地面降水影响很大。西南气流和地形共同作用为重庆地区液态水的形成提供了有利条件,在东北部山区迎风坡处大量水汽累积抬升,易形成丰富的液态水。重庆东北部地区水汽向云水转化较强,过冷液态水含量丰富,冰晶含量少,0℃层附近水汽垂直通量较大,降水效率较低,有较大的增雨潜力。     

用GMS-5卫星资料结合地面资料联合估算水汽分布

利用GMS-5卫星红外分裂窗通道和水汽通道结合探空资料反演晴空大气的水汽分布;同时利用探空资料建立地面水汽压和相对湿度与大气总水汽量的经验关系,通过带权插值生成淮河流域300多个地面站经验关系式的系数矩阵,并利用地面站资料确定云天大气的水汽分布.最后,将两种方法进行融合,得到淮河流域全天候的水汽场分布.     

新疆北部冬季降水异常成因

利用1960—2004年天山山区及以北地区(新疆北部)38个气象站日降水量和NECP/NCAR逐日4次再分析资料,分析了新疆北部11,12月和1月降水异常的环流和水汽特征。结果表明:冬季斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)与新疆冬季降水异常密切联系;11月水汽输送量最大,1月最小,西风气流输送水汽多少决定降水异常;降水异常偏多时,新地岛以东北冰洋、西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常,高纬度地区和低纬度地区向中亚地区输送水汽汇合后沿西风气流进入新疆,而非来自地中海和里海水汽源地;降水偏少时,里海以东随西风气流向新疆水汽输送减弱。关注SCA环流型活动以及西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常对冬季降水预测具有一定意义。     

中亚低涡背景下南疆西部山区一次极端暴雨成因分析

利用南疆西部气象站观测、FY-2G 、ERA5 再分析及全球资料同化系统（GDAS）分析等资料,分析2022年5月28－31日南疆西部山区一次极端暴雨成因,探讨了中亚低涡背景下山区和平原降雨差异的主要原因。结果表明：极端暴雨发生在南亚高压呈青藏高压型的大尺度环流背景下,中亚低涡配合低层多尺度系统及复杂地形的影响下产生;中低层偏东气流是此次山区暴雨的必要条件,但暴雨不同时段其维持机制有差异;中小尺度对流云系不断合并加强形成的南北向云带持续影响是造成山区暴雨的直接原因;多路充足的水汽输送与山区陡峭地形强迫抬升造成山区持续性降雨;低层不饱和水汽条件是此次“东西夹攻”形势下平原地区降雨量级偏小的主要原因。     

内蒙古空中水汽资源气候特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析内蒙古地区的水汽资源时空分布特征,探讨该地区水汽通量及收支等特征。结果表明:内蒙古地区年平均可降水量为10~15kg·m~(-2),夏季可降水量最大,冬季最少。全区主要受偏西或西北向的水汽通量影响,除东北部外,全区大部地区为水汽辐散。夏季,东、西部水汽输送特征有很大差异,东部受西南风水汽通量控制,且为水汽辐合。全区年均水汽输入为13.74×107kg·s~(-1),夏季的水汽输入量最多,高达21.93×107kg·s~(-1),秋季最少。全区年均水汽输入量约4.33×10~(15)kg,年均降水量为3.34×10~(14)kg,降水仅占全部水汽输入的7.7%,空中可开发利用的水汽资源很丰富。     

用GMS5卫星反演水汽场分析中国西北地区大气水汽分布的气候特征

卫星遥感资料具有反演大气水汽含量的能力.由于山区降水一般随高度增加,而海拔高的地区大气柱的厚度比海拔低的地区薄,整层水汽含量少,使得大气总水汽含量与降水的分布在复杂地形情况下不吻合.为此,引入用卫星反演的单位大气柱水汽含量,较好地反映了降水的空间分布特征.分析结果表明,在云水条件上,西北地区东部具备了较好的实施人工增雨(雪)的条件,尤其在春、夏季,实施人工增雨(雪)的云水条件更加优越.     

济宁东部山区风能资源开发潜力研究

分别利用常规地面观测站、区域气象观测站(无人值守加密自动气象站)和临时人工测量站的资料对济宁地区东部山区风能资源进行了对比分析研究。结果表明,处在不同位置的观测站资料对济宁东部山区风能资源开发潜力的估算有较大影响,常规地面观测站或处于测风环境不好的观测站往往低估山区的风能资源;计算结果表明,济宁地区东部山区春季风能资源丰富,可利用风力发电灌溉农田,有效地缓解济宁东部山区部分地区春旱。