黄河中下游地区夏季旱涝年低频振荡特征分析

利用1971-2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和黄河流域67个测站逐日降水资料, 对黄河中下游地区旱涝年的低频振荡特征进行了分析.结果表明: 黄河流域30~60 d低频降水呈现区域性分布的特征, 大值区位于黄河中下游地区, 10~20 d低频降水呈现整体性分布.黄河中下游地区旱涝年夏季降水普遍存在10~20 d和30~60 d的低频振荡, 10~20 d振荡强度整体上均强于30~60 d振荡,10~20 d低频振荡在旱涝年差异不显著.涝年30~60 d低频振荡较旱年显著, 涝年和旱年30~60 d低频振荡的传播特征不相同, 同时涝年的30~60 d低频振荡的传播特征也存在差异.影响涝年30~60 d低频降水的主要原因是低纬的低频振荡强度增强向北传播到黄河流域, 以及青藏高原热源的低频振荡向东北传播与西太平洋热源的低频振荡向西传播在黄河中下游交汇.正常年份的低频降水主要受低纬低频振荡向北传播的影响.     

黄河流域夏季有效降水转化率

利用NCEP/NCAR再分析资料及中国实测雨量资料,分析发现黄河流域夏季整层降水转化率普遍较低,因考虑到整层中应有某一气压层具有最有利的水汽输送、抬升凝结和垂直运动条件,由此将该气压层定义为有效降水转化率层(简称有效层),降水与有效层可降水量之比称为有效降水转化率。通过分析黄河流域夏季各分区垂直速度与水汽等因子,确定上、中、下游夏季有效层分别为地面~500hPa、600~400hPa、850~600hPa。对比分析表明:夏季各区平均水汽收支与降水转化率,各自在整层和有效层上的逐年演变趋势均一致,峰谷相对应,且49年间降水转化率在有效层上的数值均大于整层的。夏季有效降水转化率在青藏高原上空及中游东部最高,高原东北侧最低,旱、涝年与多年平均状况下的分布形式虽然一致,但涝年的数值明显大于旱年。     

青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系研究

利用青藏高原72个站逐日积雪、冻土观测资料,AVHRR归一化植被指数（NDVI）和全国550个站逐日降水资料,分析了青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系。结果表明,我国夏季降水在华北和东北南部,长江中下游和华南地区降水空间一致性较好,相邻站点间降水变化趋势近似。华南、长江中下游和淮河降水呈增加趋势,其中长江中下游每10年增加37 mm,但华北降水呈减少趋势。华南、长江中下游和华北对高原积雪、冻土和植被的变化均较为敏感,而淮河仅对高原植被变化较为敏感。利用高原积雪、冻土和植被建立了代表高原地表特征的变化序列,其对长江中下游、淮河、华北夏季降水均有较好指示意义,与夏季降水的相关系数由南到北表现为"负-正-负"的分布特征。最后,提出一种高原陆表状况影响中国夏季降水的概念模型：高原冬春积雪偏多（少）、冬季冻土偏厚（薄）、春季植被偏多（少）会使得夏季高原地区土壤湿度偏大（小）,高原地表感热偏弱（强）,从而使得南亚高压和西太副高偏弱（强）,南海季风偏弱（强）,长江流域降水偏多（少）,华南和华北地区降水偏少（多）。     

过去530年中国东部旱涝事件模拟研究初探

利用CCSM2.0.1模式完成的千年模拟试验结果对近530年中国东部区域旱涝事件进行了初步的研究。结果表明模式一定程度能够反映过去530年中国东部降水变化规律,在年代际变化上与旱涝等级资料较为一致。模式能模拟出旱涝事件世纪尺度变化特征以及旱涝事件的群发现象。从模拟结果中发现,过去530年中国东部共发生了3次持续时间5年或5年以上的严重干旱事件,分别发生在1483～1488年、1635～1645年和1964～1968年; 4次持续时间5年或5年以上的严重洪涝事件,分别发生在1529～1533年、1749～1753年、1926～1932年和1978～1984年。其中,1483～1488年、1635～1645年和1964～1968年干旱事件以及1749～1753年洪涝事件与旱涝等级序列有较好的对应,说明模式对严重干旱事件具有一定的再现能力,而对严重洪涝事件的模拟能力还有待加强。对个例分析发现,对应较好的3次严重干旱事件发生时期降水空间型态的演化与1749～1753年严重洪涝事件不同,前者前期呈南涝北旱格局,旱区逐年向东、南扩大,后者前期同样也呈南涝北旱格局,但为涝区逐年向东、北扩大。模拟还发现中国东部夏季降水的异常变化主要受夏季风影响,发生严重干旱事件期间夏季风偏弱,发生严重洪涝事件期间夏季风偏强,模拟显示严重旱涝事件期间副热带高压无明显变化。     

长江中下游地区雨涝指数构建及其应用

为客观识别区域暴雨洪涝过程、定量评估区域暴雨过程强度,基于极端事件中持续时间和强度关系理论,采用近5 d最大降水强度作为降水相当强度指标,构建雨涝指数和区域雨涝过程强度的算法,利用1961-2019年长江中下游地区逐日降水资料,分析长江中下游地区的区域雨涝过程次数、强度以及雨涝趋势变化特征。结果表明:① 1961-2019年长江中下游地区区域雨涝过程次数整体呈增加趋势,21世纪以来区域雨涝过程发生次数明显增多,持续5~9 d的区域雨涝过程占全部雨涝过程的2/3以上;②区域内雨涝日数总体呈现南多北少分布,雨涝日数变化趋势表现为西北部减少、东南部增多;③年降水量和雨涝趋势的时空变化使得长江中下游地区的旱涝差异进一步增大,降水多的东南部更涝,降水少的北部和西部愈加干旱。     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

青藏高原地面辐射对中国东部夏季降水影响的数值试验

利用CAM5模式设计敏感性试验,研究了中国东部夏季降水对青藏高原地面辐射异常变化的响应和可能的物理机制。试验结果表明：当高原北部、中部等区域夏季地面辐射减小,中国东部夏季降水整体上增多,但南部、东部沿海区域降水异常减少。青藏高原地面辐射的变化,对青藏高压、西太平洋副热带高压和季风等天气系统具有一定影响,进而影响中国东部地区的夏季降水。当青藏高原地面辐射减小,青藏高压中心位置偏西,强度减弱;东亚季风和南亚季风强度增大,中国东部大部分地区850 hPa风场强度增强;西太平洋副热带高压位置偏东,强度减弱,中国南部、东部沿海区域夏季降水受其影响而减少,但华中、华北、东北等地夏季降水整体上增多。故中国东部夏季降水异常变化与青藏高原地面辐射之间具有显著的相关关系。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少，河道面临长距离、长历时的冲淤调整，河道蓄泄关系发生变化，对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上，对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下，遇1954年洪水，长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明，未来随着长江中下游河道进一步冲刷，河道槽蓄容积增加，相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大，三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大，总拦蓄洪量减小，长江中下游地区总超额洪量减小，但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

宁镇地区地质灾害预报模型——以镇江润州区为例

宁镇地区是长江中下游地质灾害最严重的地区之一。镇江润州区虽然仅是宁镇地区的一个局部区域,但其气候和地质环境特征具有典型意义,所提出的地质灾害气象预警预报模型同样适用于整个宁镇地区,对长江中下游地区亦有借鉴作用。气候环境、降雨尤其是连续降雨或强降雨是诱发地质灾害的重要因素。润州区地质灾害主要与梅雨期总降雨量有关,其次与台汛期台风带来的降雨量有关,而与台汛期总降雨量无关。地质灾害预测预警方程应针对不同时期采用不同的预警模型：非梅雨期的预警方程采用预报日降雨量结合前5日降水之和的综合模型,梅雨期的预警方程采用梅雨期降雨总量模型。提出地质灾害气象预报预警等级应根据《国家突发公共事件总体应急预案》将等级统一划分为4级。该模型可作为完善我国现有地质灾害气象预警预报系统的参考。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少,河道面临长距离、长历时的冲淤调整,河道蓄泄关系发生变化,对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上,对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下,遇1954年洪水,长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明,未来随着长江中下游河道进一步冲刷,河道槽蓄容积增加,相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大,三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大,总拦蓄洪量减小,长江中下游地区总超额洪量减小,但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

中国极端降水事件的频数和强度特征

使用1951-2004年中国738个测站逐日降水资料,采用百分位的方法定义极端降水事件的阈值,分析了不同持续时间的极端降水事件的时空分布及变化趋势特征。结果表明,极端降水事件多发于35°N以南,特别是在长江中下游和江南地区以及高原东南部,且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。季节分布上,主要出现在夏季,以低持续性事件为主。在中国东部地区,持续时间越长的极端降水其强度往往越强。趋势分析表明,全国持续1d极端事件的相对频数具有上升趋势而平均强度具有下降趋势,其空间上均表现为全国大部分上升、华北和西南等地下降的趋势。持续2d以上极端事件在长江中下游流域、江南地区和高原东部等地区有显著增多和增强的趋势,而在华北和西南地区有减少和减弱趋势,但全国平均的趋势不显著。     

中国大陆降水时空变异规律——Ⅱ.现代变化趋势

为改进、完善对中国现代降水长期变化规律的理解,利用2 300个国家级气象站网观测资料,更新分析了全国1956—2013年基本降水指标的趋势变化特征。主要结果:① 全国平均年和季节降水量、降水量距平百分率未表现出显著趋势变化,但秋、冬季降水量距平百分率分别表现出较明显的下降和上升;② 年和夏季降水减少主要发生在东北中南部、华北、华中和西南地区,而东南沿海、长江下游、青藏高原和西北等地区年降水增加较明显;③ 降水趋势变化的空间结构相对稳定,北方降水减少范围有由黄土高原、华北平原向东北和西南扩散趋向,东北北部和长江中下游的降水增加范围变小,总体看东部降水减少和增加的区域均在萎缩,“南涝北旱”现象趋向缓解;④ 全国年平均暴雨量、日数呈现出较显著的增加,但暴雨强度没有明显变化,暴雨量和日数增加主要发生在珠江和东南诸河流域,而海河和西南诸河流域暴雨量、日数和强度呈较明显减少趋势;⑤ 东部季风区1日、连续3日和连续5日最大降水量均有一定程度增加,1日最大降水量增加最明显,连续5日最大降水量增加最弱,极端强降水事件持续时间呈现出短历时性倾向。     

北极海冰对长江流域主汛期降雨的影响

针对极地冰雪显著影响中低纬气候的事实,利用1979-2017年长江流域116站降水资料和美国国家冰雪数据中心海冰资料,通过奇异值分解等统计学方法,研究北极海冰对长江流域主汛期降水的影响及可能的机制,结果表明:冬春季节,巴伦支海和鄂霍次克海海冰面积偏多、波佛特海海冰面积偏少时,主汛期长江上中游干流、汉江上游和雅砻江降水偏多;北极群岛、楚科奇海和拉普捷夫海以北海域海冰面积偏多时,主汛期两湖水系降水偏多,嘉陵江上游、汉江上游降水偏少;反之亦然。可能的机制为冬春季关键区海冰变化通过影响湍流热通量引发大气能量波动,这种波动以大气波列形式向东亚传播,影响东亚地区夏季的大气环流和水汽输送,从而间接影响长江流域主汛期降水。应用多元回归法,以关键区海冰面积作为预测因子建立4个流域内主汛期降水趋势预测模型,模型对预报区降水的定量预测有明显的波动,但对预报区总体的降水趋势有较好的预测效果。     

公元1500—2000年印度尼西亚—菲律宾强火山喷发对中国中东部旱涝格局的影响*

强火山活动是气候变化的重要自然驱动因素,可导致中国降水出现年际或年代际变化,甚至极端的旱涝现象。探究位于中国邻域的印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发与中国旱涝分布格局的关系,有助于阐释中国旱涝发生的时空规律及机制,为预测未来火山爆发可能导致的降水异常提供借鉴。本文基于1500—2000年期间世界强火山活动和中国旱涝资料,运用时序叠加分析的方法辨识了印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发后中国旱涝在年际尺度上的时空变化特征,并对1815年Tambora火山喷发进行案例分析。结果表明印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发对中国的旱涝格局有一定的影响:强火山喷发后第0年至第2年,中国中东部各站点的整体变化为偏涝;在第3年,整体出现了偏旱的转变,且变化幅度相比其他年份较大;就地区而言,喷发后华北、华南地区分别出现了由旱转涝、由涝转旱的变化,并且这些变化大概持续了2~3年,随后2个区域均恢复了喷发前的旱涝趋势;印度尼西亚1815年Tambora火山喷发后0~3年,中国以涝情为主,但发生涝情的区域逐年在发生变化。     

1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应

气候变暖背景下干旱区水文、水资源的变化仍是影响区域水资源利用和洪水灾害防治的关键科学问题。基于1957—2019年长序列的水文、气象资料,系统分析了昆仑山北麓车尔臣河流域的水文变化特征及其对气候变化的响应。总体上,车尔臣河流域的水文过程的显著变化发生在1990s末期,变化前后年径流量约增加了54.67%,所有季节径流的增加共同造成了年径流的增加,其中夏季径流的增加对年径流增加的贡献最大,其次依次为秋季、春季和冬季。降水增加（第一控制因素）和气温升高（第二控制因素）共同造成了车尔臣河流域水文过程的变化。具体到径流年内变化,降水是春夏季径流变化的主控因素,而秋冬季径流变化的主控因素是气温。径流增加为中下游提供更多水资源的同时,也导致年际间水文洪涝和干旱事件发生的频率增加、强度增强。冰冻圈在该地区水文循环中起着重要的作用,但其对水文过程的影响仍不明确,加强阿尔金高山区的冰川、多年冻土监测将为进一步预估水文对气候变化的响应提供基础数据支撑。     

青藏高原东部春季感热通量与我国东部气温的年际关系

利用ERA-Interim提供的地表感热、环流场资料和1979-2013年753站中国春季气温观测资料探讨了青藏高原（以下简称高原）东部春季感热通量与我国东部气温的关系。春季高原东部感热与我国东部气温在年际变化上存在密切的相关关系。去除9年滑动平均以后的SVD第一模态结果表明,当高原东部感热出现南弱（强）北强（弱）时,对应我国东北和华南地区的气温异常偏低（高）。当春季高原感热呈现南负北正的分布时,高层200 hPa上,高纬东风异常减弱背景西风有利于冷空气的南下,加之副热带西风急流显著增强,有利于东北地区形成气旋性环流。中低层环流场上,我国北方地区上空为一深厚的东北冷涡所控制,从对流层低层到高层,均呈现较强的气旋式环流分布。一方面,它引导西伯利亚冷空气南下,造成我国东北地区气压异常减弱,气温异常偏低;另一方面,其西侧北风异常阻滞了华南地区上空的背景西南风,不利于暖气流的输送。进一步分析得出,与PC1相关的南北温度差值场上,东亚地区上空从低纬到高纬呈现“负-正-负”的分布形势,有利于副热带西风急流在我国上空的显著增强。气旋中心上暖下冷的结构,导致位涡显著发展并向低层伸展、侵入,增强了对流层中低层的气旋性环流。气旋中心整个对流层为深厚的异常干空气,湿度负值中心与冷中心相对应,表明干冷空气异常下传发展。干侵入使得冷涡加强发展,维持了异常气旋性环流,导致春季东北、华南地区的异常降温。虽然前冬Nino3.4区海温与春季感热相关较好,但其对我国东部春季气温影响并不显著。     

长江中、下游特大暴雨洪水的成功预报和科学依据

进入 2 0世纪 90年代以来 ,中国七大江河流域旱涝频繁 ,旱涝灾害和由旱涝引起的次生地质灾害十分严重 ,特别是长江中、下游地区的洪涝几率高达 5 0 % (5 /10 )。 195 1— 2 0 0 0年长江中、下游地区发生了 9个大水年 ,几率为 18% (9/5 0 ) ,90年代洪涝的频繁程度属 2 0世纪之最 ,1998年特大暴雨洪水的时空集中强度也属 2 0世纪之最。长江的大暴雨洪水在近 10a来很频繁 ,但从气候分布几率来看 ,它毕竟是小概率事件 ,对小概率事件的长期预报具有很大的难度 ,而且暴雨洪水的长期影响因子也错综复杂 ,这就给预报带来了艰巨性。通过对降水的各种影响因子的分析研究和多因子集成预报模型的研制 ,对 1998年长江流域的特大暴雨洪水从时间、地区和量级三要素的长、中期预报都取得了成功 ,对其他 5个洪涝年也从趋势和分级两方面做出了成功的长期预报。文中重点剖析了预报取得成功的科学依据。     

长江中游地区暴雨过程的气候背景分析

通过用气候信号场研究长江中游地区暴雨发生的气候异常环境,提出了关于信号场的合成图的检验方法,应用到暴雨规律分析中。分析表明,暴雨与500hPa信号场中异常信号显著区的出现在我国东部上空,分布形势呈‘+-+'的波列是暴雨发生的重要征兆。     

浅论长江中游洪灾高危险性

通过对长江洪水的致灾性、河道边界条件及其孕灾性、承载体易损性的分析,论述了长江中游为我国洪灾高危险区的必然性。分析了人类对河流的治理,使河道稳定性增加,减少了洪灾的风险,但是长江中游的局部河段却发生洪水位增高的趋势,又增加了洪灾风险,该区域高危险的基本特性犹存。研究了三峡运行后,长江中下游出现新的防洪形势:一方面三峡水库巨大的防洪库容拦蓄洪水,大大减少了中下游的洪灾,另一方面因河道的强冲刷,使河势变化剧烈、横向摆动增强,局部河段岸壁失稳,又增加防洪压力。同时因总体水面比降趋平,洪灾风险有向下游转移的趋势。未来长江中游仍为洪灾高危险区,仍应给予高度重视。     

1849年长江中下游大水灾的时空分布及天气气候特征

清道光二十九年（1849年）长江中下游地区的大水灾,对民生造成了严重的影响。作者系统收集了档案、方志、日记和文集资料中关于该年份水灾的记载,以县级成灾分数资料为基础,重建了此次水灾的时空分布,并分析了形成这次水灾的天气气候特征。研究认为,该年度水灾基本在N28°～N33°间呈条状东西向分布,而以N31°一线的灾情最为严重;连续性的降水开始于5月18日左右,到7月18日才结束,中间还有3次持续各达10余天的强降雨过程;这次大水灾是全流域性的,涝灾大于洪灾,降水最集中区域为东部的太湖流域,这和有器测记录的几次长江全流域大洪水并不一致;本次大水灾的直接天气成因是梅雨期提前并超长,雨量明显偏大,持续时间长达62天左右,比有器测记录的更早、更长;当年夏季风应偏弱,副热带高压脊线位置异常偏南,且西风分支明显,经向环流发展,西风南支位置应该也异常偏南;夏季冷空气异常活跃可能是雨带长期在长江沿岸徘徊的真正原因。