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.     

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.     

祁连山区空中水资源研究

利用祁连山地区8个气象观测站1960-2002年逐日气象观测资料和1970-1997年NCEP/NCAR再分析资料(2.5°×2.5°格距),分析了祁连山地区的空中水资源状况。结果表明:该区大气水汽含量从春季到夏季逐渐升高,之后又逐渐减少,对应全年降水主要集中在5-9月,占年降水量的86.8%;从1987年西北地区气候转型前后2个时期的比较来看,1987年后比1987年之前平均年降水量增加了22.7 mm(约8.1%),而且主要是春、夏季降水增加了,这将有益于该地区生态环境的改善。从空间分布来看,祁连山地区中部的年降水量大,东部和西部降水较少,其中西部最少。祁连山地区平均每年水汽输入量约为885.4亿m3,水汽输入主要在600 hPa以下层,高层全年多数时间整体表现为辐散,且水汽主要来源于经向输送。     

Variations of Summer Precipitation and Its Relation with Vapor Transfer over the Qinghai Plateau

From the study of the summer precipitation variation over the Qinghai Plateau and its dependence on vapor transfer, results are presented as follows: 1) during 1961-2003, both the summer rainfall and meridional net vapor flux (NVF) in the atmosphere display a parabola-shaped change with first rise and then drop in intensity and, in contrast, the zonal and regional NVFs exhibit increasing trends; 2) meridional NVF is positively correlated with the rainfall; 3) di erences in vapor transfer throughout atmospheric vertical extent between dry and wet years over the plateau are shown in that the transfer is stronger in a wet year with large-scale vapor convergence and vice versa in a dry year; in a wet year the meridional vapor transport can reach a belt 3.5 degrees of latitude northward and 7 degrees of longitudes eastward of the positions in a dry year; and vapor flux increases (decreases) by 54.0% (21.9%) in a wet (dry) year with respect to the mean (over 1971-2000).     

Changes of Extreme Precipitation and its Associated Mechanisms in Northwest China

Characterized by scarce water resources and fragile ecosystems, Northwest China(NWC) has experienced a climate shift from warm-dry to warm-wet conditions since the 1980s that has garnered extensive concern in recent years. In this study, the variability in extreme precipitation(EP) during 1961–2016 in different climate zones of NWC and the possible mechanisms for this variation are investigated. The results show that the EP trends significantly increased in most of the westerly zone(WZ) and plateau zone(PZ), while the EP trends did not significantly decrease in the monsoon zone(MZ).The start dates of extreme precipitation(SDEP) and end dates of extreme precipitation(EDEP) advanced and were postponed, respectively, in the WZ and PZ, while the opposite occurred in the MZ. Summer atmospheric circulation, water vapor transport, and atmospheric instability over NWC varied greatly with the interdecadal shift in EP before and after 1986. During 1986–2016, upper-level divergence and lower-level convergence occurred in the MZ and PZ, which strengthened ascending flow. In addition, the summer water vapor and atmospheric instability increased in the WZ and PZ.These characteristics created favorable conditions for increased occurrences of EP in the WZ and PZ in summer.Conversely, the upper-level convergence and lower-level divergence in the MZ strengthened descending flow. Decreases in summer water vapor and atmospheric instability occurred in the MZ after 1986. Hence, the environmental conditions in the MZ may have prevented the occurrence and development of EP in summer during 1986–2016.     

江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析

在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.     

夏季云贵高原地区降水特征及云水资源的匹配

基于云贵高原地区1961—2010年高分辨率(0.5°×0.5°)逐日降水格点资料,分析了云贵高原及东、西两个区域的夏季降水变化特征。并结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979—2010年ERA-Interim再分析资料,计算了其夏季水汽输送通量和净水汽收支。结果表明:(1)云贵高原夏季平均降水分布不均匀,存在区域差异:云贵高原西部的中部为降水量低值区,其向南、向西逐渐增加;东部由其东南部向西北部递减的分布形式。(2)将云贵高原分成两个区域,东、西部区域的降水都呈增加的趋势,降水量较高的区域降水增长速度较快。(3)大气中的水汽从云贵高原南边界和西边边界进入,从北边界和东边界流出,全区以净水汽输出为主,输出值与降水的变化都呈增长趋势。其中东部水汽为净输入;西部为净输出,向各区域的水汽输送量逐渐增加与各区降水量呈增长趋势变化同样相一致。(4)影响西部夏季降水的水汽主要源于孟加拉湾北部、南海北部和横断山到四川盆地地区,而东部水汽主要来自南海北部和四川盆地西部。     

Spatiotemporal Variation of Water Vapor Budget over the Tibetan Plateau and Its Regulation on Precipitation

The spatiotemporal variations of water vapor budget(Bt) and their relationships with local precipitation over the Tibetan Plateau(TP) are critical for understanding the characteristics of spatial distributions and evolutions of water resources over the TP. Based on a boundary of the TP, this paper explored the spatiotemporal characteristics of Bt over the TP using the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts interim(ERA-Interim) reanalysis datasets. On the climatological mean, the TP i...     

一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系

利用逐日降水量资料、FY-2E卫星资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2012年1月13~16日的一次南方冷季降水过程进行分析,剖析了热带水汽羽形成的水汽输送源和动力机制,及其与降水的关系。分析表明,热带水汽羽不但表征了中高层孟加拉湾水汽的输送,它实际上反映了对流层整层水汽的输送、辐合,低层南海水汽输送带为水汽羽的维持和降水的产生做出了贡献;高空槽前急流与低空切变线的耦合促使了上升运动的形成,导致降水的产生。后期高空槽的移动填塞致使急流轴发生移动及转向,从而引导了热带水汽羽的移动,最终导致热带水汽羽的断裂消亡;热带水汽羽上不存在强对流云团,未形成强对流过程,但由于水汽输送条件较好,配合弱的上升运动产生了这次强降水过程。     

华北区域环流型与河北气候的关系

利用Lamb-Jenkinson方法和NCEP/NCAR再分析的1951—2006年月平均海平面气压场资料,对华北区域环流进行分型并分析了对河北气候的影响。结果表明,影响华北的主要环流型有8种（A、SW、NE、W、C、N、ANE、AN）,占全部环流型的64.43%。冬季主要盛行A、NE环流型,夏季主要盛行SW、C环流型,冬季最主要的环流型A和夏季最主要的环流型SW出现次数呈反相变化。河北夏季降水量与SW出现次数呈明显的同相变化,而与A型出现次数呈非常好的反相变化,即冬季A环流型出现多,夏季SW环流型出现就少,夏季降水量就少,反之亦然。冬季的主要环流型在20世纪60年代中期发生了明显改变,夏季环流型在60年代和70年代发生了两次明显改变,之后基本维持改变后的环流型。河北气候与区域环流型变化有很好的对应关系。     

西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

2007年淮河流域强降水过程的水汽输送特征分析

利用NCEP再分析资料,引人基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLITv4.9),将2007年6月19日～7月26日期间淮河流域强降雨分为三个阶段,分析不同阶段水汽输送轨迹、主要通道及其不同源地的水汽贡献.结果表明,影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支:一支是西太平洋上副高边缘东南气流输送,另一支是南海南部越赤道...     

夏季水汽输送特征及其与中国降水异常的关系

利用1958－1999年NCEP／NCAR再分析资料研究了水汽输送特征，表明：全球纬向水汽输送在南北半球中高纬度由西向东，在低纬由东向西，分别与中纬度西风带和热带东风带一致，经向输送在夏季由南半球向北半球输送，冬季则刚好相反，就全年来说水汽也是从南半球向北半球输送。南北半球副热带地区是大气水汽源，热带和中高纬是大气水汽汇，夏季中国大部分地区也是水汽汇。讨论了中国夏季3类雨型与异常水汽输送的关系，结果表明中间型雨带对应中国东部有一支东北异常水汽输送和另一支西南异常输送在长江流域辐合；南方型雨带对应一支东北异常输送和另一支来自西太平洋副高西北侧的西南异常输送在华南辐合，北方型雨带对应中纬度西风异常输送与副高西北侧的西南异常常输送在华北辐合。     

青海高原近43年夏季水汽分布及演变特征

通过对青海高原近43年夏季空中水汽分布及演变的研究,结果表明:(1)夏季来自孟加拉湾的暖湿水汽在东亚夏季风的驱动下向东北方向输送,与沿中纬度的西风环流输送的水汽在青海高原会合,但受高原大地形阻挡,到达该区的水汽含量较源区大大减小;(2)青海高原水汽通量场自西界向东界增加,水汽通量高值区基本分布在青海东部的边坡地带;(3)近43年青海高原净水汽通量收支有正有负,但整体上却呈增加趋势;(4)旱年青海高原水汽通量比平均状况偏少10~40 kg.m-1.s-1;涝年偏多10~20 kg.m-1.s-1;无论旱涝年,青海高原空中净水汽通量均呈正值,但旱年比平均状况偏少21.88%,涝年偏多53.99%。     

土地利用变化对我国区域气候影响的数值试验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,通过将中国区域植被覆盖由理想状况改变为实际状况的数值试验对比分析,探讨了当代中国土地利用变化对中国区域气候的影响,并对结果进行了统计显著性检验。研究表明,土地利用的变化,会导致我国西北等地区年平均降水减少,导致年平均气温在内陆部分地区升高和在沿海个别地区降低,引起许多地方夏季日平均最高气温升高,而冬季日平均最低气温则在我国东部部分地区降低的同时在西北地区升高,土壤湿度的变化表现为大范围的降低。研究同时表明,相同的土地变化在不同的地理环境下引起的气候要素变化有一定的不一致性。     

近10年夏季西北地区水汽空间分布和时间变化分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料对近10年(2000-2009年)夏季西北地区整层大气水汽的时空分布进行了分析。结果表明:(1)近10年西北地区夏季大气可降水量和水汽通量分布呈两头多、中间少。700～200hPa的水汽通量值要比地面至700hPa的大,在南疆盆地,地面至700hPa的水汽通量值比700～200hPa的大,水汽通量在600～450hPa之间比较丰富;(2)整层水汽通量散度辐合区对降水落区的预报具有指导意义,除甘肃河西地区外,其他地区低层(700hPa以下)和高层(700hPa以上)的水汽通量散度呈反位相分布。(3)近10年西北地区水汽输送主要来自西风带在青藏高原西侧分为南北两支所携带的水汽、孟加拉湾的水汽随西南风输送以及西风带爬上青藏高原沿高原南边输送,而造成整层水汽通量年变化的主要原因是西风带输送水汽能力的大小。(4)近10年西北地区整层水汽通量呈线性增加,整层水汽通量的年变化趋势基本上可以指示地面降水的年变化趋势。(5)西北地区近10年夏季水汽来源主要以经向输送为主,纬向水汽通量对于西北区水汽净收支起决定作用。     

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.     

1998年长江流域梅雨期暴雨过程的水汽输送特征

通过对1998年第二次青藏高原大气科学试验期间的加密观测资料、NCEP／NCAR资料、1998年6—7月暴雨2个关键强降水时段水汽通量特征的诊断分析及其区域边界水汽输入问题的数值模拟研究表明：1998年长江流域特大暴雨过程是在有利的持续异常且稳定的大尺度环境场及中尺度风场的配合下发生的；6月与7月水汽输送特征存在差异；高原中部区域西边界与中国区域南边界的水汽输送对此次梅雨期特大暴雨的形成均有重要作用，即水汽源及其侧边界水汽通道特征的显著变化对梅雨期不同阶段长江流域特大暴雨的形成、发生和发展作用明显；水汽的时空分布特征为长江流域持续性特大暴雨的预报提供了着眼点。     

Regional Climate Change and Uncertainty Analysis based on Four Regional Climate Model Simulations over China

Four sets of climate change simulations at grid spacing of 50 km were conducted over East Asia with two regional climate models driven at the lateral boundaries by two global models for the period 1981–2050. The focus of the study was on the ensemble projection of climate change in the mid-21 st century(2031–50) over China. Validation of each simulation and the ensemble average showed good performances of the models overall, as well as advantages of the ensemble in reproducing present day(1981–2000) December–February(DJF), June–August(JJA), and annual(ANN) mean temperature and precipitation. Significant warming was projected for the mid-21 st century, with larger values of temperature increase found in the northern part of China and in the cold seasons. The ensemble average changes of precipitation in DJF, JJA, and ANN were determined, and the uncertainties of the projected changes analyzed based on the consistencies of the simulations. It was concluded that the largest uncertainties in precipitation projection are in eastern China during the summer season(monsoon precipitation).     

Multi-year simulation of the East Asian Monsoon and Precipitation in China using a Regional Climate Model and Evaluation

1. Introduction As an important way to study the global climate change, because of its low resolution, GCM (general circulation model) shows obvious deficiency and uncer- tainty in capturing some regional features when used in the regional climate study, and the uncertainty is even serious in regional climate simulation over East Asia (Ding et al., 2000; Zhao and Luo, 1998; Qian et al., 1999). The high-resolution regional climate model (RegCM) developed in the 1980s can provide better simu…