中国区域水汽输送异常与长江流域旱涝的关系

The characteristics of water vapor transport (WVT) over China and its relationship with precipitation anomalies in the Yangtze River Basin (YRB) are analyzed by using the upper-air station data in China and ECMWF reanalysis data in summer from 1981 to 2002. The results indicate that the first mode of the vertically integrated WVT is significant whose spatial distribution presents water vapor convergence or divergence in the YRB. When the Western Pacific Subtropical High (WPSH) is strong and shifts southward and westward, the Indian Monsoon Low Pressure (IMLP) is weak, and the northern part of China stands behind the middle and high latitude trough, a large amount of water vapor from the Bay of Bengal (BOB), the South China Sea (SCS) and the western Pacific forms a strong and steady southwest WVT band and meets the strong cold water vapor from northern China in the YRB, thus it is likely to cause flood in the YRB. When WPSH is weak and shifts northward and eastward, IMLP is strong, and there is nearly straight west wind over the middle and high latitude, it is unfavorable for oceanic vapor extending to China and no steady and strong southwest WVT exists in the region south of the YRB. Meanwhile, the cold air from northern China is weak and can hardly be transported to the YRB. This brings on no obvious water vapor convergence, and then less precipitation in the YRB. Foundation: International Technology Cooperation Project of the Ministry of Science and Technology of China, No. 2007DFB20210; Application Technology Research and Development Project of Sichuan Province, No. 2008NG0009; Basic Research Foundation of Institute of Chengdu Plateau, China Meteorological Administration, No.BROP2000802 Author: Jiang Xingwen (1983–), specialized in the study of climate diagnosis.     

长江流域大气水汽输送

长江流域大气水汽输送和水分平衡等问题曾有过一些研究。由于当时条件的局限,仅利用个别年分的资料或利用几个年分夏季的资料对长江流域部分地区进行了计算     

西北地区东部夏季水汽输送特征及其与降水的关系

采用ERA Interim 再分析资料和160 站逐月站点降水资料,运用经验正交函数（EOF）分析、合成分析等方法揭示了西北东部3 个分区的水汽输送的区域气候特征、与降水EOF气候模态相对应的整层水汽输送特征以及降水偏多（少）年的水汽输送异常特征。结果表明：西北地区东部夏季经向水汽输送的大值区处于900 hPa~800 hPa 高度上;纬向水汽输送大值位于700 hPa~500 hPa 高度上。对西北东部降水做EOF 分析,第一模态为全区一致型,与降水相对应的西风影响区主要盛行西风水汽输送,季风边缘区的南部盛行西南风水汽输送;第二模态为东南-西北型,东风、东北风水汽输送流入西北东部地区;第三模态为东北－西南型,西风和西北风水汽输送将水汽带到西风影响区内。     

西北地区近50a降水变化及水汽输送特征

用NCEP/NCAR再分析资料和中国西北地区145个站的降水资料,研究了西北地区降水与亚洲季风区水汽输送特征的关系。主要结论为:①西北地区降水具有明显的区域性特征,在20世纪80年代以后,西北地区东部降水明显减少,干旱化趋势严重;在西北地区西部,降水增加,气候逐渐向暖湿型转变;②西北地区东部的水汽在夏季主要来自孟加拉湾、南海和西太平洋;西北地区西部除了受西风带的影响外,来自北方西伯利亚的水汽输送在夏季也有一定的作用;③西北地区东部的南边界和西边界是主要的水汽输入,西北地区西部的西边界是主要的水汽输入。在降水偏多年,其水汽输入在7月达到峰值,且具有明显的年变化特征;④西北地区东部的南边界和西边界水汽输入减少趋势明显,使得水汽总收支逐渐减少。西北地区西部西边界的水汽输入自80年代中期以来有增加的趋势,而北边界的输出在减少,水汽总收支有增加的趋势。     

孟加拉湾水汽输送异常对云南5月降水的影响

应用NCEP／NCAR的再分析资料，对云南5月降水异常的1997年和1999年进行对比分析，发现盂加拉湾水汽输送发生异常对云南5月降水有重要影响。结果表明：在5月少雨年，盂加拉湾、中南半岛及云南OLR场呈正距平分布，200hPa南亚高压和850hPa盂加拉湾低压偏弱，盂加拉湾南支槽偏弱，此时盂加拉湾水汽输送偏弱；在5月多雨年，盂加拉湾、中南半岛及云南OLR场呈负距平分布，200hPa南亚高压和850hPa盂加拉湾低压偏强，盂加拉湾南支槽偏强，此时盂加拉湾水汽输送偏强。并且盂加拉湾水汽输送异常与ElNino事件或LaNina事件密切相关。     

青藏高原水汽输送路径的探讨

青藏高原的水汽主要来源于印度洋,其水汽输送路径可分为东西两条,东线为印度洋暖湿气流自孟加拉湾沿布拉马普特拉河、雅鲁藏布江(或横断山三江河谷)伸入高原北部边缘地带,为念青唐古拉山冰川发育提供物质基础,另一支西线来自印度洋阿拉伯海,其输送路线因季节不同而有差异,云团或自印度半岛腾空跨入高原,或自印巴次大陆经帕米尔高原沿南疆盆地南縁进入西藏阿里,为西喜马拉雅山、喀喇昆仑山和昆仑山丰厚的冰川积累起着重要作用。     

北极水汽输送的时空分布特征研究

水汽输送可以通过直接或间接的方式影响北极地区(60°N—90°N)的水文、辐射和动力等气候因子。了解水汽输送的分布和变化特征,对研究北极气候变化具有重要意义。本文基于ERA5、JRA-55和MERRA-2再分析资料,分析了1980—2018年沿70°N水汽通量的水平分布、垂直分布和月平均分布,以及北极地区整层水汽通量在不同季节的变化特征和线性趋势。基于三种再分析资料的分析结果均表明,沿70°N的水汽输送在东北极主要为向北,在西北极为向南和向北相间分布且相对于东北极更活跃;沿70°N的向北水汽输送在垂直方向上的900hPa高度附近较为强烈。此外,沿70°N的向北水汽输送通量平均高于向南,说明了北极地区整体体现为水汽汇入地。北极地区的向北水汽输送在夏秋季比冬春季节更活跃,且夏秋季的水汽通量在向北水汽输送通道附近和北大西洋区域的增速更为明显。对沿70°N的水汽入侵的时间变化和水平分布结果进行分析后发现,水汽入侵主要发生在向北水汽输送通道附近,且水汽入侵受比湿的影响比经向风更大,这使得水汽入侵的年平均次数在2008年之后出现剧烈波动。整体上,相比ERA5和JRA-55, MERRA-2与IGR...     

西北地区大气水汽含量时空分布及其输送研究

利用ECMWF和NCEP/NCAR 1979-2016年逐月再分析资料,分析了我国西北地区大气水汽含量的时空分布及其输送特征。结果表明：（1）西北地区水汽含量在20世纪80年代中期至90年代末呈增多趋势,从90年代开始至21世纪初呈减少趋势。就季节而言,西北地区夏季水汽含量最多,占年平均水汽含量的46.6%。（2）西北地区水汽分布与降水分布具有一致性,水汽含量主要集中在西北地区东部及其西部的天山山脉、塔里木盆地东部一带,达12～30 mm,中部水汽含量较少,不足10 mm,水汽含量的空间分布呈现出“两边高中间低”的分布形式。（3）西北地区水汽输送以西风和季风两大环流系统为主,纬向西风水汽输送可达100～500 kg·m^-1·s^-1,在全年水汽输送中占主要地位,夏季从印度洋来的强度可达100～200 kg·m^-1·s^-1的西南季风水汽输送对西北地区东部影响较显著。（4）西北地区水汽源主要位于新疆天山山脉、青海中东部、甘肃河西走廊中西段、宁夏和陕西北部等地区,而水汽汇则位于甘肃南部、陕西南部一带。     

东北地区大气水汽输送和收支

利用1948-2006年NCEP逐日再分析资料(纬向风速、经向风速和比湿),计算了东北地区大气水汽输送和收支及其年代际变化.东北地区大气水汽输送主要集中在夏季.夏季水汽输送主要以西南风和南风为主,影响水汽输送的两个主要天气系统是西北太平洋副热带高压和东北冷涡.分析水汽通量散度的计算值,发现东北地区是明显的水汽汇集区.东北地区水汽输送和收支有明显的年际变化,并存在13-18 a周期的年代际变化特征.目前,东北地区处于大气水汽净收入低值时期,水汽输送和收支减少的趋势与21世纪以来东北地区连续出现的干旱有着密切的联系.     

夏半年青藏高原“湿池”的水汽分布及水汽输送特征

采用1948-2007年共计60年的NCEP/NCAR再分析资料.计算了夏半年(4-9月)青藏高原大气中的可降水量、水汽输送通量和水汽输送通量散度,分析了夏半年青藏高原可降水量的分布和变化特征,青藏高原及其附近的水汽输送.结果表明:在对流层中层的青藏高原上空,夏季是一个明显的大气水汽含量高中心,"湿池"特征非常显著,湿池主要有三个大的可降水量中心,即高原的西南部、东南部和高原南侧.4-9月,高原上的可降水量变化很大,高原的增湿的速度小于减湿的速度.水汽进人高原主要通过三条水汽通道,即西风带水汽输送通道、印度洋-孟别拉湾水汽通道和南海-孟加托湾水汽通道.水汽主要在高原西南侧、喜马拉雅山中段和高原东南侧进入高原.     

Water vapor transport over China and its relationship with drought and flood in Yangtze River Basin

The characteristics of water vapor transport (WVT) over China and its relationship with precipitation anomalies in the Yangtze River Basin (YRB) are analyzed by using the upper-air station data in China and ECMWF reanalysis data in summer from 1981 to 2002. The results indicate that the first mode of the vertically integrated WVT is significant whose spatial distribution presents water vapor convergence or divergence in the YRB. When the Western Pacific Subtropical High (WPSH) is strong and shifts southward and westward, the Indian Monsoon Low Pressure (IMLP) is weak, and the northern part of China stands behind the middle and high latitude trough, a large amount of water vapor from the Bay of Bengal (BOB), the South China Sea (SCS) and the western Pacific forms a strong and steady southwest WVT band and meets the strong cold water vapor from northern China in the YRB, thus it is likely to cause flood in the YRB. When WPSH is weak and shifts northward and eastward, IMLP is strong, and there is nearly straight west wind over the middle and high latitude, it is unfavorable for oceanic vapor extending to China and no steady and strong southwest WVT exists in the region south of the YRB. Meanwhile, the cold air from northern China is weak and can hardly be transported to the YRB. This brings on no obvious water vapor convergence, and then less precipitation in the YRB.     

伊犁河流域水汽含量时空变化及其和降水量的关系

利用1976-2006年伊宁探空站的实测资料计算了逐月水汽含量,结合地面水汽压建立适合于伊犁河流域的W-e模型,结合DEM重建了1961-2009年伊犁河流域的月均水汽含量,利用EOF和交叉谱方法分析水汽含量和降水量的时空分布特征,并分析夏季干湿年、典型强降水过程中水汽输送特征。结果表明：大气水汽含量在空间分布上表现为西部多于东部、平原多于山地、迎风坡大于背风坡,下游平原及上游河谷地带是高值区,水汽含量在13～15 mm,这与地形和绿洲城镇的分布有关;在850 hPa至700 hPa的高度上存在一个最大水汽含量带,对应海拔约2 000 m。水汽含量年代际变化呈上升趋势,夏季增加明显（0.48 mm/10a）。降水量和水汽含量标准化场EOF分解表明两者的时空分布极为相似,存在气候振动的一致性和河谷南北相反的分布型式。雨季水汽含量源地以热带海洋为主,同时也受北冰洋为源地的西北向水汽输送的影响。     

长江南京段历史洪水位追溯

沿长江南岸幕府山、燕子矶岸段的石灰岩崖壁上,保留着数道受江水浸淹形成的色深且具有溶蚀孔隙的水平印痕,沿江一线分布。在采石矶岸段的岩壁上也存在着高程大致相当的水位痕迹,反映出是保存在长江南岸岩壁上的区域性洪水位遗迹。经查阅现代水文记录与历史文献,分析对比区域地貌与沉积地层,初步论定：高出长江江面5~6 m,高程分别为8.5 m和9.5 m的第一道和第二道水位遗迹是与现代长江洪水位相当的古洪水位遗迹,目前虽然已脱离长江江面,但现代长江洪水仍可达到此高度,其重现期为10~50年;高程为10.5 m的第三道水位遗迹较南京有文字记载的百年一遇特大洪水位仍高出0.3 m,相当于南京地区100~200年一遇的大洪水水位,由此印证长江南京段防洪堤高度合适;而最高的一道古水位遗迹高程为12.8 m,可能相当于全新世高海面时的洪水位。     

近40年来塔里木河流域旱涝的气候变化

以Mann-Kendall检验、z指数变换、最大熵谱和气候趋势系数方法分析塔里木河流域降水突变、旱涝等级、旱涝周期与趋势的时空变化。结果表明:近40年来,流域各段的降水量都有增加的趋势,且存在突变,从源流区至下游突变时间依次提前;20世纪60年代流域干旱多,旱情较重;70~80年代中期属于转换期,出现旱情和涝情较重;80年代后期以后干旱明显减少,雨涝居多,涝情重;90年代中期以来,下游趋势与其余区域不同;准3年周期是流域各段最重要的变化周期。近40年来,上游变湿显著,源流区和中游不显著,下游有微弱变湿趋势;NAO对中上游旱涝影响显著,对全流域影响较大。     

长江中游田家镇深槽的特征及其泄洪影响

长江中游田家镇附近江面最狭处仅650 m, 江底最深处低于黄海基准面以下-90 m, 是长江干流河床突出的最低所在, 距离长江口900 km。通过实地地质地貌调查揭示田家镇深槽形成及其对洪水的渲泄有何影响。 根据地质、水文、地形和直接考察资料, 卡口深槽段长8 km, 系长江自NW-SE斜切过一排强烈褶曲的三叠系厚层石灰岩山地而成, 3个临江石灰岩小山所成矶头导致江流方向变化与流速加速, 以至形成多处涡流, 向江底侵蚀, 而褶皱的石灰岩抗拒侵蚀、溶蚀能力很低, 因而导致远低于海平面深槽的形成, 估计卡口深槽是从中更新世红色风化壳发育的和缓起伏的地面上叠置下来, 已有以10万年年计的长远历史。近数十年多次实测资料比较, 侵蚀淤积有小量变化, 但河床基本稳定。对正常的中、枯水位江流运行没有影响, 但对超过50 000~60 000 m³/s洪水的排泄则有明显的壅阻作用。     

长江流域径流量变化过程及其对ENSO和PDO的响应

根据宜昌站、汉口站和大通站的径流量数据,运用M-K检验和小波分析等方法,对1900年以来长江流域径流量的趋势和周期变化进行分析,探究径流量变化对厄尔尼诺?南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）的响应。结果表明：1900 年以来长江流域径流量呈显著的减少趋势,并具有2~8 a的年际周期变化和14~17 a的年代际周期变化。流域径流量与ENSO具有相同的2~8 a周期变化,在El Ni?o发生期,径流量较低,在La Ni?a发生期,径流量较高。14~17 a的周期变化与PDO相关,在暖位相期径流量偏少,在冷位相期径流量偏多。PDO影响着ENSO和径流量之间的相关性,在暖位相期,El Ni?o对径流量的影响增强,在冷位相期,La Ni?a对径流量的影响增强。因此,在分析和预测流域径流量长时间尺度上的变化时要综合考虑ENSO和PDO的影响。     

青藏高原夏季上空水汽含量演变特征及其与降水的关系

利用青藏高原(以下简称高原) 近30 年(1979-2008 年) 14 个探空站的温度和湿度观测资料以及83 个地面台站的月平均降水资料,分析了高原夏季上空水汽含量与地面降水的联系以及高原地区的降水转化率问题。结果表明：1) 高原夏季水汽含量在空间分布上表现出随海拔高度增高而减少的特征,其中东北部为最大值,东南部为次大值,而西北部为最小值。夏季降水整体上由东南向西北递减;2) EOF分解表明,高原夏季水汽含量存在两种主要的空间分布型：即全区一致变化型和南北反向变化型,其中以唐古拉山脉北侧为界呈现出的水汽含量南北反向型与降水的第一特征向量场表现出的南北反向型在空间分布上十分相似;3) 在年际变化上,高原夏季水汽含量的南北反向型与降水的南北反向型之间存在较一致的对应关系：即水汽含量出现南多北少时,高原南部降水普遍偏多而北部降水普遍偏少,反之亦然;4) 高原夏季平均降水转化率在3%~38%之间,其空间差异非常明显,高原南部降水转化率明显大于北部地区。     

塔里木盆地水汽含量的计算与特征分析

利用1976-2009 年塔里木盆地的和田、库车、若羌、喀什和民丰5 个探空站的实测资料计算了逐月平均水汽含量,并建立了与地面水汽压的关系式;利用这种关系式计算了盆地及周边地区28 个站水汽含量,进行了EOF分解,得出了水汽分布形式;分析了地表水汽压随高度的变化;对在盆地腹地及周边地区进行的GPS观测资料进行了水汽含量的反演,并与探空计算值进行了对比。结果表明：盆地内水汽含量有两个高值区,主要分布在盆地西部和北部的边缘地带,中心水汽含量在13~14 mm,均位于塔里木河干流、叶尔羌河流域、阿克苏河支流周围的绿洲地区。塔克拉玛干沙漠腹地是水汽的低值区中心,水汽含量仅为7~8 mm,塔中是所有站中水汽量最少的,由中心向外逐渐增加,在环塔里木盆地的西部、北部绿洲区达到最高,然后由于海拔高度的影响又逐渐减小。塔里木盆地地基GPS反演水汽数据与探空计算值存在良好的线性关系。