淮河流域能量和水分循环研究进展

1998和1999年夏,中国与日本科学家合作在安徽省淮河流域进行了第一次大规模的能量与水循环试验（WCRP/GEWEX/GAME/HUBEX）,其重点是研究东亚梅雨锋系的多尺度,多系统结构、特征、生命史、发生发展机理及其引起洪涝灾害的原因。这是第一次中日合作的气象与水文联合观测试验,在此加强观测的基础上,双方进一步进行了长达5年的资料整理分析和科学研究工作,整个淮河流域能量与水循环试验与研究取得了全面和丰硕的成果。文中介绍了该计划所取得的主要成果,并以现在科学进展的视野重新评估这些成果的科学意义和不足,为进一步开展新的淮河与长江中下游梅雨科学联合试验提供经验和新的研究目标。      

淮河流域能量和水分循环观测系统及作用

淮河流域是中国南北气候重要的过渡带,气象灾害频繁发生。这里水网、农田、丘陵、山地、城镇密布,地-气作用复杂,干冷与暖湿空气时常交汇于此,造成局地或流域旱涝经常发生。淮河流域处于梅雨区,且是中国重要的农业生产基地,具有气象和水文综合观测系统,积累了长序列的气象和水文观测资料。因此,淮河流域是研究能量和水分循环的理想试验区。国家自然科学基金重大项目“淮河流域能量与水分循环试验和研究（HUaihe river Basin Experiment,简称HUBEX）”于1998、1999年夏在淮河流域开展了气象和水文联合观测试验。文中回顾了HUBEX试验的目的、观测网设计与布局,介绍了HUBEX推动下的淮河流域综合观测网的发展,总结了HUBEX观测试验对区域气候事件和暴雨等灾害性天气机理研究、提高模式模拟和预报能力及建立长期连续的气象观测数据集等方面的成果和作用。      

今夏气候异常为哪般

2013年夏,在天气的“舞台”上,高温成了最吸引眼球的“主角”,持续近两个月的高温热浪使我国南方大部分地区饱受炙烤,多地旱情严峻,河道断流,水库干涸。当季节转换,南方高温逐渐退出公众视野之时,东北地区的汛情又让人捏了把汗。嫩江、松花江和黑龙江干流水位持续超警戒水位,堤防长期高水位挡水,多地险情频发,防汛形势不容乐观。极端天气频发,2013年夏季的天气气候到底怎么了？     

MODIFIED MASS FLUX CUMULUS CONVECTIVE PARAMETERIZATION SCHEME AND ITS SIMULATION EXPERIMENT—PART Ⅰ:MASS FLUX SCHEME AND ITS SIMULATION OF THE 1991 FLOOD EVENT

Based on the existing cumulus convective parameterization schemes,a mass flux scheme(MFS)for cumulus convective parameterization has been successfully developed by reference to thework of Chen et al.(1996).The MFS is a comprehensive scheme.In MFS,not only theimportance of the large-scale moisture convergence is taken into account,but also it includes thecumulus updrafts and downdrafts,cumulus-induced subsidence in the environmental air.entrainment,detrainment and evaporation.The interaction between the cumulus and theenvironment is described by using a one-dimensional bulk model.At the same time the schemeincludes the penetrative and shallow convections.The MFS has been successfully incorporated into the regional climate model RegCM2developed by NCAR.The new model has been applied to simulate summer monsoon characteristicsand their variations of heavy rainfall process in the Changjiang-Huaihe River Basins for threemonths from May to July 1991.The results show that the new model can successfully simulate thisrainfall prolonged process.By comparising the model outputs of RegCM2.using the Kuo schemeand the MFS.it is found that the MFS is better in simulating the surface temperature,rainfallposition and amount,and rainfall duration.     

江南西部雨季降水区域特征及其受热带海洋海表温度异常的影响分析

本文分析了江南西部雨季特征,研究了热带太平洋、印度洋海表温度异常对这一区域雨季降水的影响,并初步分析了其影响因子。结果表明:(1)江南西部雨季开始时间早,持续时间长,是中国梅雨季的一个重要组成部分。它具有明显的年际、年代际变化特征,21世纪后,进入了一个少雨期。(2)前冬热带海洋海温异常是江南西部雨季降水丰枯的一个强信号。即:当赤道中东太平洋海温为正(负)距平、西太平洋及中东太平洋副热带地区为负(正)距平(这种海温异常主模态分别称为正(负)海温异常型),相应地,热带印度洋表现为北正(负)南负(正)的海温反相位型时,江南西部雨季全区降水偏多(少)的可能性大。(3)在正(负)海温异常年,4~6月,赤道印度洋盛行偏东(西)风异常,不易(容易)形成转向北的南风异常,印度季风弱(强);西太平洋近赤道地区为强劲的偏东(西)风异常,其北为反气旋(气旋)性距平环流,导致西太平洋副热带高压位置异常偏西(东),强度偏强(弱)状态,有利于(不利于)江南西部降水发生。(4)在正海温异常年,江南西部水汽主要来源于西太平洋,并在此区域形成水汽辐合,有利于降水;而在负海温异常年,来自两大洋的水汽均通过江南西部地区,此区域成为水汽过渡带,不易形成水汽辐合,降水偏少。     

STUDY OF RELATIONSHIP BETWEEN URBANIZATION SPEED AND CHANGE IN SPATIAL DISTRIBUTION OF RAINFALL OVER SHANGHAI

Using daily rainfall data of 11 observatory stations over Shanghai for the period 1960-2007,the spatial differences of rainfall over the Shanghai region during periods with slow and rapid urbanization respectively are investigated based on spatial standard deviation of rainfall and its relative variables.Results show that spatial differences increase with the acceleration of urbanization.Spatial distributions of annual rainfall and rainstorm frequency exhibit distinct urban ’rain-island’ features during the rapid period of urbanization(1960-1983) while it is opposite in the case of slow urbanization(1984-2007).Changes in the spatial distribution of annual rainfall trends also take place during different periods.Specifically,the variation of annual rainfall exhibits consistent trends over the Shanghai region in the slow urbanization periods.However,inconsistent spatial distribution of variations has taken place over the central districts and suburbs of Shanghai during the rapid urbanization stage.Since the speeding-up of urbanization,the annual rainfall amount over central districts of Shanghai tends to increase while that in the suburbs shows a decreasing trend.In addition,as far as different seasons are concerned,the speed of urbanization exerts insignificant influences on the spatial distribution of rainfall during winter and spring.On the contrary,the rainfall during summer and autumn(especially summer) is featured with an island effect during the rapid urbanization period.     

中国西部生态环境变化与对策建议

中国西部地区生态环境的历史演变过程与未来可能变化趋势是科学界面对的一大难题,正确认识西部地区生态环境的演变过程与变化趋势,是西部地区社会经济可持续发展必须面对的课题,是正确制定西部大开发战略方针的重要科学基础。依托中国科学院牵头完成的《中国西部环境演变评估》研究成果,介绍了中国西部地区生态环境演变的主要特征与基本事实,主要强调近50年来全球变暖与人类活动在西部生态环境演变中的重要作用;指出未来的气候与环境变化对西部地区的经济社会发展将产生重要影响;提出了西部地区生态保护与可持续发展的对策与建议,指出西部地区的生态建设必须综合治理、突出重点,特别强调要强化对西部地区的科学研究,为西部大开发服务。     

1998年夏季风爆发前后南海地区的水汽输送和水汽收支

利用NCEP逐日再分析资料、Micaps系统提供的气象观测资料及局地经向环流线性诊断模式，定量分析了2003年夏季东亚地区局地经向环流的演变情况。结果表明：(1)东亚地区夏季雨带的移动与局地经向环流的演变紧密联系。当淮河流域发生强降水时，在淮河流域上升和华南地区下沉的副热带季风环流圈尤为显著，该环流圈主要由潜热加热、热量垂直输送、温度平流和西风动量经向输送等物理因子所驱动；(2)潜热加热主要影响副热带季风环流上升支的强度，反映了梅雨锋对流系统的重要作用；(3)热量垂直输送、温度平流及西风动量经向输送则主要影响副热带季风环流上升支的北移，其中热量垂直输送、与强(弱)斜压槽活动有关的经向温度平流和涡动西风动量经向输送(纬向温度平流和平均西风动量经向输送)对上升支北移的作用在华南地区汛期后期(在其余夏季降水阶段)较突出。以上这些物理因子具有预报东亚地区局地经向环流演变和雨带移动的参考价值。     

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。     

亚洲—太平洋夏季风系统的基本模态特征分析

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有着显著的影响.整个亚洲—太平洋夏季风系统都处于高层辐散、低层辐合的庞大辐散环流中,从高层辐散中心流出的三支气流分别对推动印度夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风起着重要的作用,很好地表现了亚洲—太平洋夏季风系统的整体性特征.季风区多种气象要素的基本模态在年代际和年际尺度上都表现出较为一致的变化特征:年代际尺度上亚洲—太平洋夏季风系统整体呈现减弱趋势;年际尺度上存在准2年和准4年的两个周期,其中准2年振荡特征表现为若印度西南季风偏强,则印度季风雨带偏强偏北,导致印度大陆中北部地区降水偏多;同时,由于西太平洋副热带高压的北移和偏强的印度西南季风显著向东延伸,10°N~30°N范围内的西北太平洋地区则表现为异常的气旋性环流,而30°N~50°N之间为反气旋性环流异常,对应东亚夏季风偏强,季风雨带能够北推至我国华北地区.也就是说,当亚洲夏季风中某一季风子系统表现为异常偏强时,另一季风子系统在这一年中也将表现为异常偏强,反之亦然.准2年的振荡周期可能是亚洲—太平洋夏季风系统的一种固有振荡,它从年际尺度上反映了亚洲—太平洋夏季风受热带太平洋—印度洋海温的强迫表现出明显的整体一致特征.