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。     

基于WOFOST模型的辽西地区典型旱年不同播期玉米干旱损失评估

针对干旱灾害频发的辽西地区,以春玉米为研究对象,选取WOFOST作物模型,利用干旱胁迫控制试验数据、田间试验数据和气象数据驱动模型,进行典型旱年的模型适用性及不同播期的干旱损失评估研究。结果表明：经过参数校准后的WOFOST模型能够较好的模拟辽西地区典型旱年春玉米产量及损失。辽西地区不同播期受干旱的影响程度不同,因旱减产风险随播期推迟而减小,2015年(中旱)干旱导致的平均减产率可达59%—61%,2018年(轻旱)可达20%—39%,2020年(中旱)可达36%—62%。不同生育期内干旱对产量的影响程度不同,总体上拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期持续重旱对产量的影响最大,其次是抽雄期—乳熟期、拔节期—抽雄期。玉米各生育期受干旱影响程度,朝阳站最大,其次是黑山站和阜新站。辽西地区在旱年,拔节期—抽雄期发生中旱和重旱风险随播期推迟而增加,抽雄期—乳熟期发生中旱和重旱风险随播期推迟而减少,当拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期连续发生重旱,干旱灾损程度随播期推迟而加重,减产率可高达46%—84%。     

《王文韶日记》记载的1867-1872年武汉和长沙地区梅雨特征

根据清代王文韶所著《王文韶日记》中湖北武汉和湖南长沙地区的夏季天气气候记录，重建了1867-1872年夏季武汉和长沙地区的降水序列，并确定其梅雨期的入梅和出梅时间。以此为依据，对上述年份梅雨进行分类，同时与地方志等历史文献进行对比，指出1867年与1872年是典型的梅雨年份，降水相对适中。1868年虽然划作空梅，但可能是非典型梅雨，降水适中或偏多。1869年则是丰梅，降水异常偏多。1870年为早梅雨，夏季降水相对适中。1871年梅雨期偏短，降水偏少，形成旱灾。由此发现，天气日记可以很好地用来复原历史时期梅雨等较长尺度的天气过程， 如对日记进行系统整理，则能更准确地分析梅雨带的年际-年代际的变化过程和区域差异。     

2005年夏季的主要天气及其环流分析

简要讨论了2005年夏季的主要天气过程和形势。2005年夏季全国大部分地区降雨量接近常年同期或偏多,特别是新疆地区降雨异常偏多,华南地区出现严重洪涝,而长江流域出现了空梅。造成6月华南地区强降雨的影响天气系统为切变线和地面静止锋,主要为从东北和西北来的冷空气与暖湿气流交汇于华南地区而形成。2005年与1994、1998年环流的对比表明,1998年西南季风强度比1994、2005年都要弱,但2005年梅雨期东阻位置在贝加尔湖东侧,比1998年的鄂霍次克阻高偏西,中纬度地区多小槽活动,贝加尔湖地区没有长波槽建立,中高层西风急流带偏北大约10个纬度,低层西南风急流也偏北,有利于北方降水的发生。2005年夏季登陆我国的台风偏多,强度较强,这是又一特点。华北地区的暴雨过程多与登陆或西太平洋上活动的台风有关;东北地区多低涡活动。与2004年对比,2005年华北地区的高温日数偏多,而且出现持续闷热天气,江南部分地区的高温天数也偏多。     

义乌市降水变化特征分析

根据历史和实测资料的统计分析,得到义乌市的降水变化特征。结果表明：丰水期义乌市的涝年偏多,旱年偏少,而枯水期则旱年偏多,涝年偏少。厄尔尼诺事件的当年或翌年,义乌市的降水显著偏多,而拉尼娜事件的当年或翌年,义乌市的降水则显著偏少。丰水期平均入梅日偏早,平均出梅日偏晚,平均梅雨日数偏长,平均梅雨量偏多,而在枯水期则反之。义乌市6月6—15日入梅的可能性最大,出梅日期的时间分布相对比较分散,其集中期的发生规律不如入梅集中期明显。厄尔尼诺事件的当年或翌年,义乌市的出梅日偏晚,而拉尼娜事件的当年或翌年,义乌市的出梅日偏早。研究结果可为水库源区雨季的人工增雨作业提供科学依据。     

1999年梅雨锋系结构特征的模拟诊断

通过中尺度模式MM5对1999年江淮流域一次梅雨锋暴雨过程的数值模拟,利用高分辨率模拟资料,诊断了江淮地区梅雨锋系的双锋结构特征及相应的大气相当位温、位温和湿度(比湿)分布特征.结果表明,大气位温梯度和湿度梯度均对江淮梅雨锋系双锋结构中相应的两个相当位温梯度大值带的存在有着重要贡献,而湿度梯度的贡献更大.进而从理论上推导了大气湿度梯度倾向方程,指出大气湿度梯度的变化与平流效应、散度效应、水平或垂直涡管(次级环流)效应以及水汽源汇的梯度有关;利用中尺度模拟资料对湿度梯度倾向方程的经向分量进行了简单的方程诊断,模拟时段平均的诊断分析表明,大气经向湿度梯度绝对值的变化主要同散度效应、与水平涡管相关的次级环流效应以及水汽源汇效应相关.由于水汽源汇是由与水汽相关的相变过程造成,与云物理过程的发展和演变直接相关,因此,大气湿度梯度的演变与云物理过程,并进而与云或降水系统的分布、发展和演变相关.梅雨锋系的存在为其附近暴雨中尺度系统的发展提供了有利的环境条件,起到一定的组织或控制作用;反过来,暴雨系统的发展、降水云系的发展和演变,又通过改变大气温、湿状况,对梅雨锋系产生影响.     

湖北一次梅雨大暴雨分析

应用加密探空资料、NCEP再分析资料与自动气象站雨量资料,分析2009年6月29日湖北梅雨大暴雨。结果表明:暴雨期间700hPa江淮较长切变线维持准纬向特性,850hPa低空急流北上到江南北部。700hPa鄂西北等地准东西走向θse锋区有所加强并南移,湖北暴雨区位于θse锋区南侧且θse数值有所增加的地区。垂直积分水汽辐合大值区与强降雨带位置对应比较好,且整层水汽辐合比强降雨发生要早6h以上。恩施、武汉两站暴雨发生除了受低层切变线等较大尺度系统影响外,局地气象要素配合也很重要,尤其是低层较为充足的水汽是降雨维持的条件。当高层低槽移过,高、中层之间出现水平风垂直切变后恩施降雨明显加强。武汉站前期高层或中层干空气向下伸展,中、低层不稳定层结加强后降雨发展,其最强降雨和低层冷式切变线过境同时发生。     

典型南涝（旱）北旱（涝）梅雨大气环流特征差异及动力诊断分析

利用NCEP逐日再分析资料,采用合成分析和动力诊断方法比较研究了典型南涝(旱)北旱(涝)梅雨大气环流特征差异,逐一考察了近20种物理量对其主雨带位置的诊断识别能力.结果表明:典型南涝(旱)北旱(涝)梅雨极涡偏强(弱),亚欧中高纬槽脊振幅较大(小),中纬度110°E～150°E地区位势高度明显偏低(高),冷空气势力偏强(...     

长江下游梅雨期低涡统计分析

应用1998—2005年长江下游地区常规观测资料,结合卫星云图和中尺度数值模拟结果,对该时段发生在长江下游的局地生成中尺度低涡活动进行统计,并对低涡生成大尺度环境场及物理量参数进行合成诊断分析,为长江中下游地区梅雨期暴雨预报提供实际参考。结果表明：长江下游地区中尺度低涡主要形成于大别山山脉及山脉两侧的高能高湿的环境条件中,槽前的正涡度平流输送是低涡形成的必要条件之一。长江下游地区中尺度低涡一般存在于700 hPa以下的对流层低层,水平尺度普遍在400 km之内,形成后沿东北方向移动,在山东北部沿海入海,或沿东南方向移动在江苏南部到浙江北部沿海入海,在陆地上的生命期一般小于48 h,但70%以上的低涡都在长江下游地区触发中尺度对流系统发展而产生暴雨。暴雨区主要发生在低涡的南侧或东南侧,高低层急流配置、低层水汽输送和地形条件对低涡暴雨的触发具有重要作用。