Observational and Modeling Studies of Impacts of the South China Sea Monsoon on the Monsoon Rainfall in the Middle-Lower Reaches of the Yangtze River During Summer

Based on the ERA-40 and NCEP/NCAR reanalysis data,the NOAA Climate Prediction Center’s merged analysis of precipitation(CMAP),and the fifth-generation PSU/NCAR Mesoscale Model version 3(MM5v3),we defined a monsoon intensity index over the East Asian tropical region and analyzed the impacts of summer(June-July) South China Sea(SCS) monsoon anomaly on monsoon precipitation over the middle-lower reaches of the Yangtze River(MLRYR) using both observational data analysis and numerical simulation methods.The results from the data analysis show that the interannual variations of the tropical monsoon over the SCS are negatively correlated with the southwesterly winds and precipitation over the MLRYR during June-July.Corresponding to stronger(weaker) tropical monsoon and precipitation,the southwesterly winds are weaker(stronger) over the MLRYR,with less(more) local precipitation.The simulation results further exhibit that when changing the SCS monsoon intensity,there are significant variations of monsoon and precipitation over the MLRYR.The simulated anomalies generally consist with the observations,which verifies the impact of the tropical monsoon on the monsoon precipitation over the MLRYR.This impact might be supported by certain physical processes.Moreover,when the tropical summer monsoon is stronger,the tropical anomalous westerly winds and positive precipitation anomalies usually maintain in the tropics and do not move northward into the MLRYR,hence the transport of water vapor toward southern China is weakened and the southwest flow and precipitation over southern China are also attenuated.On the other hand,the strengthened tropical monsoon may result in the weakening and southward shift of the western Pacific subtropical high through self-adjustment of the atmospheric circulation,leading to the weakening of the monsoon flows and precipitation over the MLRYR.     

2011年7月七大江河流域气候特点及降水异常成因分析

利用国家气候中心723站降水和气温资料、JRA-25和NCEP/NCAR I再分析资料数据集、NOAA气候预测中心海温资料等,采用线性趋势、动力诊断、相关分析、小波分析等方法,开展2011年7月我国七大江河流域气候特点及其变化特征研究,揭示长江流域主汛期降水异常的可能机理。结果表明：2011年7月七大江河流域降水量总体偏少,长江流域降水属异常偏少;流域气温持续气候变暖特征,以松嫩流域异常偏暖最为显著。降水变化线性趋势显示：珠江流域和长江流域为线性增加型;淮河流域为基本不变型;辽河流域、海河流域、黄河流域和松嫩流域为线性减少型。但降水具有显著年际变化外,长江流域、淮河流域、海河流域、黄河流域等具有显著年代际变化周期。2011年7月长江流域降水异常偏少的主要原因：大气对赤道中东太平洋外强迫的响应持续着La Nina的形态;副热带高压异常活动与东亚南风环流强度指数偏弱;长江流域整层水汽收支显著亏损,降水效率低。     

亚洲副热带高空西风急流活动的气候特征及其与我国部分地区夏季降水的关系

利用1948-2008年NCEP/NCAR再分析风速资料,分析了亚洲副热带200hPa西风带急流(下称西风急流)时空变化的气候特征及其与我国江淮流域梅雨期降水和新疆夏季降水的关系。结果表明:(1)由冬入夏时,西风急流轴由30°N左右北进到45°N左右,中间有两次明显的快速北进,分别发生在4月和6～7月;由夏入冬时,急流轴再由45°N左右南撤至30°N附近。急流轴在北进过程中以90°E处出现最早,也最明显。(2)一年之中,西风急流中心主要位于西太平洋上空140°E处,只有两个月左右的时间停留在亚洲大陆上空。急流中心在6月中旬开始迅速西移,6月下旬移至江淮流域上空,7月底到达新疆天山地区上空,8～9月东退至冬季平均位置140°E左右。(3)江淮流域梅雨期的降水量与西风急流的位置有一定相关关系。若某年1月急流中心异常偏西,4～5月急流轴又异常偏南,则该年可能为丰梅年,江淮地区易出现暴雨洪涝灾害;否则相反。(4)盛夏季节新疆上空急流的强度及纬度位置与新疆降水也有一定关系。若某年4月中旬～5月下旬新疆和中亚地区西风急流轴明显偏北,该年夏季急流轴又偏南,且急流偏强,则新疆多雨;否则相反。     

下垫面对WRF模式模拟黑河流域区域气候精度影响研究

利用高精度的土地覆盖、土壤质地类型和地形高度值替换了天气研究和预报模式Weather Research and Forecasting Model(WRF)中的相关数据,通过数值模式试验检验了下垫面数据对WRF模拟精度的影响。同时,通过与黑河综合遥感联合试验中7个测站观测数据的比较,以平均误差、均方根误差和相关系数为指标,分析了WRF模式下垫面数据改变对近地表气象要素的模拟精度的影响。结果表明:(1)WRF模式本身的地形高度信息在黑河流域上游地区有较大误差,造成了一定的模拟误差。而使用高精度的下垫面数据可以提高WRF模式在黑河流域上游复杂区域的模拟能力;(2)2m气温除了随地形高度递减外,还受土壤质地和土地覆盖小幅度影响,而且进行地形订正后的2m气温与2m湿度的模拟在下垫面为水体的区域对比强烈,因此为模式提供准确的水体分布信息也至关重要;(3)2m气温和湿度等要素的模拟差异值与地形高度资料的差异呈负相关,而降雨量的差异与地形高度差异呈微弱的正相关,与土壤质地差异和土地覆盖差异的相关性也比较弱。     

黄河流域冬、夏季水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料,对黄河流域1月和7月多年平均及旱、涝年整层积分的水汽通量、辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明,1月黄河流域无明显的水汽输送,而7月水汽沿西南、东南及西北3条路径输送,前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、下游区,而上游区水汽流入较小;旱年,黄河中、上游区均无明显的水汽输送,只有下游的小范围地区受西南气流影响。各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应,而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源;涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月,西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出,各区均为水汽净辐散,不利于降水;7月,大量的水汽主要来自西边界和南边界,涝年各区均为水汽盈余,多年平均也以净辐合为主,而旱年则以水汽亏损为主。     

近50年气候变化对滦河上游径流的影响

为了解近50年滦河上游气温和降水气候的变化特征、趋势及其对该流域径流量的影响,利用1956-2009年滦河上游的实测气温、降水量和径流深资料,分析了该流域气温、降水和径流深的年均和季度变化的时间序列,并建立了该流域气候变化对径流影响的复相关回归模型。结果表明,年径流深随着年降水量的减少而减少,随着年平均气温的升高而减少;春、夏和秋季的径流深随着同期降水量和气温的变化趋势与年际变化趋势基本一致,但冬季径流深则相反,而且其变化幅度非常小。     

多模式集合预估21世纪淮河流域气候变化情景

利用政府间气候变化委员会第四次评估报告(the Fourth Assessment Report of the Intergov-ernmental Panel on Climate Change,IPCC AR4)的14个全球气候耦合模式对中国淮河流域气温和降水的模拟能力进行了评估,预估了该地区21世纪的降水和气温变化。同时,还分析了14个气候模式对1961-1999年气温和降水的模拟能力,并且根据Taylor方法选取具有较好模拟能力的模式做集合分析。结果表明,不同的气候模式对淮河流域的气温和降水都具有一定的模拟能力,但大多数模式模拟的气温偏低、降水偏多;选取的模式集合可以明显改善模式的模拟能力,但是没有表现出明显的优势。对淮河流域降水和气温未来情景的预估表明,各模式给出的情景结果尽管存在一定的差异,但模拟的21世纪气候变化的趋势基本一致,即气温持续增加,降水出现区域性增加;还重点分析了14个模式集合的结果在2010-2039年、2040-2069年和2070-2099年3个时段的年平均、季节平均降水和气温变化及其时空变化特征,结果表明,3个时段的气温和降水在不同情景下都是逐渐增加的,A2情景下增幅最显著,B1情景下增幅最小。     

近50年疏勒河流域山区的气候变化及其对出山径流的影响

利用祁连山区水文站和气象站的观测数据,分析了近50年河西走廊西部疏勒河流域山区的气候变化及其对出山径流的影响。结果表明,受全球变暖的影响,疏勒河山区气候持续向暖湿转化,且各季气温均呈持续的上升趋势,山区降水量总体上亦呈增加趋势,年际波动比较剧烈。在各季降水量中,除夏季外其他各季降水量的增加比较显著,海拔3 000m以上中高山地带夏季降水量变化不大,3 000m以下中低山地带夏季降水量略有减少。受山区降水,尤其是3 000m以下中低山地带的降水量显著增加与气温上升所引起的冰雪融水补给的影响,疏勒河出山径流呈持续的增加趋势。由于夏季降水量并未增加,在年径流总量中所占比重最大的夏季径流量的增加主要是由于气温上升所引起的冰雪融水补给的增加所致。     

基于统计降尺度模型的江淮流域极端气候的模拟与预估

利用江淮流域29个代表站点1961--2000年逐日最高温度、最低温度和逐日降水资料,以及NCEP逐日大尺度环流场资料,引入基于多元线性回归与随机天气发生器相结合的统计降尺度模型SDSM（statistical downscalingmodel）,通过对每个站点建模,确立SDSM参数,并将该模型应用于SRESA2排放情景下HadCM3和cGcM3模式,得到了江淮流域各代表台站21世纪的逐日最高、最低温度和降水序列以及热浪、霜冻、强降水等极端气候指数。结果表明,当前气候下,统计降尺度方法模拟的极端温度指数与观测值有很好的一致性,能有效纠正耦合模式的“冷偏差”,如SDSM对江淮平均的冬季最高、最低温度的模拟偏差较CGCM3模式分别减少3℃和4．5℃。对于极端降水则能显著纠正耦合模式模拟的降水强度偏低的问题,如CGCM3对江淮流域夏季降水强度的模拟偏差为-60．6％,但降尺度后SDSM—CGCM3的偏差仅为-6％,说明降尺度模型SDSM的确有“增加值”的作用。21世纪末期在未来SRESA2情景下,对于极端温度,无论Had．CM3还是CGCM3模式驱动统计模型,江淮流域所有代表台站,各个季节的最高、最低温度都显著增加,且以夏季最为显著,增幅在2—4℃;与之相应霜冻天数将大幅减少,热浪天数大幅增多,各站点冬季霜冻天数减少幅度为5—25d,夏季热浪天数增加幅度为4～14d;对于极端降水指数,在两个不同耦合模式HadCM3和CGCM3驱动下的变化尤其是变化幅度的一致性比温度差,但大部分站点各个季节极端强降水事件将增多,强度增强,SDSM—HadCM3和SDSM-CGCM3预估的夏季极端降水贡献率将分别增加26％和27％。     

黄河三角洲退化湿地植被与土壤的恢复研究

以黄河三角洲退化湿地人工引水恢复区为研究对象,采用野外植被调查、土壤采样结合室内实验方法,对植被的种类、密度、盖度、频度和重要值以及土壤含水量、pH值、有机质、全氮以及全磷等指标进行分析,旨在探讨人工引水恢复工程对黄河三角洲退化湿地所产生的生态效应。结果表明：随着水分条件的改善,恢复区植被呈现出正向演替;恢复区土壤含水量明显高于未恢复区,pH值则明显降低,土壤有机质含量高于未恢复区,土壤全氮、全磷含量变化不大。可见,引水恢复工程已经使退化湿地的生态环境得到了一定程度的改善,淡水资源仍是制约退化湿地恢复的关键因素。