东部型、中部型ENSO影响长江流域降水的调查与分析

本文通过调查1951-2007年发生的多次ENSO事件的太平洋海表面温度变化情况将其分为四种类型,分析这四种事件在不同阶段的夏季环流形势和850h Pa风场,从而讨论西太平洋副热带高压(以下简称副高)和夏季风对长江流域夏季降水情况的影响,结果表明:不同类型的El Ni?o和La Ni?a事件与夏季副高强度、西伸脊点以及脊线位置关系密切,且影响夏季风的强弱变化。东部型El Ni?o主要是副高的变化影响降水,而中部型事件则是通过风场响应来影响降水的变化,且两类事件中雨带都有从长江以北到长江中下游偏南地区的移动过程;东部型La Ni?a时期副高显著减弱东退,使长江流域降水量减少,中部型La Ni?a在发展年因为副高脊线北抬,长江以北出现雨带,在消退年因为副高有北抬且长江中下游有偏南风的风速辐合带,东南地区偏南风加强,有两个雨带分别位于黄河-长江中下游和长江以南。     

2015/2016年海洋和大气环流异常对中国夏季降水的影响

利用1981年1月-2016年8月中国160个气象站降水量资料和NCEP/NCAR资料,对比分析了2015/2016年的主要海洋和大气环流异常及其对夏季降水的影响。结果表明：1）2015和2016年夏季降水异常分布有着明显的差异。2015年夏季降水呈南多北少特点;2016年夏季降水明显增多,尤其是北方地区,且呈现经向型分布。2）热带印度洋-太平洋海温状况监测显示,2015年海温异常表现为El Niño发展年、热带印度洋全区一致模态海温偏暖、印度洋偶极子正位相;2016年海温异常表现为El Niño结束年、热带印度洋全区一致模态海温偏暖、印度洋偶极子负位相。3）2015年,受热带印度洋-太平洋海温异常影响,使得夏季西太平洋副高偏强、偏南,再配合中高纬冷空气活跃,西风急流轴位置偏南,导致我国降水北少南多。4）2016年,受El Niño衰减、印度洋偶极子负位相影响,副高偏北;叠加印度洋海温偏暖的“充电器”效应,副高偏强;同时冷空气偏北偏弱,西风急流轴位置偏北,导致长江中下游及以北区域降水偏多。     

地球系统模式CESM模拟的ENSO变率与中国东部降水格局

根据地球系统模式（CESM）的千年控制模拟试验结果,以Niño3.4区的逐月海表温度变化为指标,辨识了212次El Niño事件、226次La Niña事件;分析了El Niño和La Niña事件发生当年及次年中国东部5-9月降水异常的空间格局;探讨了ENSO与华北、江淮、江南和华南4个区域旱涝的关系。结果表明：El Niño事件发生的当年5-9月,华北和华南地区降水减少2%~10%,长江中下游地区降水略有增加（0~2%）;次年,江南地区转为降水增加（2%~10%）,华北北部降水继续减少。在La Niña事件发生的当年,华北地区降水偏多（增加2%~10%）;次年,江淮地区降水显著减少（2%~5%）。ENSO增强会导致降水变幅加大。在El Niño衰减并向La Niña快速发展的年份,江南地区出现洪涝灾害的概率较其他年份高1倍以上。这些认识为深入揭示气候系统内部年际变率对中国东部降水格局变化与区域旱涝的影响作用、理解2016年长江中下游发生重大洪涝灾害提供了异常天气气候背景依据。     

两类El Nio Modoki事件时西北太平洋秋季热带气旋生成地的差异

以同年是否发生印度洋偶极子(IOD)正位相事件为标准,本文将El Nio Modoki事件分为纯El Nio Modoki事件(p-ENM)、El Nio Modoki与IOD同时发生的事件(ENM-IOD)两类。选取了1979~2012年间较为显著的两次p-ENM事件(2004;2009)和两次ENM-IOD事件(1991;1994),对比发现:同类事件西北太平洋秋季热带气旋生成地的分布类似,但相比p-ENM事件,ENM-IOD事件的热带气旋生成地明显偏东。p-ENM秋季,西北太平洋西风异常较弱且局限在165°E以西,范围较窄;而ENM-IOD秋季,西风异常强劲,并向东越过日界线。这使得ENM-IOD秋季季风槽东侧与p-ENM相比东伸20°。同时,p-ENM秋季垂直风切变相对ENM-IOD秋季而言强度小,大值区窄,前者条件下热带气旋在西侧生成的可能性相对要大。季风槽位置和垂直风切变分布的差异,使得ENM-IOD秋季热带气旋生成地较p-ENM秋季明显偏东。     

近33 a西北太平洋极端海表温度事件的变化特征及与ENSO的关系

使用1982~2014年美国国家海洋和大气管理局（national oceanic and atmospheric administration,NOAA）最优插值1/4度逐日海温分析资料,分析西北太平洋极端海表温度（sea surface temperature,SST）事件的变化特征,探讨极端SST事件与ENSO（El Ni?o-southern oscillation,ENSO）之间的关系。结果表明:极端高温事件的频率明显增大,20世纪80年代为2~5 a一遇,20世纪90年代为1~4 a一遇,21世纪以来,除2004和2011年外,其余年份均有发生。极端高温发生天数呈线性增加趋势,增长速率为30 d/10 a。单次极端高温事件持续时间逐渐增长,增长速率为0.56 d/次,且平均温度和最高温度也呈上升趋势,上升速率分别为0.032℃/次和0.049℃/次。相反的是,极端低温事件的频率明显减小,1982~2000年为1~2 a一遇,21世纪以来,发生次数明显减少。极端低温发生天数和单次事件的持续时间均明显减少,减少速率分别为-27 d/10 a和-1.6 d/次。单次极端低温事件的平均温度和最低温度呈线性上升趋势,增长速率分别为0.0087℃/次和0.017℃/次。极端高温事件呈现1~4 a和4~7 a周期的高低频震荡,低温事件呈现多尺度周期变化,主周期尺度为3~4 a。Nino 3.4区下半年ENSO指数与西北太平洋极端高温呈显著负相关,与极端低温事件呈显著正相关。意味着在La Ni?a年份,极端高温事件更容易发生。反之,在El Ni?o年份,极端低温事件容易发生。     

1960—2013年北京旱涝变化特征及其影响因素分析

基于1960—2013年北京及其周边34个气象站点逐日降水数据,利用标准化降水指数(SPI),辅以小波分析、滑动平均和相关分析等气候诊断方法,论文分析了近54 a北京旱涝变化特征,探讨了城市化和大气环流异常与旱涝变化的关系。结果表明:1近54 a北京轻微旱涝事件呈减少趋势,极端旱涝事件逐渐增多;2在年代变化上,20世纪60—80年代SPI值呈稳定波动,80年代中后期SPI值呈下降趋势,涝灾逐渐减少,旱灾逐渐增多,1999—2008年形成10 a连旱的降水偏少期;3快速城市化对北京旱涝变化影响明显,但是并未改变旱涝宏观变化趋势;4 ENSO与北京旱涝变化关系存在不稳定性,El Nio事件并非严格对应旱灾,La Nia事件并非严格对应涝灾;副热带高压位置和东亚夏季风强弱与北京旱涝变化关系相对稳定。当副热带高压明显北移、东亚夏季风偏强时,北京多发生干旱;反之,则北京明显偏涝。     

2016冬季京津冀一次持续重度霾天气过程分析

2016年12月16~21日我国京津冀地区发生了一次持续重度霾天气过程.为了进一步加深对霾的认识和提高对霾的分析预报能力,利用多种资料,对此次重度霾天气过程的环流背景和气象要素等进行了综合性分析.结果表明,此次过程持续时间长,污染强度大,影响范围广,能见度低,以外来输送为主,气溶胶主要分布在600 m以下高度,有一定的极端异常性,静稳天气指数与空气质量指数有较好的对应关系;京津冀地区高空受高压脊前的纬向环流控制,维持偏西气流,冷空气活动弱,以下沉气流为主,水汽含量较低,高空云量较少,低空有暖脊北伸,地面位于高压东南部,受均压场控制,气压梯度较小,受偏南风影响,污染物易于堆积;地面静小风,相对湿度较高,混合层高度较低,不利于污染物的水平和垂直扩散.     

上海降水中氢氧同位素特征及与ENSO的关系

基于收集2014年8月至2015年8月上海70个降水样品,分析上海降水同位素特征与温度、降水量的相关关系,分析不同时间尺度下降水中δ~(18)O、氘盈余与ENSO事件的联系.结果表明上海地区大气降水中δD与δ~(18)O冬春较高,夏秋较低.上海大气降水线方程截距和斜率比全球降水线方程偏小,可能是因为降水过程中受到不平衡的二次蒸发.在不同的时间尺度下,上海地区降水中δ~(18)O与气温和降水量具有不同的相关关系,冬季存在着较弱的温度效应,而全年呈现出较显著的降水量效应,受大气环流过程影响明显.取样期间,降水中δ~(18)O与d值(过量氘)清晰记录了La Ni1a向El Ni1o之间的过渡,拉尼娜期间,降水中δ~(18)O与d值偏负;El Ni1o期间,δ~(18)O与d值偏正.     

2014—2018年冬季长三角强霾事件及天气形势影响分析

利用2014-2018年环保部空气污染监测资料以及同期NCEP/NCAR再分析资料,统计分析了冬季长三角地区强霾污染过程中大尺度环流背景场及气象要素对强霾污染的影响.结果表明：2014-2018年冬季长三角地区共发生5次强霾污染过程,每年冬季的12月和1月是强霾污染事件发生的高频时期.当大气中相对湿度维持在较高的水平并且维持较小的风速时,更有利于污染物的累积从而导致强霾污染事件的发生.雾霾天气的发生发展与大气环流有着密切联系,在强霾污染过程发生初期,污染物大多伴随冷空气由北向南输送至长三角地区,对流层中层500 hPa的大尺度环流形势多以纬向环流为主.严重污染发生时,长三角地区受平直西风气流影响,对流层低层850 hPa等压线较为稀疏,长三角地区受均压场或高压控制频繁,稳定的大气层结使污染物更易在近地层累积,随后大风伴随冷锋过境将污染物快速清洁导致PM_2.5浓度迅速降低.     

西北东南部夏季旱涝急转异常分析及预测研究

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料、中国气象局国家气象信息中心提供的中国西北东部地区(陕西、甘肃、青海、宁夏及内蒙古西部地区)1961—2012 年夏季(5—8 月)156 个台站逐日降水量以及国家气候中心提供的74 个环流指数,通过定义夏季旱涝急转指数,对西北东南部夏季旱涝急转事件的环流特征进行分析,并建立了预测模型,结果表明:近50 a 来西北东南部夏季旱涝急转现象年际差异较小,相比较而言,1992 年之前旱涝急转事件频发,而之后少发。在旱转涝年的旱期北极极涡偏东偏弱,乌拉尔山脊偏强,东亚大槽偏西偏深,另外中高纬西风带偏强,阻止了冷空气南下,也没有异常的水汽输送,在垂直场上主要表现为下沉运动,因此降水偏少。而涝期乌拉尔山阻高偏强,蒙古低压加深,西太平洋副热带高压偏西偏强,西北东南部正好位于西太平洋副热带高压西侧和蒙古低压底部,有充足的西南暖湿气流,另外中高纬度西风带偏弱,有利于冷空气南下,而且西太平洋有异常的水汽输送带,能到达西北东南部,在垂直场上主要表现为上升运动,因此降水偏多;涝转旱年正好相反。另外,利用前期大气环流指数对旱涝急转指数建立的集合预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东南部夏季旱涝急转现象的短期气候预测提供参考依据。     

基于SPEI的西南地区近53 a干旱时空特征分析

论文基于标准化降水蒸散指数（SPEI）,统计分析西南地区128 个测站1960-2012 年的气象数据,从干旱年际变化趋势、四季变化趋势、干旱强度、干旱事件频次、干旱频率以及与ENSO的关系,对西南地区近半个世纪的干旱时空特征进行了分析。结果表明：①西南地区及子区域近53 a 来呈干旱化趋势,21 世纪初干旱发生最频繁,干旱强度、极端干旱及中等干旱的频次均呈增加趋势;②四季大部分区域呈干旱化趋势,以秋季最为突出;③春季,干旱发生频率最高且集中在横断山地、四川盆地东部和云贵高原中部,夏季,横断山地北部、若尔盖高原和广西丘陵西北部易发生干旱,秋季,云贵高原、广西丘陵及四川盆地部分区域干旱频率较高,冬季,干旱易发区集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一线;④各区域四季的干旱指数与ENSO指数相关性不同,并且ENSO事件强度与四川盆地和横断山地的SPEI 在年变化趋势方面存在明显负相关,与其他区域呈正相关。此外,西南地区在厄尔尼诺年和拉尼娜年都会出现干旱,但前者爆发干旱灾害的概率比后者高。而且各区域存在差异,四川盆地、若尔盖高原在厄尔尼诺年易发生干旱,而云贵高原在拉尼娜年发生频率较高,广西丘陵、横断山地没有明显规律和特征。     

长江流域干旱时空变化特征及演变趋势

干旱通常被认为是我国最严重的自然灾害之一,其造成的经济损失十分巨大.长江流域作为典型的湿润-半湿润区,干湿交替明显,干旱事件时空分布特征较为复杂.为了深入认识和理解长江流域气象干旱现状及其特征,探究干旱事件发生规律,采用长江流域1951-2015年PDSI（Palmer drought severity index,帕尔默干旱指数,运用Mann-Kendall检验、EEMD（ensemble empirical mode decomposition,集合经验模分解）、REOF（rotation empirical orthogonal function,旋转经验正交函数分解）、森斜率估算等分析方法,探讨长江流域干旱面积时间变化特征、干湿情景时空分布特征以及变化趋势.结果表明:1951-2015年,长江流域发生季节性干旱的面积整体呈扩大趋势,2000年后该趋势有所减缓.流域内呈现6个明显的干湿空间分布型,2000年后流域的东南部呈变旱态势,整体而言,流域内"南涝北旱"特征十分明显.未来,长江流域整体有变湿的趋势,西北部更旱,东北部变湿,南部以及东南部PDSI上升趋势明显,有发生旱涝急转的可能.      

过去两千年长江干流历史洪水事件的时空变化研究

理解极端洪水事件活动特征及其与气候变化、人类活动的相互关系一直是全球变化研究的热点问题。现代器测数据较短对洪水事件变化规律预测存在不足,而利用历史文献记录研究百年-千年尺度洪水事件的发生规律则成为一个较好的选择。洪水灾害是长江流域最为严重的自然灾害之一。本文以官方现存历史记载为依据,构建了过去2000年长江干流上、中、下游洪水事件序列,并将其与气候和人类活动代理指标进行对比。结果表明,1350年之前,长江干流洪水事件受东亚季风(EASM)、西南季风(ISM)、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、热带辐合带(ITCZ)移动等多种气候因素驱动,且气候驱动机制在同期不同区、同区不同期存在显著差异。此外,1350年之后人类活动的增强可能明显加剧了长江干流洪水事件的频率和强度。     

1960-2016年中国北方地区极端干湿事件演变特征

基于中国北方地区424个气象站点1960-2016年的日气象数据础,应用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散（ET₀）,基于降水量和潜在蒸散计算湿润指数,对湿润指数进行标准化后统计极端干湿事件频率,分析极端干湿事件频率的空间变化趋势、多时间尺度演变特征以及ENSO事件对极端干湿事件变化趋势的影响。结果表明：北方极端干旱和极端湿润事件频率分别呈显著下降和显著上升趋势,年际倾向率分别为-0.10次/10年和0.13次/10年。空间上,极端干旱频率整体呈减少趋势,包括青藏高原、西北和东北地区。西北极端干旱频率减少速率较大,青藏高原中部、新疆北部和东北北部部分站点极端湿润频率增加幅度较大。各年代中,华北极端干旱多发,东北和青藏高原极端湿润多发。季节上,分区极端干旱发生概率均大于极端湿润发生概率,华北极端干旱发生概率最高,青藏高原极端湿润发生概率最高。ENSO与湿润指数存在滞后性的关系。El Niño翌年,气候偏湿润的年份较多;La Nina翌年,气候偏干旱的年份较多。SSTA与翌年湿润指数在年际和夏季两个时间尺度上存在显著的正相关关系。     

基于ENSO发展过程的中国夏季降水时空变化特征

利用1961—2019年中国地面降水月值格点数据,结合趋势分析、合成分析及T检验等气候诊断方法,对中国夏季降水时空变化特征进行分析,进而探讨不同类型ENSO事件对应夏季降水规律。结果表明：20世纪60—90年代末,长江、淮河夏季降水波动增加,海河降水持续下降,符合“南涝北旱”空间特征;21世纪后,除淮河夏季降水下降之外,其他流域降水均呈增加趋势;对于不同ENSO发展类型而言,以厄尔尼诺为主导的事件,副高脊线西伸增强,中国夏季多雨区集中在江淮地区,由南向北呈现“中间涝,南北旱”的空间格局;以拉尼娜为主导的事件中,副高脊线东移、控制面积缩小,中国夏季降水在胡焕庸线两侧、华南降水明显偏少;对于两种转换型事件而言,当前冬发生厄尔尼诺、夏季转为拉尼娜时,副高西伸且面积扩大,中国夏季降水偏多;反之,副高东移且面积缩小,中国夏季降水整体偏少。     

长江中下游区域生态系统对极端降水的脆弱性评估研究

气候变化背景下,极端气候事件对生态系统的影响更甚于气候平均态的变化,对极端气候事件的影响评估及机理研究有更为重要的现实意义。研究以极端降水为例,选择我国旱涝频繁的长江中下游地区为研究对象,基于生态系统过程模型的动态模拟,选择与极端降水显著相关的生态系统功能特征量,根据IPCC脆弱性的定义,以生态系统功能特征量偏离多年平均状况的程度及其变化趋势分别定义系统对极端降水的敏感性和适应性,从而评估其脆弱性。研究表明,长江中下游地区生态系统多年平均脆弱度为轻度脆弱,轻度脆弱及以下地区占区域总面积的大半,约65%,脆弱度较高的区域占20%,主要分布在长江中下游的西北部。极端降水会增加长江中下游区域生态系统的脆弱度,多表现为不脆弱转变为轻度脆弱,中度脆弱及以上的生态系统所占比例变化不大。干旱和洪涝对区域内生态系统脆弱度的分布格局影响不大,但干旱的影响程度高于洪涝。不论是干旱还是洪涝,区域内生态系统的脆弱度在灾害过后的下一个生长季能基本恢复,没有连年灾害的情况下,长江中下游区域的旱涝灾害对生态系统的影响不会持续到下一年度。     

中国湖库洪水调蓄功能评价

湖泊是抵御湖区水系洪水灾害的天然屏障,而水库是现代防洪工程体系的重要组成部分,两者共同肩负我国防洪减灾的重任。为探明我国湖、库洪水调蓄功能状况,分析区域防洪需求进而提出对策建议,论文以湖泊可调蓄水量和水库防洪库容为评价指标,基于可调蓄水量与湖面面积以及防洪库容与总库容的数量关系构建模型,分别对我国湖泊和水库的洪水调蓄能力进行了初步评估。结果表明,我国湖泊可调蓄水量和水库防洪库容分别为1 475.47×10⁸和2 506.85×10⁸ m³,湖库洪水调蓄功能总量为3 982.33×10⁸ m³。从空间分布来看,湖泊调蓄能力以西藏、青海、江苏等省以及西北诸河、长江、淮河等流域较强;水库调蓄能力以湖北、广东、湖南等省以及长江、珠江、黄河等流域较强;湖库综合调蓄能力则以西藏、湖北、青海、江苏、湖南等省以及长江、西北诸河等流域较强。从防洪需求来看,珠江、长江、海河、淮河等流域湖库调蓄能力与设计洪量的比值较小,防洪压力较大。针对珠江流域和海河流域,建议通过兴建水库等工程建设提高流域防洪能力;针对长江流域和淮河流域,可结合退田还湖和水库建设提高湖库综合调洪能力。研究结果可为我国防洪建设和洪水管理提供科学指导。