云南空中水汽资源的时空分布特征

利用NCEP/NCAR 1981—2010年逐月的再分析资料,详细分析了云南省上空的大气可降水量和水汽通量的月际变化情况,得到云南各地30年平均的大气可降水量范围为5~45kg/m2,并在区域分布上呈"U"字型分布,季节上呈现出夏季多、冬季少、春秋居中的特点;水汽输送有着明显的季节变化特征,春季的水气输送最强,但输入远小于输出,夏季的水汽输送较弱,但水汽输入远大于输出;全省垂直积分水汽通量纬向输送比经向输送大得多;每年流经云南省上空的水汽量达到1.72×1012t,且1—5月份,全省水汽为净支出,6—12月份,全省水汽为净收入,全年水汽净收入约2.0×1011t。     

川渝地区夏季降水异常水汽输送差异

利用川渝地区1960—2006年34站逐月降水量资料和美国NCEP/NCAR同期逐月风场、比湿场和地面气压场资料,网格距2.5°×2.5°,采用EOF分解、区域降水指数、合成分析等方法,详细讨论了川渝地区夏季降水量多、少雨年水汽通量的纬向、经向、整层输送及水汽通量散度的差异。川渝地区夏季降水量标准化距平EOF分解结果表明把川渝地区夏季降水量作为一个整体来分析是合理的。区域降水量指数能很好地揭示出川渝地区夏季降水量的多寡。合成分析表明川渝地区夏季降水量多、少雨年水汽输送通量的纬向、经向、整层输送及水汽通量散度存在着明显差异,多雨年孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽输送通量显著增强,水汽输送通量辐合比少雨年显著增强,为川渝地区夏季降水提供了丰沛的水汽条件,有利于川渝地区夏季降水量的异常偏多;少雨年则反之。     

水汽浓度变化对温室效应影响的定量分析

为了考察大气水汽浓度变化对温室效应的影响,以全球大气温度探空数据集RATPAC-A为基础,对流层采用固定相对湿度的假设,并根据平流层水汽的历史变化趋势,进行了定量研究。结果表明,对流层绝对湿度的增加,会造成其各处向上出射长波通量的减少,并在层顶处达到最大,且对流层顶水汽含量的变化,对于向上长波通量的影响最为显著;如果地表温度升高1 K,大气水汽浓度增加所导致的对流层顶向上长波通量的减小值为2.22 W/m2,对流层水汽含量变化与地表温升之间存在着强烈的正反馈关系,有能力使二氧化碳所造成的温室效应进一步增强50%;平流层水蒸汽体积浓度每上升1×10-6,将会使对流层顶的向下长波通量增加0.31 W/m2。     

夏季风水汽输送对云南夏季旱涝的影响

利用欧洲中期天气预报中心的1961-2002年逐月再分析资料(ERA-40),计算夏季80°E~130°E, 0°~35°N区域内水汽通量及其散度,并使用EOF分解和小波分析等统计方法,对云南夏季水汽通量及其散度的时空特征进行诊断分析,结果表明:云南夏季风降水有两支水汽来源,最强一支来自越赤道气流转向后在孟加拉湾北上形成西南水汽输送,其水汽源地为印度洋、孟加拉湾,反映南亚季风对云南的影响;另一支为副热带高压南侧的东风气流,其源地是西太平洋、南海,反映东亚季风对云南的影响;云南夏季降水的主要水汽通道是南亚夏季风水汽输送。夏季风水汽通量矢量的第一特征向量分布型大致呈反气旋式水汽输送,对应云南夏季降水的一致偏多;水汽通量矢量场第二特征向量的分布大致为气旋式水汽输送,对应云南夏季降水偏少;第三特征向量为气旋式－反气旋式,造成云南夏季降水南北分布差异,反映云南夏季降水的南北差异。第一模态的水汽通量有很强的年际变化,在年代际变化上13~15 a周期较为显著,在年际变化上2~3 a的周期较显著;1960年以来水汽通量呈减少趋势为-0.105 kg(m·s)^-1/a。第二模态的水汽通量呈增加趋势,为0.566 kg(m·s)^-1/a,在年代际变化上11~15 a周期最为显著,从1970年代中期后水汽通量呈2~3 a的周期振荡。夏季异常旱涝年与来自孟加拉湾和南海地区的西南水汽输送的强度及位置有关,并且对流层中层的水汽输送起决定因素。     

1980—2009年三峡库区空中水资源变化特征

利用1980—2009年三峡库区及周边15个气象探空站的高空资料,分析了三峡库区空中水资源的变化特征,结果表明:三峡库区上空整层水汽含量分布从东北到西南逐渐增加。三峡库区的水汽主要来自西南水汽输送,夏季西南风水汽输送强度最大。三峡库区上空水汽多以辐合为主,尤其在库区西北部和东南部的辐合特征更为明显。三峡库区的水汽主要从南边界流入,而主要从东边界流出。三峡库区各月的净水汽通量都为正值,呈单峰型变化,在7月达到最大值。近30 a,三峡库区净水汽通量经历了明显的先上升后下降的抛物线型年代际变化,春季和冬季的平均净水汽通量整体呈减少趋势,而夏季、 秋季和年平均的净水汽通量呈增加趋势。     

1980~2016年陕西省冬季霾日数时空变化及增多成因初探

利用陕西省地面气象观测站观测资料、中国国家统计局统计资料、美国NASA的MODIS气溶胶光学厚度（AOD）资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,对1980~2016年陕西省冬季霾日数的时空变化特征及可能原因进行了分析,结果表明：（1）1980~2016年冬季陕西省平均霾日数为12d左右,并且伴有明显的年代际变化;其中1980~2012年冬季霾日数波动明显,1980~1993年偏多,1994~2012年偏少,2013年之后霾日数增加明显.（2）1980~2016年冬季陕西的霾日数有显著的区域差异.关中地区的霾日数最多,平均每年大于18d;陕南地区次之,年平均霾日数为10d左右;陕北地区最少,平均霾日数仅3d左右.陕北、关中、陕南3大区域冬季的霾日数均在2013年后出现了明显的增多.（3）2000~2016年冬季MODIS卫星监测的陕西AOD在关中咸阳、西安、渭南以及汉中南部和安康南部存在明显的高值区,大于0.4,其中关中气溶胶高值区域与关中地区霾日数大值区域有很好的对应关系.（4）2013~2016年冬季我国中东部的对流层低层的东风异常是向陕西关中地区输送气溶胶的有利条件,是霾天气的产生原因之一;2013~2016年陕西冬季对流层低层存在一个明显的位温梯度增大的区域,是不利于霾向高空扩散的大气层结条件,是霾日数明显增加的另一个原因.     

辽宁省近12年对流层甲醛柱浓度时空变化及其影响因素

基于OMI遥感反演的对流层甲醛柱浓度资料,研究了辽宁省2005—2016年对流层甲醛柱浓度的时空分布特征,并分析了对流层甲醛柱浓度的主要影响因素.结果表明:近12年辽宁省对流层甲醛柱浓度整体上波动较大,2005—2013年逐渐增大,平均增速为0.74×1015molec·cm-2,空间分布上整体表现为低值区主要分布在辽西山地丘陵地区,高值区分布在沈阳以东大部分地区,浓度在12×1015~13×1015molec·cm-2之间;2005—2008年辽宁省甲醛污染相对较轻,对流层甲醛柱浓度整体多在3级水平以下;2009—2013年之间,对流层甲醛柱浓度的3级分布区域逐渐缩小,4级分布区域不断扩大,并在2010年出现5级水平污染区域且于2013年达到最大.春季各个区域对流层甲醛柱浓度相对于其它季节较低,夏季各个地区对流层甲醛柱浓度值整体上高于其它季节,以4级及5级水平污染为主,秋、冬季各个区域的对流层甲醛柱浓度值分布居于春、夏两季之间.辽宁省对流层甲醛柱浓度的月变化特征大致符合正弦曲线分布特征,即对流层甲醛柱浓度自1月不断上升,于6月达到峰值后又不断下降.能源消耗及工业生产与大气中甲醛的浓度的变化息息相关,人口数量及生产总值与对流层甲醛柱浓度也具有显著的正相关关系.高温利于甲醛的扩散和挥发,辽宁省独特的地形地理位置对甲醛的扩散与传播产生影响.     

水汽源区变化对黄河中游降水稳定同位素的影响

利用黄河中游地区9个站点的降水同位素数据,分析其时空分布特征及环境效应,并模拟代表站点的气团运移轨迹,利用OLR技术研究水汽源区变化及输送过程对夏半年降水稳定同位素的影响。结果表明：δ¹⁸O有着较为明显的季节性变化规律,春夏较低,秋冬较高;空间分布则呈由东南向西北升高的趋势。大气降水线方程表现出明显的过渡性区位特征,降水量效应较为显著。水汽主要通过西北与东南两个水汽通道输送,东向水汽与青藏高原的热力、动力性质对流域的水源差异产生了较大影响。水汽源区变化与对流层中上部水汽含量场都与稳定同位素特征有着较强的对应关系,8、9月形成于西太平洋的热带辐合带（ITCZ）使东南季风成为夏季黄河中游地区主要的水汽输送通道。     

广州大气降水中稳定同位素对2008年初华南地区冰雪灾害期间水汽来源的反映

以5～30 min的时间间隔,收集、分析了2007年4月～2008年6月期间广州市各单次大气降水样品中稳定同位素数据.选取2008年初中国南方冰雪灾害期间(2008年1月10日～2月2日)五场大气降水,分析了极端天气条件下降水中稳定同位素的变化特征及其影响因素.研究发现,在2008年初冰雪灾害期间,广州市大气降水中的δD、δ18O及d-excess发生了明显的下降;d-excess及大气降水线分析指示在此次冰灾过程中水汽来源发生了异常;气团轨迹追踪显示冰灾最盛期降水水汽为内陆和海洋的混合水汽,且远距离的海洋水汽输送占主导.冰雪灾害历次单次降水过程中稳定同位素呈现3种不同的变化形态,即上升型、V型和W型,这些变化可能与水汽来源及降水形成条件导致的再蒸发、再凝结作用及降雨类型有关.     

长江源区降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源

基于长江源区冬克玛底流域2014年5～10月连续采集的73个降水同位素数据,结合相关气象资料,分析了降水中δD、δ~(18)O及氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ~(18)O与气温、降水量的关系,利用HYSPLIT模型追踪流域降水的水汽来源并估算不同水汽来源对降水量的贡献比例.结果表明:研究区降水中δ~(18)O和δD变化范围分别为-26.5‰～1.9‰和-195.2‰～34.0‰,且δ~(18)O和δD值随时间变化波动较大,与不同来源水汽输送有直接的关系;区域降水线的斜率和截距均大于全球大气降水线,与青藏高原北侧地区的降水线相近;不同降水类型中的δ~(18)O和δD的关系差异显著,主要与水汽来源和形成降水时的气象条件有关;由于受局地蒸发水汽及水汽输送过程影响,流域大气降水d-excess值整体上相对偏大;研究区的降水同位素存在显著的降水量效应,但不存在温度效应,表明降水量对大气降水中稳定同位素含量的控制作用更强;水汽来源轨迹表明,研究区大气降水水汽来源主要有西南季风携带的海洋性水汽、局地蒸发水汽及西风输送水汽,对降水量的贡献比例分别为43%、36%和21%.该研究结果有助于进一步了解长江源头区冬克玛底流域的大气环流特征及水循环过程.     

青藏高原及周边地区大气水汽资源分布和季节变化特征分析

利用2001年青藏高原及周边地区的地基GPS观测资料、M O DIS卫星遥感资料和N CEP格点再分析资料分析了青藏高原及周边地区大气水汽分布及其变化特征。研究结果表明,青藏高原东南部地区大气总水汽量的年变化在0.3～3.0cm之间,高原其它地区大气总水汽量的年变化在0.2～2.0cm之间;青藏高原东南部河谷的导流作用非常显著,是暖湿气流进入青藏高原内部地区的重要途径;地理纬度和海拔高度决定了青藏高原地区南湿北干的大气水汽分布特征,而大气环流变化则是造成青藏高原及周边地区大气水汽分布季节变化的主要原因。     

黑河流域水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料对黑河流域的水汽输送和收支特征进行了计算分析,结果表明:西风环流使得源于大西洋和北冰洋的水汽成为黑河流域空中水汽的主要来源,流域内水汽输送以自西向东的纬向输送为主,东边界输出强度强于西边界输入强度,纬向净输入量为负;经向输送为自北向南且在强度上不及纬向输送,北边界输入强度强于南边界输出强度,经向净输入量为正。700 hPa气层流域南部的水汽辐合辐散特征随季节变化显著,冬季为水汽辐散区,夏季为水汽辐合区;流域北部没有明显的水汽辐合辐散特征。全流域多年平均水汽输入量为997.3 km³,输出量为1 046.1 km³,净输入量-48.8 km³,20世纪60年代中期以后流域水汽净输入量呈现增加趋势。黑河流域北部荒漠区年内各季均为水汽输出期,中低层大气(地面~500 hPa)为主要的水汽输出层;南部山区年内6-9月为水汽输入期,低层大气(地面~700 hPa)为水汽输入层,中高层大气(700~300 hPa)为水汽输出层。据大气水平衡原理,黑河流域多年平均蒸发量约为84 km³。     

近30 a青藏高原夏季空中水资源时空变化特征及其成因

综合考虑高原大地形以及南亚季风、中纬西风带的影响,利用1979-2010 年NCEP/NCAR再分析资料,从高原整体空中水资源分布以及区域可降水量与水汽收支变化等方面剖析了青藏高原夏季（6-8 月）空中水资源时空变化特征及其机制。分析表明：除高原西北部外,其它4 个分区多年平均水汽净收支为汇。1979-2010 年,高原中南、东南与西北部可降水量与水汽净收支均呈递减趋势,东北部相反,中北部水汽净输入减弱但可降水量增加。高原空中水资源变化与中纬西风带和南亚季风水汽输送关联密切,区域西风、南亚季风活动减弱分别反映了高原中东部纬向水汽、30°N以南经向水汽输送的减少;而高原特有的地形分布加剧了各分区水汽净收支变化格局。     

基于LMDZ模型的西南地区水汽来源及水汽再循环率的分析

研究基于LMDZ模型对我国西南地区9个站点的同位素数据进行空间插值,利用同位素混合模型对不同来源水汽对降水的贡献率进行时空分析。结果表明,我国西南地区外来水汽对降水的贡献率除部分站点外,均在90%以上;其次为植物蒸腾水汽,占比为0.3%～21.3%,地表蒸发水汽对降水贡献率最小,介于0.1%～8.1%之间,同时外来水汽对降水贡献率夏季大于冬季,而地表蒸发水汽和植物蒸腾水汽对降水的贡献率冬季略大于夏季。水汽再循环率呈现空间差异,四川盆地及周围山地地表蒸发水汽与植物蒸腾水汽略高于青藏高原及云贵高原一带。结合美国国家大气研究中心所提供的气象资料,采用MeteoInfo软件对我国西南地区各站点进行近10年(1998～2007)的后向轨迹追踪,并对其进行聚类分析得出四川省两站点和重庆站点在夏季近源局地蒸发水汽占比高达50%,贵阳夏季有28.95%的水汽为近源局地蒸发形成,其余站点夏季水汽来源大部分来自于阿拉伯海、孟加拉湾和印度洋水汽,还有一部分来自于西风带的水汽和东南季风带来的西太平洋的水汽,然而冬季水汽均来自于西风带水汽。     

基于ERA-Interim资料分析青藏高原“湿池”变化特征

论文利用ERA-Interim(0.5°×0.5°,简称ERA)、NCEP/NCAR2(2.5°×2.5°,简称NCEP2)两种不同分辨率的再分析资料和探空观测资料,首先分析了夏季(7月)和冬季(1月)青藏高原(以下简称高原)上大气水汽含量大值区(简称"湿池")的区域分布特征,然后基于ERA资料分析了1979—2012年间高原"湿池"的一些变化特征,发现了一些新的事实。主要结果包括:在对流层中上层,高原上无论夏、冬季都有大气水汽含量的高值中心——高原"湿池"存在。夏季7月高原"湿池"强度最强,ERA资料除了在高原南部有自西到东的连续高湿中心带外,在高原西北部还有一个高湿中心;NCEP2资料仅在高原东南部和西南部有两个高湿中心。冬季1月,两种资料均只在高原东南部有高湿中心。总体上,ERA资料与探空观测资料的高湿中心区更为接近。7月,高原南部高湿中心在1990年代中期(1994—1996年)之后持续偏强,西北部中心强度有弱—强—弱—强交替变化特征;1月,高湿中心在1980年代末期开始持续偏强。高原南部高湿中心带在7月几乎是一个连续的区域,1996年以后这一特征更为明显,在1月则是分为东西两段的高湿中心带。     

四川盆地极端暴雨水汽输送特征分析

论文利用1961—2015年四川盆地104个国家气象站资料和同期NCEP资料,筛选四川盆地极端暴雨过程并进行分型,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型（HYSPLIT 4）,定量分析了不同类型极端暴雨过程850 hPa和700 hPa上的水汽输送特征。结果表明：1）四川盆地全盆移动型和盆西型极端暴雨不同层次上的水汽输送轨迹有所不同。850 hPa上全盆移动型水汽输送轨迹主要有4条,而盆西型主要有5条;700 hPa上全盆移动型和盆西型水汽轨迹都主要有3条。2）不同后向追踪时间,两类极端暴雨过程850 hPa的水汽来源大值区有所不同。后向追踪1 d,两类极端暴雨过程的水汽来源大值区都出现在西南地区东部;后向追踪3 d,全盆移动型的水汽大值区出现在两广交界处以及北部湾附近,而盆西型的水汽大值区出现在湖北西部至两广交界处以及印度半岛北部;后向追踪9 d,两类极端暴雨过程相同的水汽来源大值区为斯里兰卡岛附近的印度洋洋面,此外,全盆移动型的另一个大值区为菲律宾岛附近的太平洋洋面,盆西型的另一个大值区为中南半岛东部沿海。3）追踪到不同类型极端暴雨过程不同层次上的水汽源地,并定量分析了不同水汽源地的贡献率。850 hPa上全盆移动型主要水汽源地有3个：阿拉伯海-孟加拉湾地区、西太平洋、东亚大陆及临海。盆西型主要水汽源地也有3个：南海、孟加拉湾、中国东部及沿海;700 hPa上全盆移动型水汽源地有3个：阿拉伯海、孟加拉湾-南海、东海。盆西型主要水汽源地有2个：孟加拉湾和南海。     

1970—2013年西北干旱区空中水汽含量时空变化与降水量的关系

论文基于1970—2013年西北干旱区高空和地面气象资料,采用多种统计学方法,分析了西北干旱区空中水汽含量的时空变化特征及其与降水量的关系。结果表明：1）1970—2002年,西北干旱区空中水汽含量呈显著的增加趋势,速率为0.835 mm/10 a（P<0.01）,其中以夏季增速最高（1.709 mm/10 a,P<0.01）;而降水效率基本稳定,仅春、冬季节略增。在空间上,1970—2002年水汽含量变化速率大小依次为北疆>南疆>河西走廊,其中冬、春季节以北疆水汽增速最大,夏、秋季节以南疆水汽增速最高。2）2003—2013年,西北干旱区水汽含量呈不显著下降趋势（-2.061 mm/10 a）;而降水效率明显增加,速率为0.136%/10 a,这说明近年来空中水汽转化为降水的效率明显提升。同时,北疆降水效率增加幅度明显高于其他地区。3）西北干旱区各季节的降水效率与降水量均呈显著正相关性,而水汽含量与降水量的相关性则表现出明显的季节性差异：春季>夏季>秋季>冬季。另外,新疆降水变化与水汽含量和降水效率均呈显著正相关性,而河西走廊降水量与降水效率的关系更为密切。