华东沿海热带气旋移动和降水特征研究

基于TRMM 3B42RT 3 h降水资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的500 hPa分析场资料,借助于GIS空间分析方法,对热带气旋降水大值区的分布落区与移动路径之间的空间关系进行了统计叠置,分析了2000～2009年共29个登陆华东沿海或进入华东近海海域的热带气旋的路径、强度、降水的空间分布以及500 hPa环流形势对其影响的规律。结果表明：不同500 hPa环流形势对登陆热带气旋的移动路径及降水的空间分布型态有规律可循,其中中高纬西风带环流形势（50°N以北）以及副高西脊点所处的位置在热带气旋路径和降水分布型的业务预报中起着重要的指示作用     

我国江南夏季极端高温季节内变化特征初探

利用1979~2013年逐日最高温度观测资料,通过Butterworth带通滤波和功率谱分析等方法,分析我国江南夏季极端高温季节内变化特征。结果表明：7月中旬至8月中旬,江南地区（110°E ~125°E,22.5°N~30°N）为高温日数高值区,高温日数存在季节内振荡信号。功率谱结果表明该地区日最高温度呈现出10~25 d的季节内振荡周期;在以10~15 d和20~25 d周期为主的低频变化典型年份（1989和1993年）中,影响系统与副热带高压并无直接联系,对流层中高层45°N存在2~3波的纬向波列,该波列的移动与传播可能与温度的低频变化有关。     

淮河流域近50年降水异常及其大尺度环流特征

根据国家气象中心整编的全国714站月平均降水量资料,运用REOF分析、Morlet小波分析、差值分析等方法,通过对淮河流域代表站点的选取,分析了1960～2009年淮河流域降水的趋势变化特征、周期特征,以及多雨、少雨年的大气环流异常特征。结果表明：（1）淮河流域年降水总量呈缓慢增长趋势,20世纪80年代初期由负距平转为正距平。冬季和夏季降水量呈显著增长趋势,春季和秋季降水量呈显著减少趋势,80年代前期为降水变化的转折期;(2)淮河流域夏季降水存在准3 a的显著振荡周期和准10 a的次显著振荡周期,同时在60～90年代还存在准6 a振荡周期;（3）淮河流域多雨年,500 hPa经向风偏强且范围广,850 hPa上从孟加拉湾经南海向华东地区的水汽输送明显偏强,在江苏、安徽地区有水汽的正涡度辐合区;少雨年,经向风偏弱,华东地区方向的水汽输送明显减弱;（4）多雨年与少雨年的500 hPa风场差值场、高度场差值场分析表明,多雨年贝加尔湖西部和鄂霍次克海地区阻塞高压活动频繁,东北冷涡异常活跃,副高偏强,3者共同作用使得降水偏多。500 hPa温度场差值场分析表明,多雨年中国东部、华北和东北地区冷空气偏强,同时南方大部分地区暖空气也偏强,冷暖空气共同作用使降水偏多     

长江上游流域大洪水天气分型特征分析

通过对1981~2012年24例长江上游流域大洪水过程进行普查,发现影响长江上游大洪水强降水过程的天气系统主要为:巴湖槽东移型、贝湖槽稳定型和东北冷槽型。采用统计、诊断及合成分析方法,对3种不同天气类型的大尺度环流背景、主要影响系统及致洪降水发生机理进行研究,并总结其特点及差异。结果表明:3种类型大洪水的洪水特征及降水特征各不相同,大尺度环流背景及天气系统也有所差异。副高及500hPa中高纬环流形势异常是导致强降水发生的直接因素,西南涡、冷暖式切变线及冷空气在不同的类型洪水降水中作用各不相同,异常气旋性环流场、水汽输送方向及水汽通量辐合区与强降水的位置密切相关。     

洞庭湖流域旱涝异常的时空分布及其与大气环流和水汽输送的关系

利用洞庭湖流域1960～2017年103个气象站点逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析数据,通过计算Z指数和区域旱涝指数,对流域近57年来季节性旱涝异常的时空变化和典型旱涝年份的同期大气环流、水汽输送形势进行分析,以加强对季节性旱涝异常及可能的直接影响因素的认识.结果表明:洞庭湖流域连续两年出现旱涝异常的可能性不大,春、夏季节发生旱涝异常的一致性较秋、冬季小.在春、秋季节,流域干湿变化表现出年际性并有明显的空间分布,在冬、夏季节表现出年代际转换并存在变湿的趋势.此外,各季节均表现出涝重于旱的统计特征.同期大气环流形势会对流域旱涝异常产生显著影响,当西风带经(纬)向环流偏强时,干旱易出现在冬(夏)、春(秋)季节.当副高脊线偏北时,干旱易出现在夏、秋季节;在冬季时,偏强偏西的副高易使流域出现冬涝.流域Z指数在各季节均与净经向水汽通量呈显著正相关,在春、夏、秋季节与净水汽收支呈显著正相关,而在冬季可能与降水动力条件关系更密切.     

中国春季降水与南印度洋偶极子的关系研究

利用美国国家海洋和大气管理局海温资料和1951~2010年中国160站月降水量资料,分析了前期冬季（12~2月）印度洋海表温度与中国160站春季降水的关系及其影响机制。研究表明：冬季印度洋海温异常的空间模态主要有两种：符号一致的单极和东、西符号相反的南印度偶极。将第2模态的时间系数定义为南印度洋偶极子指数。该指数与中国次年春季降水关系较好,并利用NCEP/NCAR再分析资料进行机制分析,发现主要南印度洋偶极子通过以下途径影响中国春季降水：中高纬,SIOD的影响主要引起低纬度的海温及对流异常,通过中低纬度间的相互作用,在中高纬产生较强的遥响应,从而影响同期冬季欧亚大陆的环流变化,这种扰动在西风气流的作用下引起后期春季北太平洋地区对流活动异常,通过中低纬度间的相互作用,加强中高纬地区的遥响应,表现为欧亚大陆EUP波列;低纬,SIOD的影响主要引起南海-海洋性大陆的海温及对流异常,引发经向环流异常,导致黄河至长江中下游地区垂直运动异常和气流辐合异常     

长江源区夏季径流量变化及其与高原夏季风和南亚夏季风的关系

基于长江源区直门达水文站1957～2016年夏季径流量实测资料、1957～2016年的青藏高原夏季风指数及南亚夏季风指数等资料，利用小波分析、突变检验、滑动相关系数等方法分析了长江源区夏季径流量的变化特征及与高原夏季风和南亚夏季风的关系。研究发现：近60年长江源区夏季平均流量呈增加趋势，在1957～1997年夏季平均流量整体偏少，1998～2016年流量开始增多；长江源区夏季平均流量在1995年前后发生了一次由减少趋势转为增多趋势的显著突变。长江源区夏季平均流量在年际变化上与高原夏季风和南亚夏季风存在显著的正、负相关关系，并且高原夏季风和南亚夏季风存在显著的负相关关系。高原夏季风和南亚夏季风通过大气环流变化来影响源区夏季降水，进而影响其径流。因此对高原夏季风以及南亚夏季风的研究可为预测长江源区流域内水文过程以及水资源的变化提供一定的科学参考。     

基于TES数据的亚洲大气水汽中δD空间分布特征研究

基于TES反演的大气水汽及水汽中HDO数据,对亚洲大气水汽中δD在垂直和等压面上的分布特征进行了分析。在垂直方向上：多年平均显示δD值在对流层由低空向高空逐渐降低,最小值出现在80~100 hPa的对流层顶,进入平流层后则随高度升高而增加;约从500 hPa至对流层顶,等值线非常平直;在500 hPa以下的对流层中低层,等值线则存在着波动。在等压面上：δD值的多年平均纬向分布明显,表现出随纬度增加而减小;在低纬地区的同纬度,δD值由海洋向大陆递减。δD的季节差异则显示在中纬度地区的亚洲大陆,ΔδD为正值且自西向东正值的分布范围、大小均逐渐减小;在低纬和高纬地区,ΔδD值则均为负值;在同纬度地区,海洋上的ΔδD明显小于陆地。另外,发现平流层的等压面上,δD的多年平均、季节差异均表现出与对流层相反分布的特点     

澳洲冷空气活动与长江中下游降水的联系分析

利用澳洲范围700 hPa温度场的再分析资料和长江中下游降水资料,通过谱分析方法,试析了澳洲冷空气活动对我国长江中下游主汛期降水的影响,并进一步分析了西太平洋副热带高压在此中起的作用。研究结果表明：在我国夏季,澳洲变温与涝年长江中下游主汛期的降水都具有77 d的周期,两者存在着77 d周期的遥相关,同时在77 d的周期两者呈现同位相振荡。也就表明在77 d的周期澳洲冷高压变动时经73 d后影响长江中下游降水。同时也得出澳洲冷高压强时,西太平洋副热带高压北移,长江中下游受西太平洋副热带高压控制,晴天少雨;澳洲冷高压弱时,西太平洋副热带高压南落,长江中下游处西太平洋副热带高压边缘,多降水天气。以上结论对长江中下游降水预报有一定的指示意义。     

贡嘎山亚高山降水稳定同位素特征及水汽来源研究

为揭示青藏高原东南缘贡嘎山地区的大气降水稳定同位素特征和水汽来源,利用贡嘎山东坡亚高山地区2012年5月至10月实测的大气降水稳定氢氧同位素和气象资料,分析了贡嘎山地区的降水线特征、降水稳定氢氧同位素时空分异特征及其与气候因子之间的关系和氘盈余特征,并运用HYSPLIT模型探讨了该区的水汽来源特点。结果表明:贡嘎山亚高山地区大气降水线方程为δD=9.401 9×δ¹⁸O+28.530 3(‰)(R²=0.983 3,p < 0.001),反映了该区湿润、多雨、气温较低的气候特点;该区大气降水稳定氢氧同位素季节变化明显,雨季先降低后升高;降水中氢氧同位素的高程效应显著且存在季节差异;降水稳定氢氧同位素受温度、降水气象因子影响较大,降水量效应显著并且与温度存在负相关关系;后向轨迹模型模拟结合同位素特征分析表明该地区雨季水汽来源较为复杂,主要有西风输送、东部季风和局地水汽内循环3个来源。研究结果可为区域水汽循环和降水特征提供科学依据。     

青藏高原四季降水变化特征分析

利用青藏高原87个地面气象台站41年（1960～2000年）的月降水资料,并在Arcgis 9.0中通过Kriging插值方法对少数站点的缺测值进行了插补,用线性回归方法研究了高原四季降水量的变化趋势及区域上的差异。为了保证本研究的完整性,对高原年降水也做了相应分析。结果表明：（1）高原冬春两季降水量呈显著增加趋势。冬季雅鲁藏布江下游、春季高原东北部为降水减少区,高原其他区域均表现为增加;夏秋两季降水量基本保持不变,但夏季高原中部和川西降水减少,高原南部和北部降水表现为增加;秋季高原中部、南部降水增加,川西降水减少。（2）高原年降水呈显著增加趋势。在区域上高原南部大致以东经102度为界,该线以东降水减少,以西降水增加,且降水增加区域表现出随纬度的增加而递减的特征。高原中部、北部的年降水基本保持不变或微弱增加。     

基于TRMM卫星资料揭示的长江流域梅雨季节降水日变化

利用1998~2013年热带测雨卫星TRMM 3B42降水率资料以及NCEP/CFSR温度场、气压场和风场等再分析格点资料等,从气候学角度揭示了长江流域梅雨季节降水和对流的日变化特征,探讨了典型和非典型梅雨锋年降水日变化差异,分析了大气环境场要素的日变化特征及其对降水和对流日变化影响。结果表明:(1)强降水在夜间发生在长江上游,白天发生在长江中下游。降水日变化特征显著,长江上游、盆地以东的中游以及中下游的沿江以南地区降水日峰值分别出现在午夜、清晨08时以及傍晚17时。沿江以北地区降水表现出半日循环,具有08时和17时两个峰值,午后峰值明显强于清晨。(2)长江中游地区降水日位相较上游地区延迟约6 h,下游地区日位相进一步向后推移,同时下游地区降水强度和范围明显强于上游,降水日较差也更明显。(3)典型梅雨锋年和近15年梅雨季节平均的降水日变化分布特征较为一致,非典型梅雨锋年较前两者日峰值出现时间明显提前。(4)短时强降水和深对流有较好的对应关系,白天高发区位于长江下游,夜间位于上游。(5)大气温压场在梅雨锋两侧显著的日变化差异使梅雨锋强度和结构在昼夜形成了差异,并使低层风场的辐合位置产生了日变化,这些大气环境场的日变化最终导致了梅雨期对流和降水的日变化。     

长江上游中小洪水天气学机理分析及致洪特征

基于1981~2012年长江上游128个中小洪水历史个例及NCEP/NCAR再分析资料,采用普查及天气学分型方法,建立了纬向型、经向型、偏东气流型以及两高之间型4种致洪降水天气学概念模型,研究了各天气型致洪降水发生机理及相应中小洪水特征。得到以下结论:纬向型中高纬环流相对平直多波动,伴有明显冷平流南下,地面锋面位置略偏北。该类型强降水过程多,强度大,持续时间长,对应中小洪水多为双峰或多峰型,平均洪峰流量、过程增幅最强,洪水过程时间也最长。经向型环流中高纬贝加尔湖和东北地区为深厚低槽,中低层常伴有暖式切变线或低涡发展,中上层急流出口处的辐散以及冷平流四类型中最强。该类型雨带多呈东北-西南走向,中小洪水一般以单峰为主,其洪峰流量及过程增幅均较大,造成的洪水涨水较快,过程时间最短。纬向和经向型均为全流域降水型,但在金沙江北部、岷沱江、嘉陵江以及宜宾-宜昌常出现较高频次的60 mm以上较强面雨量。偏东气流型副高与热带气旋外围环流汇合北进,其强降水前后冷暖平流变化不明显,受地形强迫抬升影响,最易产生准静止型、团状、突发性强降水。该类型中小洪水以单峰为主,涨水快,洪峰流量及过程增幅均最小,强降水主要分布在嘉陵江和岷沱江两大流域。两高之间型多为"鞍"型场的环流配置,青藏高压与副高在流域上空形成南北向切变线,其动力和水汽条件均较弱。该类型降水强度较弱,稳定少动,累积降水量较大,洪水以单峰为主,双峰偶有发生,其洪峰流量、过程增幅均较大,洪水过程时间较长,强降水多位于岷沱江、嘉陵江和宜宾-重庆中部流域。     

长江中下游地区典型旱涝急转气候特征研究

为了研究长江中下游的旱涝急转气候特征,利用标准化降水指数和灾情资料挑选出了1960～2011年长江中下游各水资源二级分区的典型旱涝急转事件,在此基础上分析了其时空分布特征、各区频次和强度的差异,以及旱涝急转期间的大气环流形势。结果表明：长江中下游在这52 a中共有5 a出现了典型的旱涝急转事件,约10 a一遇;其中下游干流的旱涝急转事件强度指数更大、涝期降水量更大。旱涝急转前后的大气环流发生了明显的调整,200 hPa高度场上的南亚地区、东亚高纬地区和850 hPa风场上的东亚副热带地区存在显著的差异     

基于SPEI的西南农业区气象干旱时空演变特征

干旱已成为西南农业区的具有一定破坏力的自然灾害,研究干旱的时空变化对该区干旱的评估、预测具有重要的现实意义。根据西南农业区1962~2012年月气象资料,利用Penman-Monteith公式计算蒸散发和标准化降水蒸散指数(SPEI)值;采用线性回归、Mann-Kendall方法、小波分析和旋转经验正交函数(REOF)等方法分析了西南农业区干旱时空变化。研究结果表明:(1)西南农业区整体呈干旱化趋势;2000年以来年、四季变干趋势更加明显;秋季变干趋势显著;年均SPEI指数不存在显著突变点;年和四季干湿变化均存在2~8 a左右的振荡周期。(2)根据REOF分解的前6个空间模态,将西南农业区划分成6个干湿特征区域:云南高原东部区、汉中盆地区、东部山地区、云南高原西部区、四川盆地区、贵州高原区;其中云南高原东部区变干趋势显著,汉中盆地区和东部山地区有变湿润趋势,但并不明显;6个分区干湿变化普遍存在2~6 a左右的振荡周期。研究结果可为西南农业区防旱、抗旱提供科学参考。     

华山观风电场风能资源评价

利用华山观风电场40 m测风塔2005年4月至2008年3月的测风资料,计算了平均风速、风速频率、风向频率、各方向风能、风功率密度及有效风速时数等各项风能参数,依据国标《风电场风能资源评估方法》（GB/T 18710-2002）中风功率密度等级划分标准对风电场的风能资源进行了评价,并利用距风电场最近的钟祥气象站的累年及同期气象资料,对测风期间的测风背景进行了分析。结果表明：风电场各高度年平均风速在55～57 m/s,年平均风功率密度在190～205 W/m2,年有效风速百分率在808%～823%;华山观主导风向与次多风向完全相反,不同高度两个方向合计频率在449%～505%;各风向风能分布比风向频率更加集中,不同高度主导风向的能量占478%～606%;风功率密度接近3级,具有一定开发利用价值,技术可开发量约3万kW;华山观风电场测风是在年平均风速小于多年平均风速的气候背景下进行的。     

三峡上游地区一次西南涡暴雨过程中尺度特征诊断和数值模拟

结合高空、地面实况观测数据以及1°×1°NCEP客观再分析资料,对2009年6月28日20时至29日20时(北京时)发生在三峡上游地区的一次区域暴雨过程进行了中尺度特征诊断,结果表明本次过程是东北低涡和副高稳定少动的大尺度环流背景形势下,由于高原低值系统在东移过程中与西南涡结合而产生的强降水天气过程。高原上不稳定能量的扰动和下传为西南涡的产生提供了必要能量条件,高低层的水汽平流和水汽辐合的交汇地带与最强降水带存在较好的一致性。另外,利用WRF中尺度数值模式对该次过程进行了数值模拟,结果显示在同化了地面和高空常规观测资料后,模式模拟效果得到明显改善,模拟降水能够大致体现该次过程的总的降水演变和分布情况,但后期模拟降水偏大。数值诊断结果发现,盆地西部与上升气流相伴的正涡度柱的演变过程与强降水的发生过程密切相关,该因子对于正确预报降水发生时间具有指示意义。     

湖北侧长江三峡河谷地形对风速的影响

选取地处长江三峡河谷(湖北侧)的香溪长江公路大桥桥位区(郭家坝站)附近沿江3个气象站、6个自动站多年的风速、风向资料进行对比分析,讨论了峡谷对河谷内不同区域风速的不同影响。结果表明:在水平方向上,烟墩堡、郭家坝、庙堡等临江3站平均风速偏大、最大风速及极大风速出现大值频次偏高,狭管效应明显,其余非临江站则受局地地形遮蔽影响平均风速偏小、最大风速及极大风速出现大值频率偏低;在垂直方向上,150 m以下风速几乎没有明显的高度变化,实测风廓线指数几乎为0;桥位处阵风性强,阵风系数为1.56。