四川空中水资源的稳定性与可开发性研究

利用1948—2008年的NCEP/NCAR逐月再分析资料,计算了四川地区大气中的可降水量、水汽含量相对变率、水汽输送通量和水汽输送通量散度,分析了四川空中水资源的稳定性与可开发性。结果表明:水汽含量的稳定性特征与水汽含量有密切关系,水汽含量高的东南部,水汽含量稳定;水汽含量相对低的西北地区,水汽含量不稳定。盆地月水汽含量的平均年际变化特点为:夏季小、冬季大,东部小、西部大,1948—2008年以来,区域平均的年大气可降水量总体呈偏多—偏少—偏多—偏少的趋势。大部分水汽集中在对流层中下层,主要来自印度季风区孟加拉湾和南海,而对流层中上层,则以中纬度西风带输送为主。春、秋、冬季四川东南地区有较强的水汽辐合中心,结合大气环流和大气湿度分布揭示了区域上空水汽汇聚,可以较好地指导云雨作业。     

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。     

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。     

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。     

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。     

西双版纳2021年冬末盛夏暴雨对比分析

利用ERA5欧洲中心再分析资料、常规观测资料对比分析了2021年2月7～9日和7月19～21日西双版纳冬夏暴雨天气。结果表明：（1）500hpa南支低压槽加深东移和700hPa低空急流充沛的水汽输送并急剧辐合以及低层切变线或辐合区扰动触发抬升利于冬季暴雨发生;夏季暴雨是在500hPa“东高西低”高压环流间低涡持久稳定和热力抬升低层大量的水汽至暴雨区上空引发强辐合上升运动下产生的;（2）大气边界层弱偏强冷平流利于冬季暴雨发生,近地面极弱的冷平流是夏季暴雨发生的有利条件。     

利用SAGE Ⅱ卫星资料分析青藏高原上空臭氧垂直廓线

利用1985-2002年SAGE Ⅱ卫星资料获取青藏高原地区上空大气臭氧垂直廓线,分析其变化规律.结果表明:①卫星资料与地面臭氧探空资料有很好的一致性;②青藏高原上空大气臭氧垂直廓线存在南北间的差异和季节变化,夏秋季臭氧廓线极大值出现的位置比冬春季高出1～2 km(高原南部)和2～3 km(高原北部);③臭氧数浓度在10～20 km的高度存在明显季节和南北区域差异;④与同纬度其他地区的平均值相比,夏季(6-9月)臭氧低值主要出现在15～20 km的高原对流层顶附近,最低值出现在18 km附近,而冬季这种差异相对较小.      

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。     

四川盆地冬季两次典型大气污染过程对比分析

为探究四川盆地冬季污染天气过程气溶胶分布和垂直气象场特征,利用MODIS MCD19A2大气气溶胶光学厚度数据、实况格点融合分析数据、环境空气质量监测数据以及探空气象观测数据,对四川盆地2017年12月19日—2018年1月3日以及2018年1月11—24日两次污染天气过程的气溶胶光学厚度(AOD)空间分布以及气象条件进行分析.结果表明:①四川盆地冬季两次污染天气过程中,成都市一直为AOD高值区.②霾天气过程(2018年1月11—23日)中,四川盆地AOD高值区分布区域更广,高低空环流形势稳定,混合层高度偏低,近地层逆温和高湿环境均有利于霾天气的形成与持续.③沙尘天气过程(2017年12月29日—2018年1月1日)中,四川盆地AOD值呈“南高北低”的空间分布特征;冷空气携带沙尘气溶胶自北向南影响四川盆地,对混合层高度有小幅抬升作用,空气质量得到轻微改善;但混合层高度始终偏低,干冷空气使近地层相对湿度下降,本地气溶胶粒子数减少,但沙尘气溶胶粒子数增加,伴随近地层逆温稳定维持,有利于沙尘天气的形成与持续.研究显示,冬季四川盆地混合层高度偏低、近地层逆温稳定维持,均不利于气溶胶粒子垂直扩散,导致四川盆地易出现污染天气.      

我国南部夏季季风降水水汽来源的稳定同位素证据

我国南部地区夏季降水多受季风影响。不同的季风将来自不同通道的水汽带入我国境内,控制降水的时空分布。论文利用CHNIP(中国大气降水同位素网络)中位于南部地区的观测站点,在2005年7月间,收集了月大气降水样及同步观测的气象数据。分析表明,降水中稳定氢氧同位素的空间分布可以很好地示踪和反演该地区夏季季风降水的3个主要水汽来源以及传输路径--体现南亚季风的西南水汽通道、体现南海季风的南海水汽通道及体现副热带季风的东南水汽通道。得到的大气降水线方程:δD=5.15δ¹⁸O-15.5反映了我国南部地区的降水过程历经了一定的蒸发。对δ¹⁸O与各环境因子的关系进行探讨时发现,δ¹⁸O与降雨量和高程存在对数关系,而与温度和相对湿度间存在显著的二次函数关系。综合考虑各环境因子对δ¹⁸O的影响,给出多元线性回归方程:δ¹⁸O(‰)=0.007H(m)+1.47T(℃)-0.02P(mm)+0.24RH(%)-66.3。     

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。     

我国西南地区吸收性气溶胶时空分布

利用2006~2017年的MERRA-2再分析数据、CALIPSO卫星反演数据以及欧洲中心（ECMWF）提供的ERA5再分析资料研究了西南地区吸收性气溶胶的时间变化趋势及空间分布特征.结果表明2006~2017年吸收性气溶胶四川盆地与云南南部整体呈下降趋势,同时存在季节性差异.CALIPSO反演的烟尘气溶胶（主要由强吸收性的碳质气溶胶组成）的三维时空分布及演变趋势表明,云贵高原的黑碳气溶胶消光系数最大,四川盆地次之;从高度分布上来看,黑碳气溶胶在青藏高原的夏季能够被抬升至8~10km（海平面高度以上）左右,而云贵高原黑碳气溶胶主要分布在2~4km左右,四川盆地则集中在1~3km左右.     

全球和东亚地区CH4浓度时空分布特征分析

利用最新的AIRS卫星观测资料分析了2002年12月~2016年11月全球和东亚地区（70°~140°E,10°~55°N）CH₄浓度的时空变化分布特征.研究发现,2003~2016年,全球CH₄年平均浓度从1774.2×10^-9增加到1789.1×10^-9,年增长率约为1.1×10^-9/a;东亚地区CH₄年平均浓度从1811.5×10^-9增加到1841.0×10^-9,年增长率约为2.0×10^-9/a.在美国西南部、南美洲南部、澳大利亚东南部、中国青藏高原和东北地区等地上空,CH₄浓度增幅比较明显,而在北美洲的东北部上空,CH₄浓度出现负增长.北美洲东北部和俄罗斯东部等地上空CH₄浓度的变化与温度变化呈正相关;如在冬季,该地区温度与周围地区相比更低,同时CH₄浓度更低.本文利用近10a的卫星数据获得了CH₄浓度的垂直廓线,显示不同纬度带CH₄浓度均随着高度的升高逐渐减小,且高纬度地区CH₄浓度减小的最快.近年来,在低纬度地区对流层中低层CH₄浓度变化较为明显.在对流层低层（850hPa）,北半球CH₄浓度随着纬度增加逐渐变大;在南半球则随着纬度增加先减小后变大.而在平流层内,CH₄浓度在赤道处最大,且随着纬度的升高逐渐减小.此外,CH₄的浓度分布存在明显的季节变化：在北半球,大部分地区夏季CH₄浓度高于冬季（约20×10^-9~40×10^-9）,但在撒哈拉沙漠和中国新疆塔里木盆地等地区上空,冬季CH₄浓度高于夏季（约40×10^-9~60×10^?9）.在冬季,中国四川西部上空的CH₄浓度要比青藏高原上空高（约100×10^-9~120×10^-9）.     

青藏高原夏季500hPa纬向风昼夜差异及其影响

论文利用NCEP/NCAR再分析资料及中国142 个测站12 小时降水资料,采用线性倾向估计、合成分析、相关分析等方法,对青藏高原夏季500 hPa 纬向风的昼夜变化特征及其影响进行了分析。结果表明：自1950 年以来,高原夏季500 hPa 昼、夜纬向风均呈现整体减弱趋势,且减弱趋势夜间比白天明显,纬向风日较差呈增大趋势。高原昼、夜纬向风在1967 年均存在减弱突变,纬向风日较差存在1965 年的减小突变和1975 年的增大突变,纬向风日较差具有4~6 a 及16~23 a 的显著周期。高原昼夜纬向风异常,使得高原东侧及其以东地区出现异常的上升或下沉气流,且高原纬向风减弱时,长江以北的我国大部分地区降水偏少,长江以南地区降水偏多,降水对高原纬向风异常响应的昼夜差异主要表现在四川盆地东西部降水异常的昼夜差异上。     

开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的定量分析

开都河是注入博斯腾湖的最大河流,1958～2002年间平均入湖水量达23.62×10⁸m³,占博斯腾湖总补给量的80%以上。1958年以来开都河灌区灌溉引水量维持在8.17×10⁸m³～13.18×10⁸m³之间,其中20世纪60年代灌溉引水量平均为10.14×10⁸m³/a,占开都河径流量的31.1%;70年代引水量上升到12.15×10⁸m³/a,为开都河径流量的36.5%;80年代引水量下降到11.29×10⁸m³/a,但引水量仍占开都河径流量的36.5%;90年代灌溉引水量进一步降至9.85×10⁸m³/a,仅占径流量的27.1%。通过水量平衡分析和相关回归计算,得出开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的数值:20世纪60年代平均值为62.4km²;70年代平均值为80.8km²;80年代、90年代分别为90.4km²、76.7km²,2000年以来平均仅为41.3km²。由此可见,45年来开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积的影响经历了弱→强→弱的变化过程。     

中国西南纵向岭谷地区可降水量的变化特征

利用NCEP/NCAR 1948~2002年月平均比湿、风场以及高度场等再分析资料,对纵向岭谷及周围地区的多年平均气柱可降水量及其月、季节变化以及年际和年代际变化特征进行了分析。结果表明,纵向岭谷地区可降水量具有明显的月际、季节、年际和年代际变化。在纵向岭谷地区,气柱平均可降水量季节变化明显。四季都为南湿北干的分布,夏季可降水量含量最大,冬季最小,云南大气含水量的分布在整体上大致为西北东南向的"凹"字形。纵向岭谷可降水量的月际变化反映了纵向岭谷地区南北向通道作用和东西向阻隔作用。夏季可降水量在25°N附近、98.5°E附近以及106°E附近地区发生了明显变化。夏季、冬季纵向岭谷区的可降水量变化具有明显的年际和年代际变化特征。纵向岭谷区夏季可降水量在20世纪70年代初发生了年代际变化;冬季可降水量在20世纪50年代中期、60年代后期以及80年代初期发生了年代际变化。