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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

不同水汽来源对湖南长沙地区降水中 δD、δ18O的影响

根据2010年在长沙地区进行降水收集和气象要素观测的资料,分析了该地区降水中δ¹⁸O与温度、降水量之间的关系,揭示了降水中δD、δ¹⁸O的变化特征,讨论了水汽输送对降水中δ¹⁸O变化的影响。结果表明,在天气尺度下,长沙地区大气降水中δ¹⁸O与降水量、温度之间存在显著的负相关关系,即该地区降水中δ¹⁸O的变化具有显著的降水量效应及反温度效应。对长沙地区的降雪样和降雨样进行线性回归,得出大降水事件和降雪的大气降水线具有较大斜率和截距。随着降水量的减小,大气降水线方程的斜率和截距也逐渐减小,这主要由于小降水事件的雨滴在降落过程中受到二次蒸发强烈,同位素分馏强烈。利用HYSPLIT模式追踪该地区气流的轨迹发现,在季风降水期间(5—9月),δ¹⁸O值偏低的水汽主要来自孟加拉湾、南海洋面与西太平洋海区;在非季风降水期间(10—4月),δ¹⁸O值偏高的水汽主要来自西风带携带的水汽和局地水汽环流。     

卧龙降水稳定同位素与季风活动的关系

2003-07～2004-07在四川卧龙自然保护区对逐次降水事件进行采样,分析了降水的稳定同位素特征及其与降水量、气温和风向风速等气象参数的关系.结果表明.4～8月降水的过量氘(d-excess)值为(8.4±7.4)‰,降水由东亚季风带来的大洋水汽主导;9～10月降水的d-excess值为(-7.4±12.5)‰,降水由南亚季风带来的经过强烈分馏作用的大洋水汽主导;11月～次年3月降水的d-excess值为(12.5±12.1)‰,降水由本地蒸发水汽以及西风环流带来的内陆蒸发水汽主导.季风期降水的δD和δ18O具降水量效应(r分别为-0.389、-0.380,P＜0.05),次一级是气温影响(P≤0.10).季风期降水的δD、δ18O与南风指数呈显著负相关(r分别为-0.354、-0.390,P＜0.05),表明降水中的稳定同位素比率对水汽来源与运输过程指示性很强,特别是南亚季风的暴发带来了稳定同位素比率和d-excess值都极低的降水.     

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。     

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.     

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。     

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。     

台湾海峡及周边海区气溶胶时空分布特征的遥感分析

首次利用连续3年(2002～2004)的MODIS气溶胶卫星遥感资料分析了台湾海峡及周边海区的气溶胶时空分布特征.研究表明,台湾海峡及周边海区气溶胶多年平均光学厚度沿岸呈带状分布且表现出随离岸距离呈指数降低的空间分布特征.各典型海区中,台湾海峡多年平均气溶胶光学厚度最高;其次为东海南部和南海北部,西北太平洋海区的气溶胶光学厚度最低.4个季节的气溶胶光学厚度时空分布特征明显不同,呈现出春季高、冬季略高于秋季、夏季低的特点.春季受我国北方沙尘天气影响,整个海区气溶胶光学厚度高于其它季节,达到0.32;沙尘气溶胶在冬季季风的作用下能够向南跨越东海,最远传输到西北太平洋海区上空,使得该海区的气溶胶光学厚度值达到0.22,明显高于其它季节,夏季则由于东南季风和多降雨天气的影响,陆源污染物向海扩散条件差,气溶胶光学厚度低,仅为0.12,气溶胶类型分布分析表明,近岸海区的气溶胶类型主要以来自陆源的污染和烟尘气溶胶为主,春、秋以及冬季在大气动力的作用下可以输送到较远的海区上空;远岸海区的气溶胶类型则可能主要以海盐气溶胶或沙尘气溶胶(春季)为主;近远海之间海区的气溶胶类型分布则主要以污染气溶胶和海盐气溶胶(或沙尘气溶胶)混合为主.     

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。     

内蒙古夏季大气降水同位素特征及影响因素

为探明内蒙古地区夏季大气降水中δD和δ¹⁸O组成特征及其对气象因子变化的响应关系,于2017~2019年夏季采集了内蒙古阿拉善左旗、呼和浩特市市区、正蓝旗、克什克腾旗（达里湖）、通辽科尔沁左翼中旗和呼伦贝尔新巴尔虎右旗（呼伦湖）等6个区域共计82次大气降水样品,结合来自全球降水同位素观测网（GNIP）的包头、张掖等6个区域大气降水样品中δD和δ¹⁸O数据,分析了内蒙古地区大气降水中δD和δ¹⁸O变化的区域差异及其主要影响因素,结果表明：内蒙古局地大气降水中δD和δ¹⁸O值存在自西向东不断偏负的趋势,其中呼伦贝尔新巴尔虎右旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏负;相对地,西部阿拉善左旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏正;内蒙古地区局地大气降水线斜率和截距同样表现出自西向东逐渐偏正的变化趋势,显示二次蒸发作用的影响逐渐下降,且局地蒸发水汽团对西部地区大气降水影响明显,如位于西风环流影响区的阿拉善左旗等区域局地蒸发气团占到8月部分单次大气降水来源水汽团的100%,而7月份,东亚夏季风环流对内蒙古局地大气降水的影响最为明显;整体上,虽然区域大气湿度变化引起的二次蒸发是影响内蒙古局地大气降水过程的一个关键因素,不过大气降水量对夏季大气降水稳定同位素组成的影响最明显.即西风环流影响区大气湿度变化对氘盈余指数d值的影响程度明显强于东亚夏季风区大气湿度变化的影响,而东亚夏季风环流影响区大气降水量对d值的影响程度则相对明显.     

基于地基GPS层析大气水汽资源的方法研究

大气水汽资源作为一种潜在的水资源,对实现淡水资源的可持续利用具有重要的战略意义。地基GPS层析大气水汽技术为研究大气水汽资源的三维分布提供了定量依据,对于合理开发利用大气水汽资源具有重要意义。论文介绍了地基GPS层析大气水汽技术的基本原理;层析网格的划分是地基GPS层析大气水汽技术的关键问题,文中对国内外地基GPS层析网格划分方法进行了论述,并总结了该技术普遍使用的3种模型,即对流层模型化算法、一般算法和Kalm an滤波法;最后提出地基GPS层析大气水汽技术中存在的问题,并对该技术未来发展方向给出了建议。     

长沙大气降水中稳定同位素变化及过量氘指示水汽来源

基于2010 年1 月1 日至2012 年5 月31 日长沙日降水同位素资料,对长沙降水中稳定同位素、过量氘(记为d) 的变化特征以及它们与降水、温度和湿度的关系进行了分析。研究发现:①在季风系统下, 降水中稳定同位素、d 均具有明显的季节变化,表现出夏半年的低值与冬半年的高值交替变化的特点;②降水中稳定同位素在不同时段均存在降水量效应和湿度效应,另外,夏半年中表现为反温度效应,冬半年则表现出温度效应;③综合考虑降水中d 和δ¹⁸O 与大气湿度的关系, 可认为影响长沙降水中稳定同位素变化的主要原因与降水的气团性质有关。夏半年中,夏季风盛行,降水的水汽主要来源于西南季风、东南季风所携带的海洋水汽,空气湿度大,d 小,重同位素在水汽输送过程中因不断冷凝而大大贫化,从而降水中δ¹⁸O(δD) 较小;冬半年中,长沙受大陆性气团控制,降水的水汽则主要来源于西风带及当地蒸发,空气湿度小,降水中δ¹⁸O(δD) 以及d 均较高。