基于迹线方法的黄河源区降水来源分析

黄河源区是青藏高原生态屏障的重要组成部分,也是黄河的主要水源地,具有重要的生态环境与社会经济意义.本文基于拉格朗日迹线观点,利用自主研发的高效并行大气迹线求解软件pyTraject获得黄河源区1980～2018年全部6h累计降水量大于1mm的降水来源迹线,采用水汽源归因法对这些降水进行溯源分析,并采用已有的类似软件hysplit进行对比验证.结果表明,黄河源区降水中有43%左右的水汽由青藏高原贡献;青藏高原、南亚和四川盆地的水汽贡献对黄河源区的降水变化起主导作用;青藏高原东南部、四川盆地、柴达木盆地等地对黄河源区降水的水汽贡献呈显著增长趋势.基于拉格朗日观点的降水来源解析可为更好地理解区域的水物质循环,尤其是空中的水物质输送过程,以及其历史演变过程提供参考依据.     

基于卫星降水融合产品的黄河源区汛期径流模拟

黄河源区(唐乃亥水文站以上)多年平均径流量约200×108m3,占黄河天然径流量的34%,是黄河流域的主要产流区和重要的水源涵养区.黄河源区历史汛期径流的变化一直是学界关注热点.本文以数字流域模型研究对象,旨在提高黄河源区历史汛期径流模拟结果精度.首先对比评价了黄河源区多源降水数据,相比于地面雨量站数据和CMORPH降水数据,CMORPH地面融合降水数据在黄河源区分辨率较高,精度可靠.其次集成了适用于黄河源区的大尺度、高分辨率的数字流域模型,利用融合降水数据,完成了黄河源区汛期径流的模拟.将2008~2012年汛期划分为率定年和验证年,径流模拟结果显示,率定和验证期逐日径流过程的Nash-Sutcliffe效率系数较高,汛期径流量符合良好,证明了数字流域模型在黄河源区的适用性,有利于黄河源区水资源分布进一步的评估和管理.     

华南春旱特征及其与水汽输送的关系

利用1979-2005年华南47个基准站降水资料及由NCAR/NCEP II再分析资料计算所得的水汽输送通量资料,对华南春季降水特征及其与水汽输送的关系进行研究,结果表明:华南春季降水可以110.5°E为界划分为两个区域,以东区域为华南I区,以西区域为华南II区。I区降水具有显著的下降趋势,即干旱趋势显著;而II区降水下降趋势要弱得多,未超过信度检验。此外,I区降水在1994年发生突变,由多雨期突然跃变到干旱期。华南春季水汽主要来源于南海和西太平洋,并经中南半岛转向输送到华南,当南海中北部的偏南水汽输送偏弱(强)时,I区降水偏少(多),I区偏旱(涝),当南海西南部-中南半岛南部的偏南水汽输送偏弱(强)时,II区降水偏少(多),II区偏旱(涝)。     

"艾云尼"台风移动路径和外围降水诊断分析

利用1°×1°的NCEP FNL全球再分析资料和探空、地面观测等资料,综合分析了环流背景、下垫面及地形对2018年第4号台风"艾云尼"台风异常路径的影响,并对"艾云尼"外围降水的物理量特征进行了诊断分析。结果表明:"艾云尼"具有维持时间长、强度稳定、路径异常等特点,其本体和外围造成的降水均带来较严重的影响;500 hPa北侧最大偏东气流分量与南侧最大偏西气流分量绝对值差以及东西两侧最大南北风速绝对值差对台风转向有一定的指示作用;台风东侧偏南气流为赣州提供了充足的水汽条件,上升运动区、水汽通量散度辐合区与降水分布有较好的对应关系,强中心维持时间与降水量级成正相关。     

基于卫星遥感降水反演产品在黄河源区的水文应用研究

多卫星遥感降水产品具有高时空分辨率、覆盖范围广等特点,弥补了传统地面观测时空上的局限性,并为无或缺资料地区提供新的数据来源。为评价TRMM 3B42-V7降水产品在地形复杂的高原山区的精度及适用性,以黄河源区为例,利用地面观测降雨站点对卫星数据的精度及适用性进行评估,并结合大尺度陆面分布式水文模型VIC进行水文模拟验证。研究结果表明:3B42-V7与地面观测站点的流域平均月降水之间的相关系数达到0.99;空间尺度上,流域尺度相关性优于网格尺度;时间尺度上,月尺度相关性较日尺度好。该产品可在一定程度上代替黄河源区的地面观测,但使用时需要根据实际情况对模型的参数重新率定。     

Community Climate Model 3气候模式在东亚季风区产生虚假降水的一种可能原因

通过分析NCAR CCM3气候模式的15年积分结果,从形成降水的垂直运动和水汽供应条件的角度,试图揭示该模式在东亚季风区产生不合理虚假强降水的可能原因.与观测的降水分布相比,CCM3模拟的东亚季风区降水中心位置偏西,雨量偏强,其中对流降水占虚假降水中心总降水量的82%左右.进一步分析发现,对流层上层200 hPa副热带急流南侧的散度季节变化与110°E以西的虚假降水季节变化具有较好的对应关系,急流入口区附近的直接垂直环流上升支位于青藏高原东北部,同时由于急流南侧对流层上层辐散引起的抽吸作用,加强低层的垂直运动,从而为虚假的强对流降水形成提供上升运动条件.分析对流层低层的水汽(比湿)分布和水汽输送表明,模拟的青藏高原地区大气的水汽含量比NCEP/NCAR再分析的水汽含量高,经过高原从孟加拉湾输送到虚假降水中心地区的水汽偏强,从而为虚假的强对流降水形成提供了充足的水汽条件.因此,在改进气候模式对东亚季风区虚假降水的模拟性能时,除了对模式物理过程做改进外,在青藏高原附近地区的水汽分布和水汽输送以及对流层上层西风急流位置和强度模拟的合理性方面也需要引起足够的重视.     

FY2C水汽通道资料反映的西藏高原水汽特征

本文利用2007-2009年逐时FY2C静止气象卫星水汽通道观测资料、T213垂直速度分析场分析了西藏高原水汽的空间分布,指出西藏高原有3条水汽通道,水汽来源来自孟加拉湾、南海和阿拉伯海;高原水汽日变化特点是昼弱夜强,与西藏地区降水昼晴夜雨的特征一致;地形影响水汽分布形式,进而影响降水分布特征,分析西藏高原降水分布时应该综合考虑这三者之间的联系。     

绵阳机场冬季连续浓雾天气成因及特征分析

该文结合Micaps系统平台,NCEP/NCAR的2.5°×2.5°格点的再分析资料及常规资料等对2013年12月28日～2014年1月2日绵阳机场连续浓雾天气过程的天气学环流背景、相关物理量、大气层结和稳定度进行分析,揭示有利于连续浓雾形成和维持的机制及成因。结果表明此次过程发生前700hPa西南气流带来弱暖湿平流为大雾的产生和维持提供了良好的环流背景;中低层充足的水汽及925hPa以下较强的逆温层为大雾维持提供了有力条件;浓雾发生前期,对流层低层风向以东南和偏南气流为主,发生时有弱西北气流扰动,700hPa以下至近地面层均为辐合上升区,700～500hPa为弱辐散下沉区和零辐散区,这种配置使水汽在中低层汇合,有利于稳定性层结的建立与浓雾的维持。     

一次致洪大暴雨对长江两个子流域的影响分析

利用高空、地面观测和NCEP/NCAR再分析资料,对2009年8月3日-5日发生在长江两个子流域(嘉陵江和綦江流域)的一次致洪大暴雨的降水时空分布、环流背景、水汽输送及对流域水文条件的影响进行了分析.结果表明:此次暴雨环流背景是高空槽耦合了"天鹅"台风阻塞的西南低涡,南侵冷空气和西南急流输送的暖湿水汽交汇,导致不断有中小尺度对流系统的生成、发展;暴雨第一阶段降水是纬向和经向水汽输送的共同作用,第二阶段以纬向输送为主;两个子流域暴雨期间700hPa比湿值一直在10g/kg以上,最强降水均产生在水汽通量大值区,同时也是水汽通量散度梯度最大处,产生时间则为低层散度值变化最大梯度期间;綦江流域降水比嘉陵江流域降水持续时间短,但其流域面积小,面雨量反而更大,造成其先达到最高水位,超保证水位,嘉陵江未超警戒水位,本次致洪暴雨造成两流域及长江上游均达到一年中最高水位.     

北疆大气降水水汽源识别及其对地下水补给的指示意义

 大气降水是水循环的输入项,其同位素特征是示踪水汽来源及运动路径的有效工具。利用北疆4个大气降水观测站的同位素数据,结合HYSPLIT模式,重点分析了北疆大气降水同位素特征。区域大气降水线方程δD=7.3δ¹⁸O+3.5,反映了新疆独特的干旱气候环境。受不同降水水汽来源影响,天山及阿勒泰2个地区降水同位素特征表现不同。天山地区受西风带水汽季节性漂移的影响,氘盈余夏季低冬季高,成“V”型;阿勒泰地区常年受北冰洋水汽影响,氘盈余年内变幅不明显。尽管δ¹⁸O均表现为夏季富集、冬季贫化,但多年均值差异明显,该差异也使得利用同位素确定地下水补给来源成为可能。准东盆地东天山附近地下水主要受到来自东天山的大气降水补给,而北侧自流区地下水同位素相对贫化,与阿勒泰站大气降水同位素及氘盈余特征相似,结合地形、水文地质条件等特征,认为该区主要受克拉美丽山大气降水补给。     

利用云图作兰州地区降水预报初探

由于青藏高原气象观测站较少,利用天气图作兰州地区降水预报有困难。本文利用卫星云图统计资料,通过对云图中水汽输送路径及其与兰州地区降水出现概率之间关系的分析,做出兰州地区降水预报。     

北半球夏季印度洋和太平洋水汽交汇区及其空间分异规律研究

在定义太平洋和印度洋水汽影响边界及其交汇区的基础上,应用欧洲中期数值预报中心提供的再分析资料,判识出北半球夏季太平洋和印度洋水汽交汇区的具体地理位置,及交汇区中太平洋和印度洋水汽的空间分异规律．结果表明：6,7和8月份太平洋水汽影响边界基本位于印度洋和太平洋的地理分界线,即100°E附近．印度洋水汽影响边界都在太平洋上,并随着时间的推移有逐渐东扩的趋势．太平洋和印度洋水汽交汇区位于西至97．5°E、东至142．5°E的东亚地区．夏季印度洋和太平洋水汽交汇区中,太平洋净水汽贡献率向西向北呈逐渐减少的趋势;印度洋净水汽贡献率的空间分异规律较太平洋的复杂,但大致向东向北呈逐渐减少的趋势;纵向岭谷区的水汽主要来源于印度洋．     

一次致洪大暴雨对长江两个子流域的影响分析

利用高空、地面观测和NCEP/NCAR再分析资料,对2009年8月3日-5日发生在长江两个子流域(嘉陵 江和綦江流域)的一次致洪大暴雨的降水时空分布、环流背景、水汽输送及对流域水文条件的影响进行了分析.结 果表明:此次暴雨环流背景是高空槽耦合了“天鹅”台风阻塞的西南低涡,南侵冷空气和西南急流输送的暖湿水汽 交汇,导致不断有中小尺度对流系统的生成、发展;暴雨第一阶段降水是纬向和经向水汽输送的共同作用,第二阶 段以纬向输送为主;两个子流域暴雨期间700hPa比湿值一直在10g/kg以上,最强降水均产生在水汽通量大值 区,同时也是水汽通量散度梯度最大处,产生时间则为低层散度值变化最大梯度期间;綦江流域降水比嘉陵江流域 降水持续时间短,但其流域面积小,面雨量反而更大,造成其先达到最高水位,超保证水位,嘉陵江未超警戒水位, 本次致洪暴雨造成两流域及长江上游均达到一年中最高水位.     

库姆塔格沙漠大降水环流分型及不同环流型典型天气过程分析

利用1960-2014年最靠近库姆塔格沙漠的4个气象观测站的逐日降水资料、2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料和1°×1°的FNL再分析资料,在库姆塔格沙漠大降水500 hPa环流分型的基础上,运用物理量场诊断分析方法对不同环流型的典型大降水过程进行诊断分析,并运用HYSPLIT后向轨迹模型追踪其水汽来源.结果表明:大降水的500hPa环流型可分为低涡切变型、新疆低槽型和贝加尔湖至新疆横槽型;大降水的水汽路径主要分3支:西风气流携带的来自大西洋、里咸海和极地北冰洋的海源水汽,沙漠南侧西南气流携带的来自印度洋-孟加拉湾的暖湿水汽,华中一带东南气流携带的来自孟加拉湾-南海和西太平洋的暖湿水汽;库姆塔格沙漠上空区域平均水汽通量随高度增加而递减,各层中以700 hPa水汽通量最大.大降水期间垂直上升运动强,为大降水的发展和维持提供动力条件.     

内蒙古西部水汽总量与地面水汽压关系分析

根据2007-2008年内蒙古西部呼和浩特站,二连浩特站逐日08时地面及探空气象观测资料,计算得出两个站点全年水汽总量与地面水汽压值,对水汽总量与地面水汽压的特征及其关系进行了分析。在此基础上利用最小二乘原理对水汽总量与地面水汽压进行了回归分析,分别建立了两站的w-e回归方程,并对回归方程进行了检验。结果表明：水汽总量与地面水汽压之间存在着良好的线性关系,得出的w-e回归方程相关系数均趋近于1,拟合程度较高。此回归方程为不具有探空条件的气象站点提供了利用地面水汽压计算水汽总量的简便方法,具有良好的实际应用价值。     

西北地区空中水汽输送时变特征及其与降水的关系

利用西北地区25个气象观测站1964～1998年的降水量等多个气象要素资料以及1980～1998年西北地区高空风场资料,分析了西北地区空中水汽分布及其输送的年代际变化特征,并探讨了与降水量变化的关系.结果表明:西北地区上空对流层内的水汽含量具有区域差异,在西北地区东部和西部水汽较丰富,而西北地区中部水汽含量极少,这与西北地区降水的地理分布基本一致;西北地区对流层整层的水汽含量从20世纪60～80年代初有下降趋势,而在20世纪80年代中期以后又开始出现显著增加的趋势.在年际变化上,降水的变化趋势与水汽的变化趋势在部分年份里存在一定差异,这主要因为降水是由多种因素决定的;西北地区水汽输送主要以纬向为主,且水汽输送两个大的通道对应降水的极大值中心;全球变暖对西北地区空中水汽分布有一定影响.     

降水空间插值方法应用研究——以黄河源区为例

使用反距离加权法、张力样条函数法和普通克里格法对黄河源及其周围地区65个气象站点1990～2001年12年间月平均降水数据进行空间插值,并对模拟结果进行了交叉检验和站点检验.3个检验标准的检验结果表明:3种插值方法的结果都基本能反映黄河源区降水的大体空间分布规律,而普通克里格法略优于其他两种方法.研究结果表明:样本本身的空间分布在很大程度上影响插值精度,台站的密度对插值效果的影响也非常显著.给出了黄河源区年平均降水空间分布图.     

2012年8月12-13日豫西暴雨过程分析

利用MICAPS常规气象观测资料、NCEP1°×1°6小时分析资料、三门峡多普勒天气雷达资料、自动雨量站资料对2012年8月12-13日豫西地区的暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明：①台风“海葵”登陆减弱后的低压环流与中纬度低槽相配合,是造成此次豫西暴雨的主要原因.②前期气温较高,不稳定能量大量积聚,冷锋的影响为冲破不稳定层结提供了外部抬升条件.③减弱后的台风“海葵”带来的我国东部沿海的水汽输送与低层剧烈水汽辐合为此次暴雨提供了所需的水汽.④大范围上升运动区的出现和发展,为强降水的产生提供了动力条件.⑤本次暴雨过程中,高层湿位涡正压项大值区向下伸展,中低层气旋性涡度增大,上升运动加强,有利于降水加强,因此高层湿位涡侵入下伸,对暴雨起到增幅作用.     

青藏高原对非洲北部降水影响的模拟研究

利用耦合模式CESM1.0, 研究青藏高原地形对非洲北部降水的影响。敏感性试验结果表明, 去掉青藏高原地形后, 首先, 大气环流迅速做出调整, 出现自热带大西洋向东北方向至北非的水汽输送异常和自印度洋向西至北非的水汽输送异常, 造成北非大气水汽含量增加和水汽辐合增强, 降水增多。然后, 当海洋环流调整到准平衡态时, 北大西洋海表温度降低, 南大西洋海表温度升高, 地表大气温度也发生相应的变化。在南北温度梯度的影响下, 原本由热带大西洋向北非的水汽输送发生转向, 导致北非的水汽含量减少和水汽辐合减弱, 使得降水比前一阶段减少。即便如此, 在没有青藏高原的试验中, 当海洋环流调整到平衡态时, 北非大部分区域水汽辐合仍然强于有青藏高原的真实地形试验, 区域平均降水也增多。结果表明, 青藏高原的隆升可能在一定程度上加剧了北非的干旱化。     

莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水特征分析

应用地面观测数据、历史天气图和NECP再分析资料,普查了近10年莆田地区秋冬季低层东风回流下的非典型降水天气个例,对形势场合成以及对回流天气过程的动力条件、水汽来源进行了诊断分析.结果表明,莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水概率为11.9％,回流天气产生降水时中高层受西南气流影响且有弱的辐散维持,地面高压楔前部以及沿海...