呼和浩特地区降水雨滴谱特征分析

文中利用2014年5月-8月及2015年5月呼和浩特地区四部雨滴谱仪的观测数据,用Gamma分布拟合了平均雨滴谱,分析了三种不同性质降水(层状云、混合性、对流云)的平均雨滴谱及总粒子浓度、降水强度和雷达反射率因子特征。将降水粒子按尺度分为四个档,分析了各尺度的降水粒子在总粒子浓度和总含水量中所占的比例。结果表明,三种性质降水的雨滴谱均表现为单峰分布的特征,且粒子浓度峰值在低谱宽段,其中层状云降水的雨滴谱宽度最窄,平均谱宽为2.06mm;其次是混合性降水,平均谱宽为2.78mm;最宽的是对流性降水平均谱宽为3.25mm。层状云降水总粒子浓度最大,混合性次之,对流性最少。总含水量特征表现为层状云、混合性、对流云降水依次递增的特征,Ⅱ档以上粒子虽然数量少于小粒子,但对总含水量的贡献要多于小粒子。小时雨强表现为层状云、混合性、对流云降水依次递增的特征。层状云降水反射率因子最小,最大值在35dbz以下,混合性降水在40dbz左右,对流云降水在50dbz左右。     

宁夏六盘山区地面雨滴谱特征统计分析

利用2020—2021年六盘山区58次降雨过程不同站点的雨滴谱数据，对层状云、对流云、积层混合云三类降雨的微物理参量、雨滴谱平均特征，以及Gamma分布参数等进行了分析。结果表明：(1)同一站点的各微物理参量以及特征直径均值表现为：对流云>积层混合云>层状云；在层状云和积层混合云中，平均直径D_ave、众数直径D_mode表现为山腰大于山顶和山底，随着东、西坡两侧海拔高度的升高，其最大直径D_max、质量加权平均直径D_m、雨强R、雷达反射率Z、液态含水量Q逐渐增大；(2)层状云和积层混合云小雨滴对雨强和数浓度的贡献均为最大，对流云小雨滴对数浓度贡献最大，而中等雨滴对雨强的贡献最大；(3)Gamma分布的参数N₀(阶距参数)、μ(形状参数)、λ(斜率参数)随着海拔高度的升高而减小，μ-λ拟合曲线的斜率与降水类型密切相关；(4)山顶站点雨滴粒子数浓度N_w较山脚站点有所减小，而平均尺度D_m增大；(5)西北气流型的雨滴谱各特征直径参量及...     

近半个世纪以来祁连山区气温与降水变化的时空特征分析

利用祁连山区19个气象站1960-2005年月平均气温、月平均最高、最低气温、月降水资料,采用线性趋势分析、滑动平均、累积距平等对祁连山近46年的降水、气温变化的时空分布特征进行了分析。结果表明:(1)1960-2005年祁连山区的气温呈显著的上升趋势,最低气温的升幅要高于平均气温和最高气温;(2)祁连山区的气温变化和西北地区的气温变化有很好的同步性,祁连山区西段的气温变化要比东段和中段更加显著;(3)祁连山区的降水呈明显的上升趋势,但是区域差异性很明显,西段增加最为显著,从1978年开始显著增加,要早于西北其他地区。南坡的降水增加要比北坡显著。     

三江源一次降水过程雨滴谱垂直演变特征

利用布设在泽库站内的微雨雷达（Micro Rain Radar,MRR）、OTT-PARSIVEL激光雨滴谱仪、雨量计（Rain Gauge,RG）观测资料,针对2021年9月17日一次降水天气过程,对比分析MRR在高原地区的适用性,研究了不同雨强MRR观测参量及雨滴谱的垂直变化特征。结果表明：在此次过程中MRR与雨滴谱仪及RG的累计雨量结果较为一致,MRR 200 m雨强与雨滴谱仪反演值相关性较好。不同雨强下降水参量在垂直分布上有所差异,雨强Ⅰ档,受蒸发作用影响反射率因子、液态水含量、雨强由高层至低层表现出波动变化的趋势;雨强Ⅱ档,蒸发作用减弱,各微物理量峰值高度有所降低;雨强Ⅲ档,粒子碰并作用增强直径增大,各微物理量随高度的降低而增大。此次降水过程以小粒子为主,在各个高度层小粒子对数浓度的贡献均最大。1000～4000 m小粒子对雨强贡献率均大于90%;1000 m以下中等粒子随着高度降低对雨强的贡献逐渐增大;大粒子在高层对雨强的贡献率大于低层。     

亚洲中部高山降水稳定同位素空间分布特征

为了揭示中亚高山地区大气降水稳定同位素的时空分布特征，开展不同尺度下干旱区水文循环的研究，分析了亚洲中部天山、昆仑山、祁连山地区18个站点的降水氢氧稳定同位素资料。结果表明：天山、昆仑山和祁连山地区降水稳定同位素季节变化较为明显，表现出夏半年高、冬半年低的变化趋势。3个地区降水稳定同位素的空间分布也呈现出显著的季节差异。除昆仑山外，天山和祁连山大气降水线方程的斜率均低于全球大气降水线，说明这些地区的降水受到较强的蒸发影响。研究区各站点降水稳定同位素均呈显著的温度效应，区域内降水量效应不明显。春、夏季昆仑山地区3站点的降水δ¹⁸O高程效应较明显，降水δ¹⁸O随海拔上升而降低，其余地区没有明显的高程效应。除昆仑山地区西合休外，亚洲高山地区氘盈余(d值)总体表现出冬半年高，夏半年低的变化趋势。     

西北地区东部夏季降水日数的变化趋势及其气候特征

以西北地区东部(95°E～112°E,32°N～41°N)104个测站1960～2000历年夏季(6～8月)降水日数资料为基础,通过EOF和REOF等分析方法,研究夏季降水日数时空分布的异常特征。结果表明西北地区东部夏季多年平均降水日数的地区分布特点是西部多、东部少,沿祁连山山脉存在一个降水日数较多中心区域,并且降水量和降水日数均呈增多趋势。降水日数的空间异常主要表现为一致性异常和南北相反异常两种类型。根据REOF方法可将西北区东部分为5个不同降水日数气候区,即甘肃中东部及河套区、渭水流域区、河西走廊区、青海高原北部区、青海南部区和四川北部区。20世纪80年代以来,西北地区东部大部分地区降水日数呈现减少的趋势。冬季(或夏季)青藏高原地面加热场强度偏强,甘肃河西及祁连山地区、宁夏南部等地夏季降水偏多(或少),青海东南部-甘肃南部-渭水流域夏季降水日数偏少(或偏多)。     

西北干旱区大气水分循环要素变化研究进展

西北干旱区是对全球气候变化响应最敏感的地区之一。全球变暖加剧水循环,引起大气水分循环要素发生明显变化。借助最新资料对过去50 a西北干旱区大气水分循环要素变化特征和相关科学问题进行了梳理总结,其主要结论:(1)西北干旱区水汽和降水量有一致性变化趋势,在20世纪80年代中后期突变型增多,21世纪初有微弱的减小态势。受季风强度减弱的影响,西北东部地区水汽和降水量减小明显。(2)降水量增加站点占到95.9%,形成了天山、祁连山等增湿中心,具有明显的增湿海拔依赖性特征。(3)实际蒸散发量呈微弱的减小趋势,天山山区明显减少,而祁连山地区明显增加。(4)干旱区西部夏季降水以西风带水汽输送为主,但大尺度大降水过程发生时,低纬水汽输送尤为重要。全球气候变暖在影响着大气水分循环要素明显变化的同时,也加剧了干旱区水循环过程和水资源的不确定性。     

层状非均质包气带渗透性特征及其对降水入渗的影响

不同的岩性界面影响了降水在包气带中的入渗、运移与再分布过程,其影响机制仍是有待研究的学科前沿问题。针对上述问题,基于层状非均质包气带6 m×4 m×5 m样方,开展了多场次自然降水入渗过程的原位试验监测,研究结果表明层状非均质结构对降水入渗过程和速率影响明显:(1)地层分界面处土壤含水率呈现陡降变化特征;(2)220 cm深度以上包气带中土壤含水率对降水入渗响应变化敏感,呈含水率陡变的多峰谷式脉冲响应变化特征,其中20～100 cm地层土壤含水率变化幅度为22.58%～29.76%,120～200 cm地层土壤含水率变化幅度为13.74%～20.74%;220 cm深度以下包气带中土壤含水率对降水入渗响应滞缓,年内呈现平缓单峰响应变化特征,反映了多场次降雨的累积效应,其中220～400 cm地层土壤含水率变化幅度为2.3%～12.15%,430～460 cm地层土壤含水率变化幅度为2.5%～3.41%;(3)层状非均质结构阻滞了水分的运移(湿润锋通过亚砂土-粉砂界面时,平均运移速度由10.53 cm·d~(-1)下降为0.77 cm·d~(-1);湿润锋通过亚砂土-亚粘土界面时,平均运移速度由12 cm·d~(-1)下降为1.86 cm·d~(-1)),当岩性界面处水分不断蓄积克服阻力后才能向下运移;受上部界面水分蓄积的影响,下部层状非均质结构的阻滞作用将被减弱甚至不明显。     

三维冰雹云模式对巴彦淖尔市一次冰雹天气过程的数值模拟研究

为了深入研究巴彦淖尔市冰雹云形成的宏微观条件,利用三维冰雹云模式对该地区的一次冰雹天气进行了数值模拟,并探讨了三维冰雹云模式的适用性。结果表明:模式能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,最大上升气流以及降雹量的特征,表明此次冰雹云具有连续发展的态势。模式中固态水成物粒子对降水的形成有重要作用,模拟出的最大冰雹直径为4.362mm。分析冰雹云的流场结构、总水成物场的分布与演变发现,较强的辐合上升气流为冰雹云的发展提供了动力条件,有利的总水成物分布为冰雹云提供了水汽条件。针对冰雹粒子的微物理过程,此次巴彦淖尔市冰雹粒子以霰粒子的自动转化(CNgh)增长为主,冰雹碰并雪增长(CLsh)为辅,适量的冰晶及丰富的过冷水的存在,对此次冰雹云的形成和增长极为有利。三维冰雹云模式的应用,能够判断是否有冰雹发生,以及冰雹的起止时间,为巴彦淖尔市冰雹的预报提供了帮助。     

近40 a西藏怒江流域极端降水事件的时空变化

利用西藏怒江流域1971-2010年9个台站逐日降水量资料,采用第99个百分位值确定了不同台站的极端降水阈值,对流域极端降水事件的时空特征进行分析。结果表明：西藏怒江流域极端降水阈值为20.6～33.8 mm,分布与年降水量的走向基本一致。近30 a那曲地区大部、八宿和察隅最大日降水量为增加趋势,尤其是察隅,增加了5.2 mm•(10a)^-1;极端降水频数丁青、八宿和察隅趋于增多,其他各站倾向于减少(-0.06～-0.41 d•(10a)^-1;年极端降水量察隅以29.4 mm•(10a)^-1的速度明显增加,左贡变化不大,其他站点呈减少趋势,为-1.0～-27.2 mm•(10a)^-1;年极端降水强度那曲、索县、左贡和察隅为增强趋势,为0.6～6.2 mm•d^-1•(10a)^-1,比如、洛隆和八宿无变化,安多和丁青呈减小趋势。极端降水频数、极端降水量、日最大降水量、极端降水强度在20世纪90年代前均存在4～5 a的显著周期,在2000年以后均存在2～4 a的显著周期。     

基于标准化降水指数与Z指数的洮河流域干旱趋势分析

采用洮河流域22个站点1951-2010年的逐月降水资料,就标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)与Z指数在流域干旱趋势分析中的应用进行对比研究.结果表明:2种指数在12个月尺度旱情分析方面具有很高的一致性,在单月尺度上,SPI的干旱分析能力较强,对重旱的反映能力优于Z指数.应用SPI指数就洮河流域不同地理—生态区间干旱趋势进行研究,发现冬季是流域干旱的主要分布时段,黄土片区发生干旱的频率和持续的时间均高于青藏片区.1951-2010年,青藏片区总体趋于湿润,黄土片区干旱趋势加重.近30 a,洮河青藏片区西部湿润趋势明显,东南部和下游黄土片区干旱趋势加重.近10 a来,青藏片区东南部旋窝一带干旱范围有所减小,黄土片区中孚一带干旱范围有所扩大.研究结果可为大流域尺度干旱评估提供理论方法借鉴,也可为地方抗旱减灾措施的制定提供数据支撑.     

渭河流域多尺度干旱时空特征分析

基于渭河流域23个气象站1959—2014年的实测资料,对比分析了标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)在渭河流域的适用性,得出SPEI的稳定性更佳。继而采用标准化降水蒸散指数(SPEI)研究该流域干旱发生频率与干旱强度,分析了近55年渭河流域不同时间尺度干旱的时空变化特征。结果表明:尺度越大,SPEI波动的幅度越小。渭河流域SPEI在1991年发生突变,1991年后干旱加剧,干旱的发生存在14 a和7 a左右周期变化。年尺度干旱的发生频率呈东高西低的分布,中度以上干旱频率最高的地区为西吉、武功和天水周边,频率分别为14.28%、14.28%、12.5%;季尺度上整体的秋旱相比其它季节的干旱发生频率高,中度以上春、秋、冬三季干旱发生的频率天水盆地均最高,频率分别为21.4%、19.6%和8.9%,中度以上夏季干旱发生频率最高的是平凉,其频率为16.1%;月尺度上干旱强度的分布总体上是由东向西减小,其中干旱强度最大的是南部佛坪地区,干旱强度为30%,天水和海源地区近55年发生连续干旱过程的次数最多,可达22 a,该过程中连续干旱的月数大多为3~4个月,而吴旗站存在一次长达9个月的持续干旱过程。     

民勤绿洲边缘不同演替阶段白刺灌丛水分利用动态

白刺(Nitraria tangutorum)灌丛是民勤绿洲边缘的建群种,也是绿洲风沙灾害防治的重要天然屏障。水分是干旱区植物生存发展的限制性因子,研究不同演替阶段白刺灌丛水分利用动态对民勤绿洲边缘生态恢复与重建具有重要的理论和实践意义。通过测定白刺灌丛不同季节降水、土壤水、地下水、植物木质部水的稳定氢氧同位素变化特征,结合IsoSource模型,定量分析了不同演替阶段白刺灌丛生长季的水分利用策略。结果表明:不同演替阶段白刺灌丛土壤水分0-200cm垂直分布的季节变化差异明显,土壤水分排序表现为衰退阶段>发育阶段>稳定阶段。5月-9月民勤绿洲大气降水线性方程LMWL为δD=6.59δ~(18)O-4.38,R~2=0.90,n=114。土壤水、地下水、植物水、降水δ~(18)O随季节和演替阶段的变化规律各异。白刺灌丛发育阶段,春季主要利用中层土壤水,夏季和秋季利用地下水。稳定阶段,春季主要利用浅层土壤水分,夏季主要利用降水,秋季主要利用地下水。衰退阶段,春季主要利用深层土壤水,夏季和秋季主要利用地下水。地下水埋深、结皮覆盖度、灌丛与农田之间距离等环境因子以及植株枯枝程度共同影响着不同演替阶段白刺灌丛的水分利用策略。     

基于Copula函数的长春市106年来的干旱特征分析

干旱是主要的自然灾害之一,它对环境和经济有着显著的影响。文中根据长春气象站106年的气象数据,基于标准化降水蒸散指数(SPEI)定义了干旱的两个主要特征:干旱历时和干旱程度,并利用Clayton Copula函数构造了干旱历时和干旱程度的联合分布函数,进而计算了干旱历时和干旱程度在不同组合条件下的联合超越概率、联合重现期、同现重现期及条件重现期。结果表明:(1)干旱历时和干旱程度的联合超越概率值随干旱历时和程度的值增大而呈现减小趋势,且递减速度逐渐变小;(2)单变量边缘分布的重现期介于联合重现期和同现重现期之间;(3)干旱历时(干旱程度)的条件重现期与干旱程度(干旱历时)的值成正比。研究结果可以为吉林省干旱风险的评估、水资源规划和管理提供有用的信息。     

宁夏降水资源格局演变特征

利用1961—2019年宁夏20个气象站逐日气象资料以及农业用水量和耗水量等资料,采用数理统计方法,从降水量的时空差异、潜在蒸散量和降水量差值、持续"湿"和"干"过程时长、关键等雨量线、不同等级降水日数和降水强度及其对降水量的贡献、农业用水量和耗水量等方面,从1961—1982年、1983—2010年、2011—2019年3个时段分析了宁夏降水资源在西北暖湿化背景下的演变特征。结果表明:(1)年降水量总体呈减少趋势,阶段性特征明显、区域性和季节性差异大,各地、各季节在2011年以来降水量增多,且超过1961—1982年和1983—2010年。(2)区域间降水量增加幅度差异增大及年际间的不同步,尤其中雨量和大雨量的变化差异使得区域间降水之差越来越大,南北"暖湿"和"暖干"现象同时出现的几率增大;(3)潜在蒸散量增加,降水量减少,两者之差增加,中北部春季、南部山区秋季增加最多;(4)引黄灌区持续"干"时长增长,春、夏旱或春夏连旱仍然频繁发生,农业耗水量占用水量比例仍然较大,中南部持续"干"时长缩短,持续"湿"时长增长;(5)总体上,200 mm等雨量线有南移趋势,400 mm等雨量线的西侧有南移趋势,2010年以来随着降水量增加有所北移;(6)降水总日数减少,降水强度增强;小雨日数均为减少趋势,大部分量级降水强度呈增强趋势;春季中雨量和大雨量、夏季大雨量和暴雨量、秋季小雨量和中雨量的变化对总雨量的变化作用突出。总体上,2011年以来降水增多有利于生态环境恢复,然而也会使得极端降水及无雨日数增加,增加了城市内涝、山洪泥石流等次生灾害的风险,同时,南北差异增大,增加了防灾减灾难度。     

21世纪开都-孔雀河流域未来气候变化情景预估

利用Downscaled CMIP3 and CMIP5 Climate and Hydrology Projections (DCHP)提供的31个 CMIP5降尺度数据和CRU逐月气温、降水格点数据集，通过评估PLS(偏最小二乘回归)、RR（岭回归）和EE（等权平均）3种多模式集合平均预估模型对历史气候变化的模拟能力，确定最优集合方法，进而预估开都-孔雀河流域21世纪气候变化情景。结果表明：① 所建立的PLS模型对流域的气温和降水具有较好的模拟能力，尤其对气温的模拟， r值均达到了0.64以上，明显优于降水（0.19~0.36），但存在空间异质性；② 21世纪开都-孔雀河流域各子区气温呈显著增加趋势，且RCP8.5情景下的增温速率〔0.58~0.67 ℃·（10a）-1〕是RCP4.5情景下〔0.25~0.31 ℃·（10a）-1〕的2倍以上，21世纪中叶是2种情景产生明显差异的开始。整个流域增温速率由西北山区向东南荒漠区逐渐增大；③ 未来降水在不同排放情景下变化速率的分布状况略有不同，但均呈显著增加趋势，且RCP8.5情景下的增加速率〔1.22%~1.54%·（10a）-1〕总体上高于RCP4.5〔0.80%~1.32%·（10a）-1〕。