宁夏近44年水汽时空分布及环流差异特征分析

利用NCEP/NCAR(1961-2004年)月平均再分析资料,对宁夏水汽含量(通量)的年际、年代际演变特征及不同区域和不同季节的分布特征进行分析;同时,结合同期宁夏24个气象站降水实况资料,通过对夏季水汽输送偏多年和偏少年环流差异特征的合成对比诊断分析,结果表明:1961年以来,宁夏水汽含量呈明显减小趋势,2001年后有所增加,中部干旱带水汽含量最小,固原市水汽含量最大;从60年代到70年代中期,不同区域纬向水汽通量总体为增加趋势,之后,均在波动中减少;引黄灌区和固原市60年代到70年代经向水汽通量有所增加,之后显著减小,中部干旱带近40多年经向水汽通量为逐渐减少趋势。同时,水汽输送偏多年,宁夏处于东高西低的环流背景下,河套地区受纬向西风控制,南风偏强,且从太平洋到孟加拉湾上有较大的水汽由南向北输送;水汽输送偏少年,河套地区处于平直气流里,东风气流较强,水汽输送较偏多年显著偏弱。     

大气红外探测器（AIRS）资料揭示的中亚地区上对流层水汽时空变化特征

水资源纠纷已成为当前威胁中亚地区国家安全与稳定的主要因素，而上对流层水汽作为全球水循环的重要组成部分，其空间分布和变化过程对中亚地区水资源分配具有重要科学价值。利用最新的AIRS水汽质量混合比数据，分析了中亚地区2003-2011年上对流层水汽的时空变化及其异常特征，揭示了其与青藏高原、热带季风区等受亚洲夏季风影响区域的显著差异。研究表明：就整个亚洲中低纬地区而言，中亚地区全年上对流层水汽偏少，且年内变化相对稳定，逐月波动不大。与夏季青藏高原南部及热带季风区北部的水汽大值区相比，在黑海-里海以东至我国新疆西部之间的中亚地区上对流层为显著的水汽含量低值区。近9 a中亚地区上对流层水汽整体呈微弱的增加趋势，且具有较强的波动性：水汽最小、最大值分别出现在2009年、2010年，这一显著振荡对近9 a水汽的线性变化趋势影响较大。就季节变化而言，春、夏季分别呈微弱的下降、上升趋势，秋季上升趋势显著，冬季在2~3 a波动变化特征明显。     

青藏高原5-10月地表潜热通量与青海同期降水之间的关系

利用1981—2015年ERA-Interim再分析资料和青海省43个观测站气象资料，采用气象经验正交函数分解（EOF）、相关分析法及合成分析等方法，对青藏高原（以下简称高原）5—10月地表潜热通量的时空分布特征及其与青海省同期降水之间的关系进行了分析，结果表明：① 高原地表潜热通量第1模态空间分布主要呈现高原东西部变化不一致的特征，青海东北部、高原西部和南部地区表现为正异常，其余地区为负异常；第1模态时间系数呈现显著下降趋势，并以2001年为界，前正后负，表明青海东北部及高原西部和南部地表潜热通量在2001年以前（后）增加（减少）。② 高原地表潜热通量与青海省东北部降水存在显著的负相关关系，当高原地表潜热通量增加（减少）时，青海省东北部降水减少（增加）。③ 将通过0.1显著性检验的区域作为研究二者之间关系的关键区（35.0°~38.5°N，98°~103.0°E），以1个标准差为依据，挑选潜热通量高值年和低值年。结果表明，关键区内地表潜热通量在近35 a表现为显著下降的趋势，潜热通量高值年关键区降水增加，潜热通量低值年关键区东北部降水减少，其余地区降水增加，且在南部存在大于60 mm正异常中心；在潜热通量高（低）值年，关键区位势偏低（高），风速偏大（小），关键区南部水汽辐合较弱（强）。通过分析100 hPa南亚高压中心强度与300 hPa温度场，在地表潜热通量异常偏高（低）年，南亚高压强度略低（高），300 hPa暖中心略低（高），且南亚高压初上（撤离）高原较早。     

山西省近50年地表干燥度变化趋势分析

利用山西省39个气象站1960—2010年的气象资料,结合地形特征,将山西省分为6个气候敏感区,采用潜在蒸散量和降水量的比值来计算干燥度指数,在此基础上使用IDW插值法生成山西省干燥度的分布图,并分析了近50 a山西省地表干燥度变化趋势。研究结果显示：（1）山西省多年平均干燥度指数为2．21,属于半干旱区;干燥度空间分布与气候、地形等因素密切相关,南北差异显著。整体上山西省中北部地区较为干旱,干燥度指数为2．36,东部南部则较为湿润,干燥度指数为1．93;由于降水和蒸散都呈下降趋势,因此,近50 a山西省干燥度指数虽有所上升,但变化幅度仅为0．04·10a－1,干旱化趋势并不显著;（2）近50 a来,除山西省北部地区干旱状况有所缓解外,其它地区干旱状况均呈增加趋势;（3）干燥度季节性差异显著,冬春干燥异常,夏秋则较为湿润。总体而言,气候变暖虽未加剧山西省的干燥程度,但暖干化趋势应引起足够的重视。     

辽宁夏季干旱环流特征分析

利用辽宁省54站1963—2015年夏季月平均降水量资料及NCEP/NCAR月平均环流场再分析资料,对辽宁夏季降水变化特征及异常年环流特征进行了分析,结合2014和2015年夏季环流场与异常年环流场的对比分析,揭示辽宁夏季干旱环流特征及造成2014、2015年辽宁夏季干旱的环流场因素。研究发现:东亚地区对流层各层大尺度环流系统相互配合是造成辽宁夏季降水异常的主要原因。2014和2015年辽宁夏季干旱的环流场特征均与辽宁夏季异常干旱年情况类似:西太平洋副热带高压脊线位置偏南,且副高西北侧为负的位势高度距平,不利于副高西伸北进;由于副高偏南,辽宁地区西南水汽输送不充足;副热带西风急流轴位于辽宁以南地区上空,且辽宁以南上空200 h Pa纬向风距平为正,以北为负。这种不同高度层大尺度环流配置是造成2014和2015年辽宁夏季干旱的主要环流原因。     

多源水汽再分析资料在青藏高原的适用性评估

评估多源水汽再分析资料在青藏高原的适用性,可为高原水汽分布及输送特征研究提供数据参考,并有利于提高高原地区气候变化研究结果的可靠性。以探空观测资料(简称"观测资料")为参照标准,对比分析JRA-25(J25)、JRA-55(J55)和ERA-interim(ERA)等再分析水汽资料在高原的适用性。结果表明:3种再分析资料均能揭示高原比湿的时空变化特征,但再分析资料与观测资料比湿偏差存在明显的季节和区域差异。水平方向上,J25与观测资料比湿均方根误差(RMSE)及相对偏差(PIC)总体较小,J55和ERA夏季及年平均比湿RMSE和PIC明显偏大,冬季较小。垂直方向上,与观测资料比湿垂直廓线相比,J25夏、冬季及年平均比湿垂直廓线一致性最好;J55和ERA比湿垂直廓线冬季一致性较好,夏季偏差较大,特别是高原主体及东南部站点偏差尤为显著。再分析资料与观测资料各层比湿RMSE低层大,高层小,且J25的RMSE最小。与观测资料相比,J25比湿数值小幅偏高,J55和ERA则整体偏低,且偏差较大。J55和ERA再分析资料比湿存在较大偏差的原因及其在我国其他区域的适用性还有待进一步检验。     

2001-2011年青藏高原东北边坡地带云水资源分析

利用青藏高原东北边坡地带(32°～37° N,99°～104° E)22个地面气象站2001年6月至2011年5月每日8次地面观测资料,以及2001-2011年NCAR/NCEP月平均再分析资料,通过统计分析和NOAA HYSPLIT_4（混合单粒子拉格朗日积分）水汽轨迹模型,主要分析了青藏高原东北部边坡地带近10 a云量、云状的发展特征及其与水汽的关系。结果表明：① 近10 a,高原东北边坡地带多年平均总云量与低云量的变化具有较好的一致性;全年云量春夏季增加尤为明显。② 全年发生雨雪天气时,卷云出现概率最高,其次为高层云,积云最低;高原东北边坡地带对流云出现概率明显比非对流云出现的概率高。③ 水汽是决定高原降水分布和对流云变化的主要依据之一,水汽主要来源于700 hPa,且水汽通量可以较好地反映低云量的多寡。      

基于LMDZ模型的西北干旱区水汽再循环率分析

局地水汽再循环是陆地水循环过程的重要环节。在我国西北干旱区水汽再循环的绝对量虽然有限，但对区域降水的贡献（即水汽再循环率）却不容忽视。本文基于嵌套同位素模块的LMDZ模式模拟数据，运用同位素混合模型，对西北干旱区1979—2007年水汽再循环率的时空特征及其作用机制进行了分析。结果表明：研究时段内，外来水汽对降水的月尺度和年尺度贡献率都明显高于再循环水汽，季节上呈夏高冬低，年际上呈逐渐上升的态势；而再循环水汽的贡献率较低，呈夏季低冬季高且逐年下降（冬半年植物蒸腾水汽的贡献率在年际上呈上升趋势）的特点。外来水汽对降水的贡献率存在空间差异，山区附近的值往往较高，荒漠平原区的值则较低。就地表蒸发与植物蒸腾而言，地表蒸发对降水的贡献率整体低于植物蒸腾，但在小范围地区也有相反的规律。外来水汽和地表蒸发水汽的贡献量与其贡献率的空间分布特征基本一致，而植物蒸腾水汽在山区的贡献量高于荒漠平原区。     

天山山区及周边地区水汽含量的计算与特征分析

利用1976-2009年天山山区周边伊宁、库车和乌鲁木齐3个探空站实测资料,计算逐月平均水汽含量,并建立了与地面水汽压的关系式;利用这个关系式计算了天山山区及周边地区1961-2009年44个站水汽含量,分析了水汽的时空分布特征及其与降水量的关系。结果表明：①天山山区及周边地区水汽含量有3个高值区,主要分布在天山北麓的河谷平原地带和吐鲁番盆地,水汽含量在12~21 mm;南天山及东部的阿克苏地区、库尔勒地区和东天山南部的哈密地区是水汽含量的次高值区,水汽含量在5~13 mm;而中天山和东天山是水汽的低值中心,水汽含量在4~8 mm。② 水汽含量的月际变化呈单峰型,夏季最大,冬季最小,季节变化非常明显;其中2-7月为增长期,3月增长率最大,7月最小,增长率分别为65.8%和17.6%,而8月到次年1月为递减期,12月减少率最大,8月最小,分别为38.5%和7.8%。 天山山区内部月均水汽（7.83 mm）低于全区平均水平(10.51 mm),其中西天山月均和夏季水汽含量均最高,分别为9.88 mm和18.94 mm。③ 49 a间水汽含量年代际变化较小,1986年以后变化波动大且上升趋势明显。④ 水汽和降水量并不具有很好的对应关系,而呈现区域差异。
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晋北地区夏季降水异常的时空分布及其环流特征分析

利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料以及晋北地区18个台站1960-2008年夏季降水资料,通过M-K突变曲线、滑动t检验、累积距平3种气候突变检验方法对晋北地区夏季降水的统计检验结果均表明,夏季降水在1996年发生了由多到少的转折。线性趋势法分析晋北地区夏季降水表明:夏季降水呈负的线性趋势,说明自1960年以来晋北地区夏季降水一直处在减少的趋势,干旱较为明显,尤其是广灵、平鲁、灵丘干旱趋势更为严重。对晋北夏季多雨、少雨年的大气环流异常特征进行了合成分析,结果表明:欧亚中高纬位势高度异常直接影响着晋北地区夏季降水的异常,多(少)雨年夏季500hPa位势高度呈现出"负(正)-正(负)-负(正)"的分布特征,中高纬地区以经(纬)向环流为主,冷空气活动频繁(偏弱),晋北地区处在槽(脊)的东南部,有利于降水偏多(少)。对流层低层流场多雨年西太平洋有暖湿气流向北输送,直达蒙古到东北一带与西伯利亚分裂下来的弱冷空气在华北地区相遇,有利于晋北地区夏季降水偏多。少雨年水汽条件差,不利于降水。     

Trends and abrupt changes in surface vapor content over Tarim Basin during the last 50 years

The surface vapor content has a close correlation with the generation of precipitation. Based on the atmospheric circulation data and surface vapor content data from 37 weather stations across the Tarim Basin during 1961 2010, the paper analyzed the vapor variation trend, period, abrupt changes and their causes. The results show that the increase trend of surface vapor content over the Tarim Basin mostly conforms with the average trend coefficient of 0.48. There were 3 centers displaying a trend of high vapor increase and 3 centers displaying a low vapor increase. These centers were distributed in strips and blocks across the basin from northeast to southwest. Notable inter-decadal variations in annual and seasonal vapor contents occurred in the Tarim Basin during the 50 years of the study period, with more vapor after the mid-1980s and less vapor in the 1960s and the 1970s. The significant increase in vapor content in the 50 year period occurred mostly in the 1980s and the 1990s. The increasing trend across the four seasons was strongest in summer, reaching 0.43, and weakest in spring. Great variations existed between the spring trend and the annual, summer, autumn and winter trends. During the 50-year study period, there are distinguishable periods of 4-6 years and 8-10 years in which the annual and seasonal vapor contents varied alternately between low and high concentrations. The annual vapor content and that of the four individual seasons all changed abruptly in about the mid-1980s (α<0.05). The west wind circulation, Tibetan Plateau circulation and the annual mean temperatures of the Tarim Basin are the main factors that influenced the surface vapor content over the study area, of which the Tibetan Plateau circulation may be the most important one.     

全球变暖背景下天山地区近地面水汽变化研究

利用天山地区44个站1961-2009年水汽压数据,采用线性趋势估计、距平分析、Mann-Kendall趋势统计突变检验和功率谱等方法,分析天山地区近地面水汽变化及其与区域气候变化的关系。结果表明：天山地区近49 a来水汽总体呈增多趋势,年和四季水汽变化具有年际和年代际差异,最大增多趋势均出现在20世纪90年代中后期至21世纪初,最小值出现在70年代中后期和80年代中期,最大值出现在21世纪初。突变和周期分析得出,水汽年变化与西北地区气候变化趋势具有明显一致性。年降水变化与水汽相关最高,温度和青藏高原指数次之,其他因子相关一般。     

青藏高原低云量的年际变化及其稳定性

利用青藏高原80个测站1961-2000年1～12月低云量资料,分析了青藏高原低云量的年际变化规律.结果表明:青藏高原的低云量从东南向西北减少,云量的稳定性夏季高于冬季,南部高于北部.江河上游区域、藏东谷地、川西高原、甘南高原和祁连山区是青藏高原低云量多,且比较稳定的地区;青藏高原西部低云量月变化振幅大,尤以西南部为最,夏季云量最多;高原东南部江河上游区和藏东谷地3～9月低云量多,且起伏变化小,6月和9月出现峰值;高原东南部低云量稳定性较好;低云量的年际变化总体呈下降趋势, 江河上游区和高原东南部的低云量变化缓慢,高原西北部有显著上升趋势;变化趋势在季节上表现为冬、春、夏、秋西北上升西南下降,春、秋季中东部持平,夏、冬略降.     

青藏高原总云量的气候变化及其稳定性

利用青藏高原80个测站1961-2000年1～12月总云量资料,分析40 a来青藏高原总云量的气候变化规律及其稳定性.结果表明:青藏高原的总云量从东南向西北减少,云量的稳定性夏季高于冬季,东部高于西部.因此,江河上源区域、藏东高原、川西高原、甘南高原和祁连山区是青藏高原总云量多而稳定的地区;青藏高原南部和西部总云量月变化振幅大,夏季云量最多,高原东部祁连山区和中部江河上源区3～9月云量多而起伏变化小,6月出现峰值;总云量具有显著持续性的空间范围较大,但持续时间短,持续时间为7～8月和5～6月;总云量的年际变化总体呈显著下降趋势, 江河上源区和祁连山区的总云量变化缓慢,20世纪90年代云量有上升的趋势.在季节上表现为冬、春、夏西北上升东南下降,秋季西北下降东南上升的变化趋势.     

华北地区夏季旱涝的大气环流特征诊断

利用1960-2009年华北地区17个站点的月平均降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料中的月平均位势高度场、风场等资料,研究近50 a中国华北地区夏季旱涝对应的大气环流的异常。华北地区夏季旱、涝年份对应的大气环流存在显著差异。其中,夏季华北旱年的环流特征表现为：中层乌拉尔山附近为低槽区,贝加尔湖地区则为高压脊区,朝鲜半岛附近为槽区,华北地区处于高压控制下且西太平洋副热带高压偏南;低层蒙古反气旋很强,中国东部地区出现了明显的偏北风距平,阻挡了南方暖湿水汽向华北的输送。在涝年,中层乌拉尔山附近以及朝鲜半岛附近为高压脊,贝加尔湖地区则为很深的槽区,华北地区位于贝加尔湖至蒙古的低压槽前,西太平洋副高偏北;低层蒙古附近多低压槽活动,在我国东部地区出现了南风距平,有利于南方暖湿水汽向华北输送。华北旱、涝年前期春季的大气环流形势与同期夏季很相似。      

青藏高原季风变化及其与鄂尔多斯高原夏季降水的关联

选用1958～2002年逐月600hPa2.5°×2.5°ECMWF再分析资料和1961～2000年鄂尔多斯高原夏季降水资料,计算了高原季风指数,分析了高原季风指数的年代际变化及其与鄂尔多斯高原夏季降水的关联.结果表明:近40年来,高原季风总体呈冬季风减弱、夏季风增强的趋势;高原季风的变化与鄂尔多斯高原夏季降水的多少密...