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。     

青藏高原地区对流层顶的时空变化特征

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-Interim再分析资料,分析1980-2010年青藏高原地区对流层顶的时空分布特征.结果表明:①青藏高原及周边地区对流层顶等压线基本呈纬向分布,对流层顶的高度随着纬度的增加而降低.对流层顶等压线梯度有明显的南北变化,北部的梯度值较大,南部较小;②青藏高原地区对流层顶的高度有明显的季节变化,其平均气压值在夏季最低,冬季最高,这可能与温度的高低和对流活动的强弱有关;③不同季节对流层顶的高度还存在着不同的年(代)际变化,其中秋季和冬季的振荡上升趋势较大,春季和夏季的振荡上升趋势较小;④青藏高原地区对流层顶存在明显的周期变化,不同季节对流层顶存在着不同的周期变化.其中,年平均的对流层顶变化周期为3 a和11a,春季对流层顶的变化周期为5 a,夏季对流层顶的变化周期为2 a和9 a,秋季对流层顶的变化周期为3 a和11a,冬季对流层顶的变化周期为6a和11a.     

1979-2012年青藏高原地区地面气温时空分布特征

利用NCEP/NCAR再分析1979-2012年全球月平均地表气温格点资料(2.5°×2.5°),截取25°～40°N,75°～105°E作为青藏高原研究区域.利用自然正交函数分解(EOF)、旋转自然正交函数分解(REOF)方法,对其年平均、冬季平均及夏季平均气温的空间分布特征及时间变化趋势进行分析.青藏高原夏季平均气温分为柴达木盆地、西部、中东部及南部4个型.冬季分为东北部、西北部及南部3个型.研究表明:青藏高原在夏季受热力作用天气系统影响;冬季受到动力作用天气系统作用.分析青藏高原气温1979-2012年变化趋势表明,青藏高原夏季中东部型和南部型有微弱下降趋势,其他型呈上升趋势并有所减缓.分析同纬度带年平均地表气温距平变率分布状况得出,青藏高原地区能对全球气候变化作出较为迅速的响应.     

祁连山积雨云的时空分布及其环流特征

利用祁连山区29个测站1961-2001年1～12月云状资料,分析过去41年来祁连山区积雨云的时空分布特征及与大环流变化的关系。结果表明:①受地形动力抬升作用的影响,祁连山主区积雨云出现频次高于周边地区;②柴达木盆地积雨云有显著增多趋势,其他区域积雨云有减少趋势;③祁连山积雨云的年变化大致分为4个阶段:1961-1967年为明显上升阶段,1968-1970年为急剧下降阶段,1971-1988年为缓慢上升阶段,1989-2001年为明显下降阶段;④春季积雨云频率与降水的关系密切,积雨云发生次数越多,则降水量越多;⑤祁连山积雨云偏多年与偏少年差值最大的月份是7月和5月,偏多年和偏少年在亚洲500 hPa高度场上有较大的差异;⑥与积雨云频率显著相关的环流特征量主要有:副高北界、脊线、纬向环流和极涡强度、青藏高原高度场指数;⑦用前期环流特征量为因子,建立了祁连山主区积雨云频率的预测模型。     

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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关中平原极端降水时空变化及其与大气环流的关系

基于关中平原13个气象站1957-2019年逐日降水资料,运用一元线性回归、Pearson相关分析和小波相干分析等方法,计算各极端降水指数,分析其时空变化特征,探讨极端降水与大气环流的关系.结果 表明:(1)在时间上,除极端降水强度以0.007 mm·d-1·(10a)-1速率的上升外,其他极端降水指数均呈下降趋势,其...     

1976-2009年青藏高原内陆湖泊变化的时空格局与过程

为了揭示近几十年来气候变化条件下青藏高原内陆现代湖泊的时空变化规律,在1976年、1990年、2000年和 2009年4个时段青藏高原内陆湖泊变化制图结果的基础上,重点分析流域内湖泊变化的时间过程和流域间湖泊变化的空间模式,并从气候要素变化、流域水源补给等方面探讨影响内陆湖泊变化的主要因素。结果表明：流域内湖泊总面积1970-1990年萎缩、1990-2009年扩张,1976-2009年呈现扩张的变化趋势,年均降水量和年均气温的变化趋势较好地解释了湖泊由萎缩到扩张的变化状况。从湖泊变化的空间格局来看,不同地域、不同流域的湖泊面积变化模式及其剧烈程度与流域内的水源补给方式有关,以雪冰融水补给的流域内湖泊总面积变化的剧烈程度远不及以冻融水补给为主的流域。因此,区域气候的变化是近几十年来高原内陆湖泊整体显著萎缩或扩张的主要原因,而流域水源补给的方式诠释了湖泊变化的区域差异。     

青藏高原东北边坡冰雹天气的时空变化分析

利用1961-2010年青藏高原东北边坡地区60个台站的冰雹资料,研究青藏高原东北边坡地区冰雹的时空分布及冰雹的年代际演变规律。研究表明：① 一般情况下,冰雹出现在每年的4-11月,6月出现频率最高;日变化主要集中在12：00-20：00（北京时间,下同）,其中14：00-18：00最盛,并且不同月、不同年代际的日变化存在较明显的差异,而不同月的峰值时间可以作为冰雹预报的一个参考指标。② 冰雹的地理分布从西南向东北递减,西北和东南分布较少,中部地区较多,并且冰雹次数与海拔高度呈显著正相关。③ 从年代际距平空间分布来看,20世纪80年代高原边缘地区的冰雹次数达到峰值,但近十几年却显著减少,这一特征与气温变化趋势较为一致,表明它们之间的相关性。④ 从年际变化来看,从20世纪60年代开始持续增加,90年代开始又呈现持续减少的趋势,特别是近10 a来减少趋势明显增强。     

川渝地区夏季干旱气候特征及成因分析

利用1979—2011年英国东英吉利大学气候研究中心（CRU）整理的地面月降水资料和日本气象厅（JMA）加工的全球高空等压面月平均气象场再分析资料,采用标准化降水指数（SPI）,确定了川渝地区典型干旱年,讨论了川渝地区夏季典型干旱的气候特征及其大气环流特征。结果表明：川渝地区夏季典型干旱年具有气温高、降水少的气候特征;东亚中纬度盛行纬向气流,西风锋区偏北,冷空气多偏北东移,川渝地区及其我国北方大部分地区受大陆带状高压控制。500 hPa带状高压与100 hPa南亚高压中心位置基本一致,且500 hPa高压中心与温度场的暖中心相对应,是持续性川渝夏季干旱具有近似正压结构的典型环流特征;同时川渝地区夏季干旱年对流层低层从云贵高原到四川盆地的西南气流明显偏弱,风场距平合成表明,云贵高原到川渝地区为东北距平风,距平风场上华南地区为明显的气旋式环流;川渝地区夏季典型干旱年整层西南气流水汽输送与常年比较明显偏小。     

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。     

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。     

蒙古高原植物生长期土壤水分时空变化特征

以AMSR-2亮温数据,SPOT归一化植被指数为数据源,采用ω-模型和基于Qp模型的双通道反演算法,建立适用于蒙古高原表层土壤水分的反演模型。将该模型应用于2013年蒙古高原植物生长期(4—10月)表层土壤水分反演,同时分析其时空变化特征。结果表明:土壤水分反演值与实测值的Pearson相关系数为0.825,均方根误差达到了0.031 6 cm~3·cm~(-3),反演模型具有较高精度;蒙古高原表层土壤水分平均介于0.047~0.234 cm~3·cm~(-3),土壤水分总的空间分布格局表现出由北向南,由东北向西南逐渐减少趋势;在蒙古国北部以及内蒙古大兴安岭森林-森林草原区,土壤水分与整个研究区相比差异较大,同时在时间序列上该区域土壤水分波动较为显著。     

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。      

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。     

黄土区坡沟系统容重、饱和导水率和土壤含水量变化分析

切沟是黄土高原侵蚀沟的重要类型之一,对流域水文、植被、地貌和生态等地表过程具有深刻影响。为明确土壤物理参数对切沟地形、坡位和深度的响应,在陕北黄土高原选择典型切沟,根据其走向设置沟道、沟缘及坡面3条样线,对40个样点按照10 cm深度间隔采集0~30 cm各土层原状土样,利用定水头法和烘干法对土壤容重、饱和导水率和土壤含水量进行测定并分析。结果表明:(1)地形对容重、饱和导水率和土壤含水量具有显著或极显著影响,3个参数随坡位自下而上均呈波浪式变化趋势;沟缘和坡面位置容重随坡位上升总体呈微弱减小趋势,沟缘表层坡下土壤含水量较其他坡位明显偏低;(2)沟缘和坡面位置不同土层深度饱和导水率及容重的大小变化规律与沟道恰好相反;(3)对于各土层深度而言,沟缘和坡面土壤含水量均与沟道内差异显著,且沟缘土壤含水量总是低于坡面。以上结果表明,切沟分布改变了土壤容重、饱和导水率和土壤含水量在坡面的空间格局,在黄土区坡沟系统内不同地形条件对相关土壤物理参数的影响不应忽视。