长江流域洪水过程强信号敏感区水文-气象相关模型

通过对长江流域荆江段(枝城)水文站流量(水位)变化影响因子的研究,建立了区域洪水过程水文-气象相关模型.研究结果表明长江流域洪水过程关键敏感区强降水与水汽远距离输送是长江洪涝预报的强信号因子.水文-气象统计相关模型描述了荆江段(枝城)流量(水位)与大气水份循环分量相关特征,即长江流域中下游存在超前不同时段动态变化的降水强信号区及整层水汽输送通量高相关区,长江流域洪水发生过程亦存在显著的远距离输送水汽流相关轨迹特征,其路径为低纬海洋-高原-长江流域和低纬海洋-长江流域.     

海河流域大气水资源变化与输送特征研究

本文对海河流域大气中单位面积空气柱内的水汽含量即可降水量,以及流域的4个边界面的大气水汽通量的年际和年代际演变特征进行了详细分析.在此基础上对海河流域严重旱涝年的整层大气水汽总输送通量、纬向输送水汽通量、经向输送水汽通量以及可降水量进行了对比分析.研究结果表明,海河流域降水量和水汽输送具有显著的年代际变化特征,并且在20世纪70年代中期前后出现了明显的转折.海河流域的水汽输送受季风强度影响,且以经向的水汽输送为主,即夏季严重旱年水汽总输送减弱,到达海河流域的水汽总量减少,而夏季严重涝年水汽总输送加强,到达海河流域的水汽输送总量增多.     

滇中引水工程主要受水区水汽输送时空变化

基于ERA-Interim再分析资料,以滇中引水工程主要受水区为研究对象,计算了受水区上空21 a水汽输送通量及水汽输送通量散度,并对其水汽输送、水汽辐合与水汽辐散等特征进行分析,研究其水汽输送时空变化特征。结果表明:研究区年平均水汽输送由西北至东南方向逐渐增加,并以纬向输送为主;水汽来源随季节移动,研究区夏季受西南风控制,水汽输送强度明显小于其他3个季节;5—7月份,研究区水汽输送强度逐渐衰减,7月份,研究区850 hPa气压层南部地区存在水汽辐合中心,450 hPa气压层西南部为水汽辐散带,在西南部易于形成降水。     

近50年来梅州干旱指数的变化特征

利用1955～2010年梅州站的月降水气温等资料,使用修正的Palmer干旱公式计算干旱指数(PDSI)值,然后对梅州PDSI的气候特征、环流背景及与西北太平洋海温的关系进行了分析。结果表明:56年中梅州干旱月居多,但极端干旱发生概率较小,PDSI年平均变化有明显的年变化及年代际变化,降水与PDSI有比较好的正相关。干旱年200 hPa华南上空冬春两季西风带偏弱,秋季偏强,夏季反气旋环流偏弱;850 hPa春夏两季由孟加拉湾到华南偏东南气流偏弱;500 hPa夏季副高偏弱略偏北,冬季东亚大槽偏西;贝加尔湖西侧冷高压中心在春季偏弱,冬季其东侧强度偏低,西侧偏高。西北太平洋,赤道中东太平洋及西太平洋暖池年平均及秋季的海温与梅州PDSI滞后一年的较好的反相关关系。     

中国北方荒漠区降水多时间尺度变异性研究

依据我国北方荒漠区35个站点1951-2005年月降水资料,运用PCI降水集度、游程检验、功率谱、Morlet小波分析、Mann-Kendall秩次相关及气候趋势系数等方法,分析了北方荒漠地区降水多时间尺度下的变异规律及其变化趋势。结果表明：我国北方荒漠区降水存在5 a、9 a及准14 a主周期,1988年以来以9 a及14 a周期为主;各地单独丰水年的概率要高于单独枯水年,而发生连枯年的概率则高于连丰年;降水年内分配的差异将变缓,北方荒漠区的西部和东部降水年际波动呈增加趋势,中部地区有变缓的趋势;东亚夏季风及西风环流的强弱显著影响着研究区降水的时空分布及丰枯变化,70年代以前,东亚夏季风强度偏强、北进明显为河套及内蒙古地区带来丰富降水,新疆地区受西风气流控制降水相对偏少;80年代以来,东亚夏季风强度偏弱并急速南退,内蒙古地区降水逐渐减少;西北地区中西部（河西、新疆地区）在西南气流、北冰洋的冷空气形成的纬向环流及西风环流等辐合影响下降水逐渐增加。主要表现为：降水年增幅较大的地区由内蒙古东部逐渐向西北偏移,年代尺度下,以多年均值衡量,21世纪内蒙古高原东部地区降水将减少,平均减幅为15~40 mm/a,北疆大部分地区平均增幅为10~40 mm/a,南疆以0~10 mm/a小幅减少;各年代,春（秋）季降水占全年百分率变化不大,维持在14.4%~17.5%（17.3%~21.2%）,夏季是主要降水期占全年降水的58%~62%,冬季所占比例较小,最高为5.1%;预计未来：春、夏季降水将增多,冬季降水逐渐减少,年降水有增加趋势;极端干旱区和干旱区的降水有增加趋势的地区概率分别为83%和70 %,而半干旱地区降水有明显减少趋势的概率为58%,西部有向暖湿变化、中部地区趋于暖干、而东部地区趋于干旱的可能。     

近50年长江中下游地区旱涝时空分布

长江中下游地区是我国重要的粮棉油产地之一,但是频繁发生的旱涝灾害经常造成该区域作物减产。利用长江中下游地区72个气象站的逐月气象观测数据,采用标准化降水指数(SPI)、正交经验分解函数(EOF)等方法,结合GIS技术,分析了近50年长江中下游地区旱涝时空变化分布特征。结果表明:长江中下游地区的旱涝SPI3空间格局既有全区一致的现象,也存在区域内部南北、东西方向的差异,但是其主要特点依然为纬向分布型。由于受气候影响,长江中下游地区夏秋两季旱涝灾害交替发生,但以涝灾为主。     

武汉市大气降水δD和δ~(18)O变化特征及水汽来源

为了确定长江流域中游大气降水特征和水汽来源,以全球大气降水观测网(GNIP)武汉站点多年大气降水稳定同位素数据为基础,探讨了长江中游武汉地区大气降水稳定同位素随季节变化特征。通过建立当地大气降水方程,结合气象因素和降水氘盈余变化,揭示了武汉地区不同季节大气降水水汽来源。结果表明:大气降水在降落地面之前经历了非平衡分馏过程,且平衡程度接近于东部季风沿海地区;大气降水稳定同位素表现出明显的季节性特征,且冬季和夏季降水δD和δ~(18)O值与雨量之间负相关,表现出明显的"雨量效应";大气降水水汽来源主要受季风活动的控制,冬季水汽主要来自北方大陆冷湿气流,而春季降水表现出局地蒸发来源,夏季和秋季降水来源受西南季风和东南季风的双重影响。     

基于水量平衡的长江上游地区气象水文要素时空变化特征分析

基于1980—2019年长江上游地区的逐月气温、降水数据,采用一元线性回归、F趋势检验、水量平衡分析、质心识别等方法,揭示了长江上游地区近40 a来气象水文要素的时空分布特征和变化规律.研究结果表明:①长江上游地区年均气温、年均降水量和年均蒸发量的空间分布均呈现由东南向西北逐渐降低的趋势,年均土壤蓄水变化量有着较大的空...     

Weakening of the Asian Summer Monsoon and Its Impact on the Precipitation Pattern in China

The present paper provides a scientific assessment of the inter-decadal variability of the Asian summer monsoon and its significant effect on precipitation patterns in China. The paper consists of four parts. The first part shows the observed inter-decadal weakening of the Asian summer monsoon since the end of 1970s. The second part describes the impact of the weakening Asian summer monsoon on precipitation in China, which caused the major monsoon rainbelt to shift southward from North China to South China over about 30 years, with a 60–80 oscillation dominating. The third part projects the future change of the Asian summer monsoon in the warmer climate by using IPCC AR4 climate models. It has been found that major monsoon rainfall belts in East Asia will move northward in the 2040s, with summer precipitation in North China increasing considerably and stably. Finally, in the fourth part, the implication of the adaptation to the above climate change and related water management will be discussed including the water transport engineering project from the Yangtze River to the Yellow River and North China.     

长江流域极端降雨事件时空分布特征

近年来,许多学者对中国的极端降水进行了研究,但对长江流域极端降水的研究多集中在日时间尺度强降水事件,从不同子流域极端降水事件入手的研究较少。利用1961～2017年长江流域各子流域面雨量资料,根据面雨量的分布曲线确定长江流域各子流域极端降雨事件判断的阈值,得到各子流域极端降雨年份,分析极端降雨事件的时间变化特征,以及不同子流域间极端事件的相关关系。研究表明:①20世纪60年代长江上游极端多雨事件频发,70年代以全流域极端少雨为主,80年代极端多雨事件中心转移至长江中下游,90年代长江上游变为极端少雨事件中心,2000年以来,长江流域处在由少雨向多雨转变的年代际背景中。②当子流域发生极端少雨事件时,流域其他流域大部也是以降雨偏少为主,空间的一致性较好。但是子流域发生极端多雨事件时,存在大部分地区少雨的情况,会出现旱涝并存的情况。     

Diagnosing anomalous characteristics of atmospheric water cycle structure during seasonal-scale drought events: A case study in middle and lower reaches of Yangtze River

Anomalous characteristics of the atmospheric water cycle structure are highly significant to the mechanisms of seasonal-scale meteorological droughts. They also play an important role in the identification of indicative predictors of droughts. To better understand the causes of seasonal meteorological droughts in the middle and lower reaches of the Yangtze River (MLRYR), characteristics of the atmospheric water cycle structure at different drought stages were determined using standardized anomalies. The results showed that the total column water vapor (TCWV) was anomalously low during drought occurrence periods. In contrast, there were no anomalous signals at the drought persistence and recovery stages in the MLRYR. Moreover, there was no significant temporal correlation between the TCWV anomaly and seasonal-scale drought index (the 3-month standardized precipitation index (SPI₃)). During drought events, water vapor that mainly originated from the Bay of Bengal was transported southwest of the MLRYR. Meanwhile, the anomalous signal of water vapor transport was negative at the drought appearance stage. At the drought persistence stage, the negative anomalous signal was the most significant. Water vapor flux divergence in the MLRYR showed significant positive anomalous signals during drought events, and the signal intensity shifted from an increasing to a decreasing trend at different drought stages. In addition, a significant positive correlation existed between the anomaly of water vapor flux divergence and regional SPI₃. Overall, water vapor flux divergence is more predictive of droughts in the MLRYR.     

三峡水库蓄水期长江中下游水文情势变化及对策

三峡工程于2009年8月通过正常蓄水(175m水位)验收,标志着三峡工程将进入正常运行阶段,全面发挥防洪、发电和航运等综合效益。三峡水库正常蓄水运行后,将改变长江中下游水文情势,水文情势的变化也将带来一定的次生影响。结合三峡水库2009年试验性蓄水情况,分析了三峡水库蓄水期长江中下游出现异常低水位的成因,初步揭示了三峡水库正常运行后长江中下游水文情势的变化规律,并对降低三峡蓄水对中下游的影响等相关对策问题进行了初步探讨。     

2016年长江暴雨洪水气候特征分析

2016年汛期的集中强降雨导致长江中下游发生了较大洪水。通过分析厄尔尼诺事件和主要大气环流指数等影响长江流域降雨的气候因子,筛选出历史上主要因子相似的年份,从而揭示了这些年份环流和降雨等方面的异同,并找出了长江流域集中强降雨的主要气候因素为超强厄尔尼诺事件、副高偏强偏大、500 hPa中高纬盛行经向环流、极涡强度指数偏小等。     

ERA-interim再分析数据集在长江上游的适用性

针对长江上游地区ERA-interim再分析降水数据,结合流域内65个实测站点的降水数据,计算流域以及站点年降水量、多年平均降水量。利用降水偏差、偏差百分比、合格率等多种指标,分析ERA数据在长江上游地区的适用性并进行校正,以补充实测降水资料。结果表明:(1)ERA降水在年、春、夏、秋、冬的变化趋势与实测数据近乎相同,可直接采用折算系数整体校正ERA年降水数据;(2)流域内海拔高的观测站点ERA降水估计值与实测降水数据偏差明显增大,海拔低的观测站点ERA降水估计值与实测降水数据偏差相对较小,并且流域东南部的降水偏差整体小于流域西北部;(3)利用折算系数整体折算1979~2012年、夏、秋尺度各站点ERA插值降水数据,各站点拟合后年、夏、秋序列与实测降水偏差30%以内的站点合格率分别为98.46%,92.31%和70.77%。     

黄河流域近40年气候变化的时空特征

黄河流域是我国主要的气候敏感区之一,气候变化对其生态环境演变与经济社会发展有显著影响。本文利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料分析了黄河流域过去40年的温度、降水、水汽通量散度、蒸散和荒漠化风险等的演变特征,结果发现:1979—2019年黄河流域四季均呈现明显增温趋势,其中春季增温最为明显;季节性降水的变化差异显著,春季和夏季降水呈现下降趋势,秋季降水增加;黄河流域空中水汽以辐合为主,过去40年黄河流域上游水汽辐合年际波动最小,中游次之,下游最大;黄河流域蒸散整体呈现减少趋势,其中增加趋势集中在上游地区;黄河流域荒漠化风险整体处于中等风险以上,呈现由南向北加剧的空间分布,1982—2014年黄河流域荒漠化风险呈现下降趋势。本研究厘清了全球气候变化背景下黄河流域蒸散、水汽输送和降水等水循环过程的变化规律,能够为维护黄河流域地区生态安全、防范重大气象灾害风险提供科学依据。