中国西北干旱半干旱区上空水汽收支和传输的数值模拟研究
这是一篇关于植被变化,城市化,水汽输送,数值模拟,云水,雨水,降水的论文, 主要内容为利用中尺度模式WRF,首先对以兰州为中心包括周围数十公里的地区进行了一系列的敏感性数值试验。在数值实验中分别对不同区域减少了植被覆盖或改变下垫面性质,以对半干旱地区植被和下垫面发生改变后大气产生的局地和非局地的响应进行分析研究;然后论文进一步以干旱区中的一个孤立绿洲-兴隆山区为研究对象,选取兴隆山地区有降水而兰州城区无降水的几个个例进行了实况模拟,对比分析了影响兰州地区和兴隆山地区空中云水分布和收支差异主要因素。诊断分析结果表明: 植被变化对区域内温度的影响比较复杂,并有明显的日变化。相比于区域城市化形成的强而稳定的增温中心,植被减少只会在区域形成较弱而间断的增温中心并敏感地依赖于地面净能量在感热、潜热和土壤热通量之间的分配。区域内植被变化和下垫面特性的改变导致的局地温度变化在背景风场的作用下向区域外传播,其传播的细节与风场的特征和地形密切相关。在适当的环流背景下,迎风坡下垫面改变导致的温度变化可在背景风场的输送下,绕过很高的山脊在背风坡形成一个持久的变温中心。植被减少导致的变温中心会在原有的环流形式上叠加一个强迫的二级环流,这一环流深度约为1.1 km。区域植被的减少,一方面减少了地面向上的水汽输送,导致了区域内气柱水汽含量的减少;另一方面增温引起的强迫二级环流会使区域外水汽向内输送,部分地补偿了地面向上输送水汽的减少,但是二者总体的效果是区域内的气柱水汽总量减少。在实验区域之外,上风向趋于增湿而下风向趋于减湿。 在兴隆山地区,以植被为主的下垫面向大气的水汽输送较强,有明显的季节变化,以夏季的个例为最大。除春季外,山区主要受东南方向的较湿润的气流影响,同时在所有研究个例中该地区与周围区域都有较强的水汽交换,可以获得区域外的水汽输入。山区上空水汽充沛,云水和雨水含量较高,降水可能性较大;在兰州城区,以城市为主的下垫面对大气有稳定的水汽输送,没有明显季节变化,在夏秋季个例中远低于兴隆山区。城区一直处于来自北方、东北方的较干气流的影响,同时与周边地区的水汽交换微弱,水汽的平流输入小。城区上空云水和雨水含量都较小,降水概率比兴隆山地区小。
青藏高原东北边坡地带云水资源分析及夏季云量中短期预报方法研究
这是一篇关于青藏高原东北边坡,云特征,水汽输送,支持向量机,云量预报的论文, 主要内容为云是常见的重要天气现象,综合体现了大气水汽和上升运动状况,是产生降水的必要条件,同时也是表示天气气候的重要要素。水汽的输送和辐合程度决定了云的形成和降水的多寡。随着工农业生产的发展和人们生活需要的日益增长,西部水资源短缺变得愈来愈严重,而如何开发空中水资源,增加降水,已受到人们越来越多的重视。人工增雨就是通过开发空中水资源,增加区域降水量,以期解决这一问题的一个有效途径。青藏高原东北边坡地带是青藏高原到黄土高原的交汇过渡区,同时也是农牧交错过渡带,地形复杂,经常受到多种天气系统的影响,对气候变化反应敏感。因此,分析该区的云水气候特征及其变化趋势,可以增进对高原气候特征及其变化规律的了解；在此基础上对高原东北边坡地带云量进行预报,对开展人工增雨,开发空中云水资源,具有重要意义。 本文利用常规地面观测资料、NCEP再分析资料和T213L31数值预报产品,采用统计分析、水汽轨迹模型和支持向量机方法,分析了青藏高原东北部边坡地带云量、云状的发展特征及其与水汽、降水的关系,建立了一套该地区气象资料数据库及夏季云量的预报系统。主要结论如下： (1)2001-2011a青藏高原东北边坡地带总云量呈增加趋势,春夏季尤为明显；对流云出现概率明显高于非对流云出现的概率；有利于进行人工降雨的层状云呈显著地逐年减少趋势； (2)青藏高原东北边坡地带多年平均年降水量整体呈现由南向北逐渐减小；大气可降水量空间分布为由东南向西北逐渐减小,且变化梯度在东南部最大； (3)青藏高原东北边坡地带代表站玛曲5-10月水汽主要位于400hPa以下,其中,地面～600hPa最多,600-500hPa层中水汽随高度增加而递减,500-300hPa层中水汽随高度增加而递减更快。根据1967-2010a83个大一暴雨个例的水汽轨迹分析发现,高层水汽主要来自南亚季风的水汽输送带；低层水汽主要来自东亚季风的水汽输送带； (4)运用svm (support vector machine)方法与T213L31预报资料,建立了高原东北边坡地带云量的预报方案,并进行了云量预报试验,结果表明,“晴一少云”与“多云一阴”1-10天的预报准确率在60%-80%之间,达到了较好的效果： (5)建立了一套气象资料查询数据库与云量预报系统,在该系统支持下,可实现对数据的管理、查询和云量的预测和显示等功能,可为该地区人工增雨作业提供服务。
澜沧江流域大气过程研究
这是一篇关于澜沧江流域,大气水汽含量,降水量,水汽输送,水汽辐合与辐散,水汽收支的论文, 主要内容为水文循环实质上是生物圈中心的“血液流”,是地球上最重要的物质循环之一。大气过程作为水文循环的重要环节,对区域降水具有重要的影响。澜沧江流域位于中国西南部,是我国西部的主要河流之一。澜沧江流域水资源丰富,研究流域水汽输送及其收支特征,对于掌握该地区气候形成机制及气候变化特征具有重要意义,为促进区域经济规划发展、解决水资源匮乏等问题、流域范围内水库、大坝等水利工程的设计和运行管理提供了参考依据,具有重要的科学价值。本文基于1989-2018年的ERA5逐月再分析资料及中国气象数据网提供的同期澜沧江流域范围内各气象站共26个站点的逐月降水资料,运用Arc GIS 10.7软件对地形数据ASTER GDEM Version2 DEM进行分析处理,通过Grads2.1、Origin2022等软件对澜沧江流域1989-2018年共30年的水汽含量和降水量的时空变化特征及其相关性、水汽输送及其收支等变化特征展开了较为全面的研究,主要研究内容和结论如下:(1)澜沧江流域上空水汽含量、降水量及两者之间的相关性。结果表明:澜沧江流域上空水汽含量整体水平较低,呈南多北少走势。多年平均月水汽含量呈单峰型分布,7月达到水汽含量最大值,1月水汽含量值最小。夏季是降水的主要季节,流域上空的水汽含量高于年均水汽含量和春、秋、冬季的水汽含量。研究流域多年平均降水量空间分布不均,上、中、下游降雨水分布差异大,降水量随着纬度的增加呈现出逐渐递减的分布形式。降水具有明显的季节性,呈“夏秋春冬”型。30年间,研究流域年平均降水量呈现出略微增加的趋势,不同年间平均降水量存在较大差异。降水量最多的为夏季,最少的是冬季。一年当中流域最大降水量出现在7月。研究流域大气水汽含量与降水量间相关性系数均大于0,年平均水汽含量与年均降水量之间相关系数为0.415,为低度相关关系;春季和夏季水汽含量和降水量之间为中度相关关系,秋季和冬季水汽含量和降水量之间为低度相关关系。说明水汽含量是流域降水的重要影响因素之一。(2)澜沧江流域水汽输送时空变化特征。澜沧江流域受到三支水汽流的影响,一支来自于南海,另一支来自于孟加拉湾,还有一支来自于阿拉伯海。来自于阿拉伯海的偏西风水汽输送主要对澜沧江流域上游产生影响。研究流域多年平均水汽输送处于20kg·m-1·s-1-100 kg·m-1·s-1之间,流域水汽输送通量由西北向东南呈逐渐递减趋势。夏季,澜沧江流域水汽输送的水汽来源为孟加拉湾和阿拉伯海提供的水汽流。8月,太平洋西部副热带高压继续北移,孟加拉湾水汽强度逐渐衰减,在93°E,19°N附近,分成三股水汽分别输送向研究流域上游、下游及东南亚一代。澜沧江流域年平均水汽输送以纬向为主,输送方向为自西向东输送。850hpa气层上水汽辐合辐散程度强于450hpa。从季节变化上看,研究流域夏季为水汽辐合区,水汽净获得。冬季为水汽辐散区,水汽净失去。因此,夏季研究流域上空水汽含量丰富,降水量较多;冬季,流域上空水汽净输出,水汽含量比其他季节低,降水量全年最少。(3)澜沧江流域水汽收支特征及其变化特征。在时间序列内,研究流域多年水汽总输入量和水汽总输出量均为正,平均值分别为515.76km3和439.02km3,从而得知研究流域多年平均水汽净输入量为76.75km3,表现为“盈余”。研究流域水汽收支季节变化明显,存在明显的界限变化。春、夏、秋、冬四个季节水汽均为“盈余”状态,水汽收支逐月变化趋势主要呈现单峰型,在7月份流域水汽净收支量达到最大,值为396.92km3。从年内看,各月水汽净收支值存在较大差异,4月到9月为雨季,研究流域水汽输送表现为净输入,水汽净收支值为正,为“盈余”状态。10月到次年3月为旱季,研究流域水汽输送表现为净输出,水汽净收支值为负,为“亏损”状态。
中国西北地区空中云水资源特征的研究
这是一篇关于西北地区,降水,大气可降水量,水汽输送,云量,人工影响天气的论文, 主要内容为能量和水循环是全球气候系统中的重要过程,云是水汽转化为降水的重要环节,在气候变化、天气分析中有重要作用。西北地区降水时空变率较大,水资源匮乏,制约着经济和社会的发展。开展人工影响天气、合理开发空中云水资源是增加区域水资源的有效手段。本文利用ECMWF再分析和CERES格点资料,通过经验正交分解分解、趋势分析、合成分析和相关分析等方法,分析了1990-2016年西北地区云降水、水汽收支、云等物理量的时空特征及相互关系,主要结论如下:(1)西北地区降水空间分布极不均匀,东南部地区降水达500mm以上,从东南季风区边缘向西部内陆过渡的过程中雨量锐减,到甘肃内蒙西部、新疆地区降水不足50mm。天山、昆仑山、祁连山等山脉地区降水比周围地区多。EOF分析结果表明,年(季)降水的空间分布模态主要为全区一致性变化,年降水前3模态方差贡献率接近50%,春、夏、秋季亦如此。冬季前2个模态方差贡献接近70%。(2)大气可降水量在西北地区东南部(宁夏、陕西、山西等地区)较大,可达6000 kg·m-2,从东南往西北逐渐减少,青海南部、天山、昆仑山、祁连山和甘肃内蒙古西部的可降水量不足2000 kg·m-2。夏季可降水量占全年比例最大,除新疆和甘肃外大部分地区在50%以上,秋季略多于春季,冬季可降水量最少。东南部降水效率不足10%,山区降水效率较大,天山、昆仑山和祁连山达到15%以上。降水效率在春季较大,夏、秋、冬季相似,冬季较小。降水效率整体不高,空中水汽资源实际利用率较低,开发潜力大。(3)对几个重点子区域分析结果表明:a、天山区(天山及北疆)降水夏季最多但呈现下降趋势,春秋季次之且有增加的趋势;可降水量年际变化不大,夏季最多,降水效率在5%左右,有很好的水资源开发潜力。b、祁连区(祁连山及周边地区)降水量较少,夏季最多不到20mm,四季降水量有微弱减少趋势,可降水量较大且有逐年递增的趋势,降水效率在春夏季较高,但不到5%,可利用水汽较多。c、南疆西区(昆仑山、南疆西部)降水在春夏季较多,可达30mm,秋冬季较少,除秋季外降水均有减少的趋势;可降水量年际变化稳定;降水效率在10%左右但有下降趋势。d、陕宁河区(陕北、宁夏、河套地区)降水夏季最多,春秋次之,降水有减少的趋势;可降水量年际变化不大,夏秋季有增加趋势;降水效率在5%左右,在春夏季有下降趋势。(4)不同区域各边界水汽输送和收支情况不同:(1)天山区为水汽输出区,西边界主要为水汽输入,东边界和南边界水汽输出,夏秋季输入输出量较多;(2)祁连区为水汽输出区,西边界和北边界主要为水汽输入,南边界和东边界水汽输出,夏季水汽较为活跃;(3)陕宁河区为水汽输出区,西边界和北边界主要为水汽输入,南边界和东边界以水汽输出为主,春、夏、秋季收支变化较大。(5)积云、层云、层积云、雨层云的云量较少,积云和雨层云夏秋季在个别区域仅达到10%左右,降水偏多(少)年间云量的差值整体上小于6%。夏季天山、秋冬季昆仑山高层云云量差值较大。积雨云春季在祁连山、昆仑山的云量有较大差值。不同类型的云在不同季节与降水的相关空间分布特征不同,积雨云、雨层云云量在天山、昆仑山和祁连山与降水有正相关,相关显著的区域相关系数可以达到0.482,整体上通过显著检验的区域范围小且较为分散。(6)2000年-2016年间,各子区域四季云量的多少及波动有明显的差别:(1)天山区、南疆西区秋冬季高积云云量较大,在14%以上,且随时间有明显增长的趋势,春夏季高层云云量较多且随年份有减少趋势。(2)祁连区春季积雨云较多,在10%以上,且有明显增加趋势;夏季高层、高积、积雨云云量相近且有微弱减小的趋势。
澜沧江流域大气过程研究
这是一篇关于澜沧江流域,大气水汽含量,降水量,水汽输送,水汽辐合与辐散,水汽收支的论文, 主要内容为水文循环实质上是生物圈中心的“血液流”,是地球上最重要的物质循环之一。大气过程作为水文循环的重要环节,对区域降水具有重要的影响。澜沧江流域位于中国西南部,是我国西部的主要河流之一。澜沧江流域水资源丰富,研究流域水汽输送及其收支特征,对于掌握该地区气候形成机制及气候变化特征具有重要意义,为促进区域经济规划发展、解决水资源匮乏等问题、流域范围内水库、大坝等水利工程的设计和运行管理提供了参考依据,具有重要的科学价值。本文基于1989-2018年的ERA5逐月再分析资料及中国气象数据网提供的同期澜沧江流域范围内各气象站共26个站点的逐月降水资料,运用Arc GIS 10.7软件对地形数据ASTER GDEM Version2 DEM进行分析处理,通过Grads2.1、Origin2022等软件对澜沧江流域1989-2018年共30年的水汽含量和降水量的时空变化特征及其相关性、水汽输送及其收支等变化特征展开了较为全面的研究,主要研究内容和结论如下:(1)澜沧江流域上空水汽含量、降水量及两者之间的相关性。结果表明:澜沧江流域上空水汽含量整体水平较低,呈南多北少走势。多年平均月水汽含量呈单峰型分布,7月达到水汽含量最大值,1月水汽含量值最小。夏季是降水的主要季节,流域上空的水汽含量高于年均水汽含量和春、秋、冬季的水汽含量。研究流域多年平均降水量空间分布不均,上、中、下游降雨水分布差异大,降水量随着纬度的增加呈现出逐渐递减的分布形式。降水具有明显的季节性,呈“夏秋春冬”型。30年间,研究流域年平均降水量呈现出略微增加的趋势,不同年间平均降水量存在较大差异。降水量最多的为夏季,最少的是冬季。一年当中流域最大降水量出现在7月。研究流域大气水汽含量与降水量间相关性系数均大于0,年平均水汽含量与年均降水量之间相关系数为0.415,为低度相关关系;春季和夏季水汽含量和降水量之间为中度相关关系,秋季和冬季水汽含量和降水量之间为低度相关关系。说明水汽含量是流域降水的重要影响因素之一。(2)澜沧江流域水汽输送时空变化特征。澜沧江流域受到三支水汽流的影响,一支来自于南海,另一支来自于孟加拉湾,还有一支来自于阿拉伯海。来自于阿拉伯海的偏西风水汽输送主要对澜沧江流域上游产生影响。研究流域多年平均水汽输送处于20kg·m-1·s-1-100 kg·m-1·s-1之间,流域水汽输送通量由西北向东南呈逐渐递减趋势。夏季,澜沧江流域水汽输送的水汽来源为孟加拉湾和阿拉伯海提供的水汽流。8月,太平洋西部副热带高压继续北移,孟加拉湾水汽强度逐渐衰减,在93°E,19°N附近,分成三股水汽分别输送向研究流域上游、下游及东南亚一代。澜沧江流域年平均水汽输送以纬向为主,输送方向为自西向东输送。850hpa气层上水汽辐合辐散程度强于450hpa。从季节变化上看,研究流域夏季为水汽辐合区,水汽净获得。冬季为水汽辐散区,水汽净失去。因此,夏季研究流域上空水汽含量丰富,降水量较多;冬季,流域上空水汽净输出,水汽含量比其他季节低,降水量全年最少。(3)澜沧江流域水汽收支特征及其变化特征。在时间序列内,研究流域多年水汽总输入量和水汽总输出量均为正,平均值分别为515.76km3和439.02km3,从而得知研究流域多年平均水汽净输入量为76.75km3,表现为“盈余”。研究流域水汽收支季节变化明显,存在明显的界限变化。春、夏、秋、冬四个季节水汽均为“盈余”状态,水汽收支逐月变化趋势主要呈现单峰型,在7月份流域水汽净收支量达到最大,值为396.92km3。从年内看,各月水汽净收支值存在较大差异,4月到9月为雨季,研究流域水汽输送表现为净输入,水汽净收支值为正,为“盈余”状态。10月到次年3月为旱季,研究流域水汽输送表现为净输出,水汽净收支值为负,为“亏损”状态。
青藏高原大地形“鱼尾”状地形热力效应对天山降水系统及水资源的影响
这是一篇关于水汽输送,降水,气候变化,遥相关的论文, 主要内容为本文利用NCEP/NCAR再分析资料、CRU降水资料,中国站点资料等以青藏高原“鱼尾”型天山地形热源为切入点,重点探讨青藏高原“鱼尾”型地形热源与天山区域大气水份循环及其云水资源的相关特征,计算了整层水汽、水汽输送、水汽相关矢及视热源等动力、热力诊断物理量,分析了天山区域降水的时空分布和变化特征。揭示出：天山区域降水和整层水汽集中区位于天山西部,天山区域高温、高湿的垂直结构描述出,在西风气流和天山大地形的作用下形成的丰富云水资源的大气结构,强垂直运动特征描述出天山地形效应引起的气流爬升特征。天山地区的大气视热源与水汽汇的垂直结构分析亦揭示出天山地形对天山西部充沛云水资源的热力影响机制。通过天山整层水汽与东亚整层视热源的相关性分析得出影响天山降水的热源关键区,发现热源关键区位于青藏高原尾部类似“鱼尾”的区域,表明天山降水受到青藏高原尾部地形热力作用的影响。对天山整层水汽与大范围整层水汽的相关性分析,追踪影响天山地区丰富的云水资源的远距离海洋水汽源,结果表明,春季天山水汽源地位于挪威海、里海与阿拉伯海；夏季天山水汽源地位于北冰洋和阿拉伯海。对青藏高原“鱼尾”热源关键区与整层水汽输送通道的相关矢分析,探寻在青藏高原尾部“鱼尾”地形的动力、热力影响下形成的天山水汽通道结构,结果发现：春季,南侧的大西洋与北侧的北冰洋存在水汽输送通道；夏季,南侧的大西洋和阿拉伯海与北侧的北冰洋存在水汽输送通道。从年代周期变化上来看,天山降水经历减少-增多-减少-增多的变化趋势,天山整层水汽经历增多-减少-增多-减少的变化趋势,青藏高原“鱼尾”热源关键区经历减弱-增强-减弱-增强的变化趋势,其中青藏高原“鱼尾”热源关键区在年代周期上的变化与天山降水变化一致,青藏高原尾部热源增强,天山降水增多；青藏高原尾部热源减弱,天山降水减少。此外,对天山整层水汽与远距离海洋水汽源进行周期分析,发现天山整层水汽与远距离海洋水汽源在年代周期振荡上具有一致性。以上分析表明：天山区域云水资源的变化特征一定程度上反映了该区域大气水分循环结构对青藏高原“鱼尾”性天山地形热源的响应机制。
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