1961—2020年黄河源区降水时空变化特征研究

基于1961—2020年黄河源区16个雨量站点的逐日降水资料,应用线性趋势法、Mann-Kendall(MK)检验、滑动t检验、Pettitt检验、小波分析、经验正交分解(EOF)方法对黄河源区年降水、季节降水、汛期降水的变化趋势及时空分布特征进行分析。结果表明:(1)黄河源区年降水以10.0 mm/10 a的趋势显著增加;除冬季呈不明显的减少趋势外,春季、夏季、秋季和汛期降水同样呈增加趋势。(2)黄河源区降水除春季无明显突变外,全年、夏季、秋季、冬季和汛期的对应突变年份分别为2015年、1998年、2018年、2016年和2019年。(3)黄河源区年降水存在3~7 a、6~12 a、9~13 a和16~24 a的变化周期,第一、第二主周期为19 a和11 a,两种主周期都经历了3次“丰-枯”变化;年降水存在2种模态,4种降水表现类型,2种模态的年份数为35 a和13 a。研究成果可为黄河源区防汛抗旱及上游水库群水资源调度提供参考。

沁河“21.7.11”洪水气象成因分析

利用水文站雨量观测资料、气象站常规地面和高空观测资料、区域站风场加密观测资料、多普勒天气雷达资料及ERA5再分析资料等,分析造成2021年7月11日沁河洪水的暴雨成因。结果表明:(1)此次暴雨发生在暖区内,具有时间集中、强度大、中小尺度对流显著的特征。大暴雨点集中在山前迎风坡,地形增幅作用显著。(2)较高的不稳定能量积累以及深厚的暖湿层为此次暴雨发生提供了有利的环境条件。沁河北高南低的地形分布使得低涡前部西南气流输送的水汽在沁河中游转向并形成水汽辐合,强降水发生在低涡东侧略偏北的位置。(3)此次暴雨首先是由地面辐合线以及地形的共同作用触发对流所致,后期随着高空槽逼近,配合850hPa急流增强、低涡辐合,引发对流再次强烈发展,形成了强度更大的暴雨。

2021年黄河中游秋汛降水特点与环流特征分析

为了提高黄河中游秋汛降水预报能力,以便为该区农业生产乃至防灾减灾工作提供参考依据,利用水文站和气象站日降水资料、国家气候中心逐日副高脊线和西伸脊点资料、NCEP/NCAR再分析资料,对2021年黄河中游秋汛降水特点以及环流形势的逐日演变特征进行分析。结果发现:2021年黄河中游秋汛洪水由6次强降水过程造成,具有持续日数长、雨带稳定、雨势强、落区重叠度高的特点。秋汛期内,副高脊线相对稳定,副高季节性南落异常偏迟,同时西伸脊点偏西。欧亚中高纬地区盛行阻塞形势,黄河中游强降水过程主要发生在双阻形势下乌拉尔山阻高达到强盛期后的减弱崩溃期以及乌拉尔山形成阻高的单阻形势下。南亚高压偏强、偏东是200 hPa高空40°-45°N、110°-140°E形成急流的主要原因,低空急流前期不显著,位置偏南,9月下旬以后向北扩展,高、低空急流合适配置为黄河中游强降水发生时上升运动发展提供了有利的环流背景。秋汛期水汽主要来自西太平洋,依靠副高南侧异常强盛的偏东气流以及副高西北侧强盛的西南气流完成输送。

近60年渭河流域极端降水和洪水演变特征

渭河流域地处中国西北地区东部,是气候敏感区和生态环境脆弱区,极端降水事件往往引发洪水、泥石流等灾害。现有研究主要集中在降水引发的流域径流变化,而极端降水和洪水变化规律有待挖掘。本文基于1961—2021年气象水文资料,选用8个极端降水指数、4个代表水文站年最大洪峰流量,采用百分位阈值法、Kriging空间插值法、线性回归法、滑动平均法、小波分析法,分析了渭河流域极端降水和洪水时空演变特征、周期特征以及2021年极端降水和洪水特性。结果表明:(1)近60年渭河流域极端降水总量和暴雨频次显著增加的同时,极端降水强度亦有所增强,而弱降水事件减少。极端洪水整体呈不显著减少趋势。极端降水和洪水均在2000年以后显著增加,特别是极端降水总量和暴雨频次较多年均值偏多12%~22%,并且各极端降水指数极大值均出现在2000年以后。(2)极端降水和洪水年内分布不均,前者主要集中在7月和8月,后者除“七下八上”期外,9月也是多发期。(3)各极端降水指数均呈现由上游向下游递增的分布,中游南部极端降水普遍强于北部。流域内大部分站点极端降水指数呈增加趋势,显著增加地区位于中游周至—临潼区间以及长武—宁县。(4)极端降水和洪水存在多个周期变化特征,且极端洪水周期年代际特征显著。(5)2021年渭河流域极端降水强度、大雨以上降雨日数均为近61年来之最,华县站出现2012年以来最大洪水过程,咸阳站出现1935年有实测资料以来9月份同期最大洪水。研究结果可为渭河流域水旱灾害防御以及治理规划提供参考依据。

2021年黄河中游秋汛及天气形势分析

2021年8月下旬至10月上旬,黄河中游阴雨持续超过40d,并发生7次强降水过程,其中泾渭河、北洛河、汾河、三门峡至花园口区间累计降雨量较常年同期偏多2~5倍,均列有实测资料以来同期第一位。受降雨影响,黄河发生1949年以来最严重的秋汛洪水,其中黄河中下游9d内连续出现3场编号洪水,潼关站发生1979年以来最大洪水,渭河、伊洛河、沁河发生9月同期最大洪水,汾河、北洛河发生10月同期最大洪水。利用水文站报汛数据及NCEP/NCAR再分析资料,统计2021年黄河流域秋汛期主要降水特征和洪水过程,分析产生秋汛洪水的降水天气形势。结果表明,本年度秋汛期,亚洲大陆中高纬以西低东高的环流型为主,巴尔喀什湖至贝加尔湖低槽偏深,东亚地区高压脊偏强,同时西北太平洋副热带高压偏北偏强,南亚低值区宽广,稳定的天气形势致使冷暖空气在黄河中游频繁交汇;水汽输送主要依靠西北太平洋副热带高压和孟加拉湾低值系统共同作用,黄河中游表现为异常强盛的水汽通量辐合。

“21·7”河南持续性暴雨成因分析

采用水文站、气象站逐日降水数据和ERA5再分析资料,详细分析了2021年7月18—22日发生在河南中北部的持续性暴雨过程的大气环流背景、水汽输送特征以及动力热力结构,结果表明:(1)南亚高压东北延伸、高空急流增强、大陆高压和西太副高稳定对峙、黄淮低涡缓慢西移、西北太平洋和南海双台风互旋持续输送水汽,为暴雨发生和持续提供了有利的背景条件,太行山和嵩山等山脉对暴雨具有增幅作用;(2)暴雨区水汽主要来源于对流层低层偏东风气流对西北太平洋暖湿空气的持续输送,水汽辐合层的深厚程度以及辐合强弱对暴雨强度预报具有一定的指示意义;(3)暴雨区上空强散度柱以及强上升运动是20日和21日极端暴雨发生的重要动力机制,高温高湿大气层结的发展为大暴雨的形成提供了有利的对流不稳定条件。

生物菌肥对红富士苹果生长、产量和品质的效应研究

采用大田试验方法研究了晋南地区施用中合牌生物菌肥对红富士苹果生长、产量和品质的影响。结果表明,该生物菌肥对苹果树的新梢生长效果明显,产量比单施化肥提高23.5%,果实着色普遍提高0.5～1个级次,含糖度提高1.2度。

2017年6月湖南致洪暴雨的天气分析

利用实况观测资料和欧洲中长期天气预报中心再分析资料,对2017年6月底湖南一次致洪暴雨过程进行诊断分析。结果表明:高空冷涡和副高的稳定维持为暴雨发生提供了有利的大尺度环流条件,中低层低涡切变线和地面锢囚锋是此次暴雨的主要影响系统。2支高空急流增强和靠近诱发了低空急流爆发,高低空急流耦合形势的增强促进了暴雨的持续和加强。低空急流为暴雨发生提供了充沛的水汽和不稳定能量,暴雨区表现为显著的对流不稳定,并且在假相当位温垂直梯度增加的阶段对应暴雨强度亦增大。水汽通量以及辐合大值区对暴雨落区预报具有一定的指示意义。

夏季南海季风对长江中下游季风降水影响的观测分析和数值模拟

利用ERA-40、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的CMAP降水资料以及MM5v3中尺度模式,通过定义一个东亚热带季风强度指数,从观测资料和数值模拟角度研究夏季(6—7月)南海季风异常变化对长江中下游季风和降水的影响。从资料分析结果可以看出,在年际尺度变率上,6—7月南海热带季风和降水与长江中下游的西南风和降水存在着反位相变化关系,当热带季风和降水偏强(弱)时,长江中下游西南季风偏弱(强)、降水偏少(多);数值模拟结果进一步表明,当改变南海季风强度时,长江中下游季风和降水都有显著的变化,其异常特征与观测结果基本一致,这证明了热带季风对长江中下游季风降水的影响,并且,这种影响可以得到物理过程的支持;此外,在年际变率上,当夏季热带季风偏强时,热带异常西风和降水正异常主要维持在热带地区,未向北移到长江中下游地区,因而未加强对中国南方地区的水汽输送,亦未引起中国南方西南气流和降水加强;相反,偏强的热带季风通过调整大气内部过程引起西太平洋副热带高压脊减弱且位置偏南,使长江中下游的西南季风和降水强度减弱。

假相当位温在黄河“7·21”雨洪分析中的应用

利用NCEP/NCAR逐六小时再分析资料、常规气象站观测资料和水文站降水资料等,对2012年7月20—21日黄河中游发生的一次暴雨天气过程进行假相当位温分析。结果表明:假相当位温的变化反映了暴雨过程中冷暖空气的活动情况,暴雨落区位于或接近850 hPa假相当位温高值区;假相当位温高值中心的移动和变化趋势与暴雨落区和暴雨发展阶段密切相关,可以把它作为暴雨预报的一个指标。

黄河流域极端降水特征分析

利用黄河流域1965-2012年252个观测站日降水资料,分析了黄河流域年极端降水、汛期日极端降水的时空分布特征。研究结果表明:黄河流域年极端降水在空间分布上呈现出从东南向西北递减的特点,不同区域的年极端降水强度有显著空间差异,下游大汶河年极端降水强度最大,内蒙杭锦后旗临河一带年极端降水强度最小。极端降水站数偏多的年份,该年黄河流域总降水量也趋于偏多。汛期日极端降水强度从黄河上游到下游逐渐增强,主要发生在7-8月。

黄河源区降水特点及气象成因分析

黄河源区降水时空分布极不均匀,东南部雨水丰沛,是黄河流域的多雨中心之一。年内降水主要集中于夏季(6—8月),占年降水量的57.1%,汛期(5—9月)降水量占年降水量的85%,雨季、旱季分明。黄河源区主要有连阴雨和强降雨两种典型降雨类型,连阴雨平均每年出现1.8次,持续时间长、强度小;区域强降雨持续时间短,平均只有1 d,主要集中在7—8月,突发性强。形成典型降雨的200 hPa环流形势表现为南亚高压异常强大,黄河源区处于南亚高压中心区域或北部边缘的强高空辐散区内。500 hPa高度场分析发现,连阴雨期间6—8月主要受新疆低压槽、高原槽、印缅低压和高原切变线等系统影响,由副高影响形成的连阴雨主要出现在9月;形成强降雨的500 hPa天气系统与连阴雨相似,但副高对强降雨的影响更为明显,7—9月都可由副高形成强降雨天气。物理量场上,典型降雨期间,黄河源区处于湿度、气流垂直速度和假相当位温场大值区内,水汽、动力和热力条件非常有利,强降雨发生时,气流上升速度、比湿、假相当位温等都较连阴雨期间更强,更有利于降水。

渭河“2019.9”洪水特性及气象成因分析

为了进一步了解渭河秋汛洪水的特性及成因,利用2019年9月渭河洪水("2019.9"洪水)的流量、气象资料,对该次洪水的特性及持续性强降雨天气的成因进行分析。结果表明:此次持续性强降雨形成的原因是北半球极涡偏强,中纬度环流平直,同时副高位置相对稳定且异常偏西,导致冷暖空气持续交汇于渭河上空。过程期间水汽来自阿拉伯海和孟加拉湾,并在强降雨发生期间表现为水汽通量异常辐合。洪水主要来自渭河林家村—临潼区间的支流,其特点是含沙量小、干流较大流量持续时间长;临潼—华县区间的洪水演进缓慢、传播时间长、洪峰削减偏大。

2017年秋季黄河源区连阴雨成因分析

对黄河源区2017年9月22日—10月4日连阴雨过程的环流背景及水汽特征、能量场进行了分析,结果表明:南亚高压和副高的异常变化使得此次连阴雨过程中大气环流较同期发生了显著变化;北方冷空气不断分裂南下与西太平洋副热带高压外围暖湿气流持续交汇于黄河源区,导致了这次连阴雨天气的发生;副高西侧较强的偏南气流不断把来自西太平洋和南海的水汽输送到源区,并在500~400 h Pa高度层形成水汽辐合,当500 hPa层比湿>4 g/kg时,黄河源区容易出现较强降水;在整个连阴雨期间,源区低层(主要是400 hPa高度层以下)积累了大量不稳定能量,为连阴雨发生提供了有利的热力条件。

引发2016年十大孔兑严重山洪的暴雨诊断分析

利用加密实时雨量观测资料和NCEP再分析资料,对引发2016年8月16—17日内蒙古十大孔兑地区严重山洪灾害的局地暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:(1)此次暴雨天气过程发生在"两槽一脊"的大尺度环流背景下,新疆北部及东北亚上空的切断低压底部不断有冷空气移出,而副热带高压与大陆高压合并形成高压脊阻挡了冷空气的南下,冷暖空气在十大孔兑地区强烈交汇,引发了此次强对流天气;(2)700 h Pa上的切变线和急流加强了气流的上升运动,触发不稳定能量的释放,成为该次暴雨的主要影响系统;(3)水汽通量、垂直速度场以及假相当位温等物理量场的高低空配置和时空变化与暴雨过程的时空变化十分吻合。

近10a黄河中游致洪暴雨物理量诊断分析

选取2003—2013年黄河中游地区16场致洪暴雨过程,将其分为以副热带高压影响为主形成的暴雨过程和以西风带低压槽为主形成的暴雨过程,同时对暴雨过程中的物理量场进行了分析。结果表明:以副热带高压为主形成的暴雨过程物理量指标值明显大于以西风带低压槽为主形成的暴雨过程的;盛夏7—8月的暴雨物理量指标明显大于9月的;暴雨容易出现在物理量场的几个典型区域内,如高能舌区、等值线密集区、闭合高中心附近等。

2016～2017年凌汛期黄河内蒙河段快速封河的天气成因分析

利用常规观测资料,对2016年11月20~23日内蒙河段强降温天气过程进行诊断分析。结果表明:造成这次快速封河的强降温天气过程,与贝湖附近的横槽转竖密切相关。500h Pa上由里海到西西伯利亚平原上空有高压脊强烈发展,脊崩溃是横槽转竖及强冷空气向南爆发的预报着眼点。随着高空横槽转竖并南下,从地面冷高压主体分裂出来的小高压不断东移南下影响内蒙河段。低层冷槽在移动过程中不断加强,并在偏北风急流作用下产生强冷平流,加剧了内蒙河段的温度梯度,共同造成了本次内蒙河段强冷空气天气过程。当北西伯利亚低地出现大量冷空气堆积,且有典型天气形势配合冷空气活动时,要考虑内蒙地区将有强降温过程;如遇内蒙河段河道流量较小,在沿河各站48h降幅达到寒潮标准,最大降幅在14℃以上时,要考虑内蒙河段从流凌到封河的历时将会较短。

2016年汛期黄河流域雨水情特点及气象成因

2016年汛期黄河流域雨水情的主要特点是:降水量偏多,降水时空分布极不均匀,径流量偏少,主汛期7—8月多分散性局地暴雨,部分支流发生了多年未见的较大洪水,黄河干流未发生编号洪水。6月受西风带低压槽影响,流域大部地区降水量偏多;7月西风带短波槽活动频繁,副高强度偏强、西伸脊点偏西,降水量整体偏多;8月流域南部地区受大陆高压控制,副高强度弱,西伸脊点偏东,降水主要位于兰州—托克托区间和山陕区间北部,其余大部降水量偏少;9月受巴尔喀什湖至贝加尔湖高压脊前西北气流影响,黄河流域降水量整体偏少;10月黄河流域处于宽广低压区底部,同时副高强度偏强、西伸脊点偏西,受西风带系统和副高共同影响,流域降水量异常偏多。汛期在我国南海和西北太平洋面上热带气旋生成个数接近常年,登陆个数偏多,未对黄河流域降水产生直接影响。

2021年黄河流域极端秋雨与大气环流和海温的关系

为探究2021年黄河流域秋雨的异常特征及其成因,利用黄河流域232个测站逐日降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析数据集和英国气象局Hadley中心月平均海温资料等,分析了2021年黄河流域秋雨的极端性,并进一步与秋雨异常偏多年的环流背景和海温异常特征进行了对比。结果表明:2021年黄河流域秋雨较常年异常偏多,偏离气候态近8σ,全流域有62.5%的站点累积雨量大小位列历史同期前5,37.9%的站点位列第1,表现出显著的极端性。巴尔喀什湖低槽底部分裂短波槽东移南下,与西太平洋副热带高压西北侧的西南气流交汇于黄河流域南部,造成2021年秋雨异常偏多;与其余秋雨异常年相比,2021年副高面积偏大、强度偏强、西伸脊点偏西,印缅槽强度则偏弱。2021年秋季,北太平洋海温较气候态偏高3.6σ,异常度位居秋雨异常年首位,其通过引起副高的异常响应造成极端秋雨的发生。本研究可为黄河流域秋雨预测提供参考。

黄河内蒙古河段凌汛期寒潮特征及天气分型

基于黄河内蒙古河段逐日气温资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料和逐月海冰密度指数资料等,统计分析了近10 a内蒙古河段凌汛期寒潮过程的基本气候特征、冷空气移动路径以及环流分型特征,并进一步探讨了寒潮变化的可能原因,结果表明:(1)近10 a内蒙古河段凌汛期共出现98次寒潮过程,过程持续时间1~5 d不等,平均为2.1 d,其中1~2 d的过程较多,累计次数占总次数的73%。(2)寒潮过程呈显著增多趋势,增加速率为1.4次/a,近5 a平均次数较2010—2014年增加127%。(3)按照冷空气移动路径,将寒潮天气过程划分为偏北路冷空气型、偏西路冷空气型、偏东路冷空气型以及偏北路与偏东路共同影响型4类,其中偏北路冷空气型最为常见,占寒潮过程总数的70%以上,其他3类占比均不到10%。(4)西伯利亚高压强度增强是造成近5 a寒潮次数增加的关键大气环流因素,而北极海冰密度减小是造成寒潮次数增加的重要外强迫因素。