长江上游关键区主汛期典型涝年气候成因辨析

为从更精细的角度分析长江上游主汛期典型涝年的降雨特征及气候成因,将长江上游分为5个关键区,利用长江上游1961~2021年282个雨量站逐日降雨资料,通过Morlet小波分析等方法分析长江上游及5个关键区主汛期降雨特征并找出长江上游典型涝年进行分类,最后对不同型降雨典型涝年的水汽输送及气候成因进行了探讨。研究表明:(1)长江上游与金沙江、长江上游干流降雨量的年际波动总体较为一致,异常涝年的出现时间也较为一致,嘉陵江、岷沱江流域年际波动的阶段性突变较为明显,乌江流域的年际波动则较为平稳;长江上游及5个关键区降雨量周期变化较为一致,均存在3 a左右的振荡周期。(2)长江上游典型涝年5个关键区降雨可分为3类,分别为关键区一致多型、关键区四多一少型及关键区三多两少型。(3)长江上游主汛期不同型降雨的水汽输送来源存在一定差异,关键区一致多型及关键区四多一少型水汽输送主要来自西太平洋及孟加拉湾,而关键区三多两少型水汽输送主要来自西太平洋及南海。(4)青藏高原积雪偏多有利于长江上游降水量偏多;关键区一致多型一般发生于暖海温向冷海温转折变化的年份,而关键区四多一少型及关键区三多两少型一般发生在冬季海温偏冷的年份。

长江中下游典型涝年准双周振荡特征及其影响分析

针对长江下游典型涝年(1999、2016和2020年),通过全域功率谱分析和Lanczos滤波方法提取准双周振荡(QBWO)分量;并采用再分析资料进行同位相合成,揭示不同典型涝年共性特征及其各自的关键影响因子。结果表明:(1)1999、2016和2020年是长江下游地区最为典型的涝年,存在10—20 d显著的准双周振荡周期,且6—7月更为明显。(2)中、高纬度地区高层低频环流呈现扰动波列分布,有利于“两脊一槽”大尺度背景的维持和下游扰动增强,引起长江下游地区低频垂直运动变化,进而造成降水异常。低纬度地区准双周振荡是长江下游低频变化的另一来源,低层低频涡旋以10°N为轴对称分布,低频辐散风由中国南海指向长江下游地区,热带对流活动低频变化可通过低频大气环流影响长江下游降水。高、低纬度低频大气环流配合热源强迫存在相向运动,叠加低频水汽强烈辐合,为长江下游地区降水偏多提供有利条件。(3)3个长江下游典型涝年降水分布特征及其关键影响因子存在不同。1999年,西北太平洋上低频反气旋环流偏强、偏西,辐散风由中国南海指向长江下游地区,低频水汽来源为孟加拉湾和中国南海地区。2016年,对流层低层南、北低频环流系统耦合带呈现东北—西南走向,低纬度地区对流活动旺盛,向北传播的大气热源加热作用更强。2020年,中、高纬度地区垂直环流更完整,西北太平洋的东南水汽输送成为主要水汽来源。研究结果对认识长江下游地区夏季降水异常有重要意义。

青藏高原夏季旱涝年降水准双周振荡及低频环流特征分析

为了研究青藏高原夏季降水的低频振荡特征,利用1978-2017年高原地区62个气象站日降水资料和ERA5高分辨率逐日再分析资料,采用集合经验模态分解(EEMD)、Lanczos滤波以及合成分析方法,对青藏高原夏季旱涝年降水的低频振荡特征、气象要素场变化及环流特征进行了深入分析,揭示了高原地区旱涝年降水低频振荡周期特征、环流特征以及低频风场、涡度场等传播特点。结果表明:(1)高原夏季降水存在10~20天的振荡周期;旱涝年的周期频率不同,涝年振荡频率明显高于旱年;涝年显著的振荡为10~20天和30天以上的振荡,而旱年主要以10~20天的振荡为主。(2)涝年在低频降水强位相,高空低频气旋控制高原主体,高空辐散,低空辐合,来自孟加拉湾偏南风的水汽供应充足,低频扰动强,利于降水发生,自西向东存在低频反气旋-低频气旋-低频反气旋的异常环流分布;反之在低频降水弱位相,高空低频反气旋控制高原主体,高空辐合,低空辐散,暖湿的偏南气流较弱,低频扰动偏弱,不利于降水发生。旱年配置有相似的特征,但低频反气旋-低频气旋-低频反气旋的环流形势不明显,整体上振荡强度较涝年偏弱,低频要素场强度也偏弱。(3)低频波动的传播旱涝年有所不同,涝年高原纬向上高低空为低频振荡的汇区,且经向上也是汇区,振荡汇区降水发生更频繁,故涝年降水偏多。在旱年低频振荡经向上高层由高原向外传播,故旱年低频降水发生偏少。

华南旱、涝年前汛期水汽输送特征的对比分析

利用卫星遥感反演的降水资料及中国740个测站逐日降水资料，根据定义的旱涝指数，划分了1957—2002年期间的华南旱涝年份。利用NCEP／NCAR逐日再分析资料，分别讨论华南前汛期4～6月、4月及6月的水汽输送的气候特征。在此基础上，进一步研究了4～6月、4月及6月水汽输送及其源地在华南前汛期涝年和早年的不同特征。结果表明：影响华南的水汽输送环流在南海夏季风建立前后具有明显不同的气候特征，华南前汛期（4～6月）降水应分为南海夏季风爆发前4月份至夏季风爆发与南海夏季风爆发至6月两个时段。来源于西太平洋的水汽输送变化和来自中国北方的水汽输送变化对华南降水异常有重要作用，而阿拉伯海-孟加拉湾地区的水汽输送变化对华南的降水异常影响不大。

西南地区东部夏季典型旱涝年的OLR特征

利用1959—2006年西南地区东部20个测站的逐日降水量资料和1979—2006年全球OLR（Outgoing Longwave Radiation）逐日格点资料,分析了西南地区东部夏季典型旱涝年OLR的异常特征。结果表明：按照区域降水指数可确定3个典型干旱年（2006,1994和1997年）和3个典型洪涝年（1998,1980和1993年）,而1998年和2006年分别是1959年以来西南地区东部降水偏多和偏少最明显的年份。西南地区东部典型旱涝年夏季OLR分布有明显的差异,洪涝（干旱）年,从青藏高原东部一直到江淮地区OLR值偏低（高）,同时孟加拉湾南部及赤道东印度洋地区OLR值也偏低（高）,而菲律宾及其附近地区OLR值偏高（低）。从3个关键区平均的逐日变化来看,赤道东印度洋地区对流活动典型涝年强于典型旱年,菲律宾及其附近地区对流活动则是旱年强于涝年,青藏高原东部至江淮流域地区（包括西南地区东部）极端涝年盛行上升运动。涝年热带地区的ITCZ以向西移动的特征为主,而旱年热带地区的ITCZ夏季前期则以向东移动的特征为主。典型涝年孟加拉湾南部及赤道东印度洋地区的对流北传的特征较明显,6月中旬以后大部分时间可以传到30°N以北，典型旱年孟加拉湾南部及赤道东印度洋地区的对流主要呈现南北振荡、偶有中断的活动特征，很少时间能达到30°N。低纬热带地区关键区域OLR5～9月一般都具有准40天左右的显著低频变化周期，而准12～15天的准双周变化周期在部分时段也显著。典型涝年夏季OLR40天左右低频对流经向和纬向传播在西南地区东部区域得到加强，低频对流偏强，引起降水偏多，而典型早年夏季则相反，OLR40天左右低频对流经向和纬向传播在该区域得到削弱，低频对流偏弱，引起降水偏少。

浙江省夏季旱涝年及前期异常特征

采用 1 951～ 1 960年浙江省 4站和 1 961～ 1 999年浙江省 3 6站的夏季降水资料划分了浙江省夏季旱涝年。研究了夏季旱涝的同期及前期环流异常特征 ,研究了浙江省夏季旱涝的预报方法。

新疆博州地区降水时空分布特征及典型旱涝年

利用新疆博尔塔拉蒙古自治州地区4个气象站1971—2000年的逐日降水资料,用静态统计论观点分析了博州地区降水时空变化特征,并按适应于西北地区的Z指数旱涝标准统计出了典型的旱涝年。结果表明:①博州地区降水量西多东少,海拔在1200m以上的地区为半干旱区,其余绝大多数地区为干旱区或重干旱区,多极端降水事件,自然灾害以旱灾为主洪灾其次,自然生态环境极其脆弱;②年(月)降水量以少于30a的年(月)平均值为多;③12月至次年2月降水量极小,空间分布呈东多西少型,其他月份则反之;④多雨期出现在夏半年4—9月。其中5—7月大面积干旱与局地洪灾往往并存;⑤山区有两个雨季共5个旬次,平均降水量的月际分布为双峰型,主峰在7月,次峰在5月;其他地区仅1个雨季共两个旬次,平均降水量的月际分布为单峰型,峰值出现在5月;⑥同一气候背景中,博州各个地貌单元的旱涝程度不一,降水空间分布极其复杂。

浙江省秋季降水趋势及旱涝年特征

用浙江省 3 6站 3 9a的降水资料及全国 1 60站 49a降水和气温资料研究浙江省秋季降水的变化趋势及旱涝特征。结果表明 :浙江省秋季降水具有明显负趋势。还指出 :浙江省秋季旱涝变化的主要形式是全省基本一致的趋势 ,但沿海与内陆的变化有一定差异 ;浙江省的旱涝与我国秋季的大尺度雨带的位置的关系密切 ;旱涝前期我国气象要素场有明显的异常特征。用蒙特卡罗 (Monte Carlo)模拟方法和 t检验法对气象要素的长期变化进行了统计检验。

陕西汛期降水时空分布及典型旱涝年环流特征

根据陕西省1959～2002年汛期（6～9月）降水资料，采用旋转经验正交（REOF）分解方法，将陕西省按汛期降水划分为4个自然气候区：Ⅰ区包括关中及渭北地区，Ⅱ区为陕北长城沿线地区，Ⅲ区、Ⅳ区分别为陕南东部和陕南西部地区。对各气候区的降水变化特征进行分析，结果表明：汛期降水除陕南东部呈线性增加趋势外，其余各区均呈线性减少趋势。分析陕西省典型旱（涝）年北半球500hPa环流形势距平场和环流特征量发现：典型旱（涝）年，Nino3区海温为明显的正（负）距平；西太平洋副热带高压强度偏强（弱），脊线位置偏南（北）、西伸脊点偏东（西），欧亚地区西风环流指数偏弱（强），以经（纬）向环流为主。

华南前汛期典型涝年低频降水特征及其与低频水汽输送的关系

利用1961—2013年国家气象信息中心提供的全国753站逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析风场和比湿资料,以及NOAA的HYSPLIT模式同期驱动资料,分析了华南前汛期9个典型涝年的低频降水特征及其与低频水汽输送的关系,探讨了低频水汽输送通道及源地。结果表明,华南前汛期9个典型涝年降水存在显著的10~20 d低频振荡周期,闽赣地区30~60 d低频周期也显著。华南前汛期850 hPa纬向、经向水汽通量都存在10~20 d的显著低频周期。影响华南前汛期典型涝年10~20 d低频降水的四个低频水汽输送通道及源地为:以马达加斯加岛北部印度洋、赤道中印度洋为参考源地的西南水汽通道;以日本群岛东南洋面和赤道中太平洋为源地的东南水汽通道;以里海北部和贝加尔湖东南侧为参考源地的西北冷空气通道;以白令海为参考源地的东北冷湿水汽通道。对广东佛冈站和江西广昌站的典型涝年进行水汽后向轨迹模拟验证了上述四个水汽通道,模拟源地均位于水汽通道关键区域。水汽信号参考源地和模拟源地,可作为华南前汛期提前2~6 d延伸期预报时重点考察地区。

福建省前汛期旱涝年前冬季500 hPa高度场特征及其与东亚冬季风的关系

通过对1961～2001年福建前汛期降水与东亚前冬季冬季风强弱与副高强度间的相关性等统计分析表明：前冬季冬季风强（弱）年，前汛期西太平洋副高偏弱（强），福建降水偏多（少），此外，本文利用ECMWF再分析资料，对比分析了旱涝年份前冬季500hPa环流形势差异．其结果显示：旱（涝）年前冬季，东亚大槽偏弱（强），冬季风减弱（增强），副热带高压偏强（弱）。

淮河流域和长江中下游流域旱涝年的划分

利用1951—2007年国家气象信息中心提供的756站逐日降水资料,通过计算6—7月降水标准差,确定淮河流域和长江中下游流域降水变率最大的站点,分别计算各站与这两个流域降水变率最大的站点相关系数,把通过显著性检验的站点分别作为淮河流域和长江中下游流域的代表站。利用两流域代表站的标准化降水指数确定了1951—2007年的旱涝年份:淮河流域的旱年为1952年、1959年、1961年等共10 a,涝年为1954年、1956年、1957年等共9 a;长江中下游流域的旱年为1952年、1958年、1961年等共11 a,涝年为1954年、1969年、1980年等共10 a。结合水文资料进行修订后,确定了1951—2007年淮河流域和长江流域因梅雨季降水而导致的洪涝年份。

厄尔尼诺事件山西春秋季典型旱涝年环流特征分析

厄尔尼诺现象的发生会给全球气候带来影响。本文通过分析山西省春秋季降水规律,发现厄尔尼诺对山西春秋季旱涝有一定影响,并对春秋季典型旱涝年的环流特征进行了分析。

中国黄土高原地区典型旱涝年降水特征

利用黄土高原40 a降水资料,采用EOF、小波分析和计算分维数等方法,确定典型旱涝年份,分析典型旱涝年降水量和频次变化特征。结果表明,黄土高原涝年降雨量自西向东递增,旱年由北向南递增;年降水频次时间分布的分维数涝年大于旱年,涝年降水间隔变化复杂程度超过旱年;旱涝年降水频次变化的周期谱存在较明显差异,涝年周期复杂,以短周期为主要特点,旱年长周期突出;大地形在涝年对降水的再分配能力远大于旱年;旱涝年降水频次的差异上大雨以上降水更为明显。

青藏高原东侧“雅安天漏”旱涝年降水特征

利用四川省雅安市1951～2008年逐日降水资料和1969～2000年逐小时降水资料,统计分析了青藏高原东侧雅安地区4个典型旱年和4个典型涝年的降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明,雅安旱年的平均年降水量为1242.9mm,涝年的平均年降水量比旱年多1010mm。旱年汛期降水量占旱年降水总量的70.4%,涝年汛期降水量超出旱年一倍,且占涝年降水总量的81.1%。旱、涝年降水量的季节变化明显,且涝年的季节差异更加显著;雨强与降水量的季节变化相似,夏季达到最大,且旱、涝年年雨强和汛期雨强的差异很明显;旱、涝年之间的雨日差异要小的多,季节差异也不突出。旱、涝年降水量和雨日的最大值、最小值出现月份不同,旱年降水量7月最多、1月最少,而涝年降水量8月最多、12月最少。另外,旱、涝年白天、夜间的月降水量和月雨日最大值出现时间不同,并且不同降水强度,旱、涝年降水量和雨日的逐月变化也有较大差异;旱、涝年降水日变化与夜雨特征都突出,但夜间降水量和频次远远大于白天。旱、涝年降水量和频次的最大值、最小值出现时间有差异,旱年最大小时降水量在01时,最小在14时。涝年夜间小时降水量为双峰结构,最大小时降水量在23时,另一最大值在03时,最小在16时。旱年和涝年最大小时降水频次均出现在00时,最小分别出现在14时和15时。并且,降水量和频次从谷值到峰值的增加速率超过了从峰值到谷值的衰减速率;进一步分析发现,随着降水强度的增加,其夜间降水量越容易出现多峰值的波动,且旱、涝年夜间降水量和频次的差值也越明显。其中,旱年中雨和大雨降水量和频次高于涝年,但涝年暴雨降水量和频次远高于旱年。

ENSO事件与河南旱涝年型的关系

利用河南省1951～1998年旱涝灾害影响资料，划分了旱涝灾害年型，并分析了ENSO事件与河南旱涝年型的关系：在厄尔尼诺当年、次年及反厄尔尼诺年，干旱年成灾面积大于67万公顷的大旱年占旱年总数的61％，涝年成灾面积大于67万公顷的大涝年占涝年总数的65％；厄尔尼诺年旱年频率大于涝年频率，反厄尔尼诺年旱、涝年频率相当；弱、最弱及最强的厄尔尼诺开始年涝灾影响为主，中等及偏强厄尔尼诺开始年以旱灾为主；厄尔尼诺开始年与次年旱涝影响趋势相一致的频率达92％。

两个夏季旱涝年季风强度的变化特征分析

贵州省是季风气候十分明显的地区，冬季盛行冬季风，夏季盛行夏季风，夏季风的强弱及其到来的早晚与夏季降雨有密切的关系。1981年是贵州近60年来典型的夏旱年，1991年又是历史上罕见的夏季洪涝灾害年，故本文对1981、1991年2个夏季旱涝年贵阳的季风强度的变化特征进行了分析研究。结果表明：1981年的季风强度较弱，夏季风盛行时间较晚，1991年季风强度较强且夏季风盛行较早；这2年的季风强度都具有2～11d的短期变化周期，其中2～4d的准周期变化较明显，夏季降雨也有相似的短期变化特征，夏季季风强度与降雨强度的峰值在时间上具有一定的对应关系。因此对降雨的中短期预报有一定的指导意义。

贵州旱涝年OLR场分布特征

诊断分析了热带太平洋地区对流活动与贵州旱涝年前期和同期的场分布特征，结果表明：OLR场分布特征明显。夏季，涝年热带太平洋地区呈西正东负的距平分布，旱年呈西负东正的距平分布；前冬（以1月份为代表），涝年呈正-负-正的距平分布，旱年呈西正东负的距平分布，热带东太平对流活动涝年减弱．旱年增强；春季，涝年呈正-负-正的距平分布，旱年呈负-正-负的距平分布。OLR场与贵州夏季降水的这种非同步联系，物理意义明确，是一种有价值的预测夏季旱涝的强信号。

辽宁省夏季典型旱涝年降水低频特征分析

利用1962—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料和辽宁省53个气象站逐日降水资料,分析辽宁省夏季典型旱涝年降水低频的特征。结果表明:1962—2013年辽宁省夏季旱年降水的30—60 d振荡显著,涝年低频振荡不显著,以小于10 d的高频振荡为主。旱涝年低频涡度和散度的传播方向明显不同。辽宁省夏季干旱的发生与低频涡度和散度自低纬度北传及中高纬度南传并同位相汇合于辽宁地区有关,高低层低频涡度和散度在动力上表现出协调一致性。小于10 d高频振荡的累积效应使辽宁地区夏季易发生洪涝,30—60 d振荡叠加高频过程,易使辽宁地区夏季发生干旱。

淮河流域6-7月涝年降水的10～30 d低频振荡特征

利用1981-2010年全国753站逐日降水资料,NCEP/NCAR逐日再分析资料和NOAA向外长波辐射资料,通过小波分析和Lanczos滤波的方法,得到淮河流域6-7月涝年降水的10～30 d低频振荡特征并进行了分析.结果表明：（1）淮河流域6-7月涝年降水具有明显的10～30 d周期变化.（2）位于高、低空的低频（10～30 d）反气旋和气旋分别影响南亚高压和西太平洋副热带高压的东西进退,从而影响淮河流域的低频降水强度.（3）在850 hPa上,南海上空的低频反气旋（气旋）和日本海地区的低频气旋（反气旋）使得淮河流域有（无）冷暖气流交汇,并随着低频反气旋和气旋向东北方向移动,造成淮河地区低频降水发展为活跃（中断）期.（4）在低频降水过程中,低频OLR负（正）值区域发展加强对应淮河流域降水过程加强（减弱）,当负（正）值区到达淮河流域时,淮河流域降水到达极端活跃（中断）期.随后低频OLR负（正）值区向东移动,淮河流域低频降水过程向过渡期转变.