青藏高原“敏感区”地表通量、水汽输送结构对长江中下游梅雨期异常降水的综合影响特征

发布时间：2020-04-25 23:39

【摘要】：青藏高原被称为“世界屋脊”,地球的“第三极”,且不同区域的地形形态各异,为全球天气、气候变化的关键“敏感区”,该“敏感区”动力、热力作用深刻地影响着东亚尤其中国东部的大气环流和水分循环分布。中国的长江中下游地区地处高原大地形下游,是世界上洪涝灾害较为严重和暴雨频发的地区之一。本文通过分析气候尺度的相关特征,重点剖析与长江中下游梅雨期异常降水过程有关的高原主体视热源Q_1、高原东南缘“敏感区”地表潜热通量、东亚季风水汽输送、副热带高压脊线位置等多因素协同影响;从天气尺度的视角,进行长江中下游梅雨期降水过程的多因素综合诊断分析与模拟试验,进一步印证影响长江中下游梅雨期异常降水过程的气候相关因素,即高原主体视热源Q_1、高原东南缘“敏感区”地表潜热通量、水汽输送等的协同作用,以揭示影响梅雨期长江中下游地区降水分布变异的可能机理。本文得到的主要结论如下:(1)针对7月长江中下游地区降雨量和暴雨频数极值的东-西向带状核心区,通过追踪分析可发现,长江中下游地区旱涝的年际变化与上游高原东南缘“敏感区”陆-气过程“强信号”特征存在显著的关联,且高原东南缘“敏感区”地表潜热较感热更具有上游“强信号”特征。(2)从气候相关特征(年际变化)的视角,在长江中下游地区的旱、涝年,高原和东亚季风区水汽输送在我国东部地区分布特征出现显著差异。高原东南缘“敏感区”地表潜热变化不仅是长江中下游梅雨期异常降水及其环流型的“强信号”,而且与高原主体视热源Q_1密切相关。研究表明高原主体视热源Q_1变化亦对高原东南缘“敏感区”地表潜热存在调制作用。7月,高原主体视热源Q_1异常强(弱)年,高原地区近地层(对流层中部)为异常气旋性(反气旋性)环流,高原东南缘“敏感区”近地层水汽输送强(弱),地表潜热为异常低(高)值年,该区域近地层呈异常高(低)湿状况及其指向长江流域东-西向强(弱)的水汽输送特征,即东亚季风水汽输送系统偏南(北)的环流型,该环流型导致长江中下游地区低云量和总云量偏多(少),该地区降水偏多(少),暴雨频次偏高(低),上述两类不同的东亚季风水汽输送环流型可分别描述出高原东南缘“敏感区”地表潜热“强信号”与高原主体视热源Q_1及其水汽输送结构的响应特征。(3)本文提出一个长江中下游地区梅雨期异常降水与水汽输送结构相关的西太平洋副热带高压脊线新指数,更加合理地表征了副热带高压脊线位置和长江中下游地区梅雨期雨带的南北移动特征。在高原热力驱动背景下,7月高原东南缘“敏感区”地表潜热表现出显著的气候特征“强信号”,其与西太平洋副热带高压脊线新指数存在更为合理的响应关系。即高原东南缘“敏感区”地表潜热弱(强),与水汽输送相关的副热带高压脊线新指数偏南(北),则长江中下游降水偏多(少)且中国东部北方地区降水偏少(多)。(4)从天气尺度特征的视角,基于长江中下游地区异常降水过程综合诊断分析与数值模拟试验,进一步印证了高原东南缘“敏感区”是源自中低纬海洋水汽流汇合的上游“通道口”和高原水汽的“转运站”,该地区地表潜热变化是长江中下游地区梅雨期异常降水环流型变化的前兆性“强信号”。选取高原东南缘“敏感区”地表潜热异常高、低值典型各三年7月的逐日样本,研究发现,典型年高原主体视热源、东南缘“敏感区”地表潜热滞后3-5天与移出高原的降水系统相关显著,其中高原东南缘“敏感区”地表潜热异常高、低值典型年对应的高相关降雨带位置和水汽输送方向呈显著差异,即高原主体视热源Q_1偏高(低),高原东南缘“敏感区”地表潜热偏低(高),两者对应降水系统移向的特征偏东(北),相关雨带位于长江中下游地区(中国东部北方地区),研究表明高原主体视热源Q_1、高原东南缘“敏感区”地表潜热均与长江中下游地区的水汽输送和降水分布具有3-5天左右的前兆性“强信号”特征。通过高原东南缘“敏感区”地表潜热强、弱和水汽状况变化的数值模拟试验,模拟结果亦证实了高原东南缘“敏感区”地表潜热和水汽状况对长江中下游降水异常的“强信号”特征。(5)提出青藏高原主体热源及其东南缘“敏感区”地表潜热、多尺度水汽输送结构、副热带高压环流系统对长江中下游梅雨期降水综合相关物理模型。研究从气候相关特征的角度,揭示了高原地表潜热通量“强信号”与高原主体视热源Q_1、副热带高压环流系统及其水汽输送结构等多因素协同影响作用,并基于降水过程的多因素综合诊断分析与模拟试验,从天气尺度的视角,印证了上述的气候相关特征。
【图文】：

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图 1.1 青藏高原作为陆地-海洋-大气相互作用和水文循环的作用的示意图（Xu and Lu，2008已有研究表明，高原夏季热源与同期长江流域降水存在着明显的正相关（罗会邦995，赵平等 2001）。Chen 等（2003）通过分析 1998 年夏季高原逐日大气热源与 7-9 d后我国东部降水和副热带高压的关系，发现高原视热源偏高有利于 7-9 day 后长江流水增多和副高的南退。刘新等（2002）分析了 7 月高原加热指数及其与同期环流场

大理,潜热,观测资料,地表

图 2.2 （a）2008 年 3 月 5 日-2009 年 7 月 6 日高原东南缘（图 b 中 B 区）逐 3 小时地表潜热与同期大理站观测资料相关模型（单位：W/m2）；（b）2014、2015 和 2016 年 7 月大理站地表潜热逐 3 小时观测资料与同期高原及周边区域 ERA-Interim 资料相关分布（相关系数大于 0.1 的区域为通过 99 %置信度检验区域），黑色虚线表示 1500 m 地形高度2.2 研究方法介绍2.2.1 水汽输送结构相关的副高脊线的判识方案副热带高压是大气环流和东亚季风的一个重要系统，副热带高压带和高压单体的强度、位置具有明显的季节性变化，从 1-7 月高压主体逐步均向北、向西移动、强度增强。经历不同阶段，包括缓慢的变化以及跳跃式变化，西太平洋副热带高压脊线北侧的西风带对我国东部影响比较大，气旋和锋面活动比较频繁，，常常产生阴雨或暴雨天气（李维京，2012）。中央气象台长期预报组（1976）一般认为，在 500 hPa 月平均环流图上，西太平洋地区 588 dagpm 等值线所包围的反气旋环流区域为西太平洋副热带高压，为了定量表征西太平洋副热带高
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P426.6

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