我国青藏高原以东地区降水与海拔高度关系分析

发布时间：2020-05-10 07:12

【摘要】：作为决定降水气候分布的一个重要因子,地形通过一系列动力、热力过程对云雨过程有着多尺度、多方面的复杂影响。由于地形强迫作用的复杂性,许多早已形成共识的地形气候效应多停留在定性理解阶段,导致当前各类数值模式对复杂地形区的降水模拟存在很大缺陷。不同尺度地形影响与东亚季风相互作用,使得我国地形与降水的关系更为复杂。研究我国降水与地形关系的空间分布特征,不仅有助于增强对影响我国山地降水的动力与热力过程的理解,更为评估和理解山地降水过程的模拟提供细致的观测依据。本文综合利用台站逐时降水数据、卫星数据以及ERA5再分析数据,系统分析了我国青藏高原以东地区降水与海拔高度关系的观测特征,并细致评估了数值模式对我国降水与海拔高度关系的模拟能力。论文主要结论有以下几点:首先,采用地理加权回归(Geographically Weighted Regression,GWR)模型,定量分析了有限区域内(100km)降水与海拔高度的关系。结果表明,我国青藏高原以东地区暖季降水频率(强度)与海拔高度的关系具有良好的区域一致性,总体上表现为随海拔高度升高而增加(减小)的趋势;降水量与海拔高度的关系的区域差异明显。通过区分午后短时降水事件和夜间长时降水事件,并分别分析各类事件与海拔高度的关系发现,午后短时降水事件的降水量主要表现为随海拔高度升高而增加,且区域一致性较好;而夜间长时降水事件的降水量与海拔高度的关系的区域一致性较差,且表现为负回归系数的站点数多于正回归系数的站点数。按照地形尺度区分出大地形周边复杂地形区站点和东部孤立地形区站点后发现,相较于东部孤立地形区,大地形周边复杂地形区的降水量更倾向于表现出在午后短时降水事件中随海拔高度升高而增加、在夜间长时降水事件中随海拔高度升高而减小的特征。为比较降水与海拔高度的关系的季节差异,对比分析了我国青藏高原以东地区冷季降水与海拔高度关系。结果表明,相较于暖季,冷季具有更多降水频率随海拔高度升高而减小的站点,且冷季降水与海拔高度的相关性较暖季结果偏弱。其次,细致分析了我国典型复杂地形区(华北和西南)降水沿大尺度地形阶梯的变化特征。结果表明,在华北地区,暖季降水表现为随海拔高度升高而先增加后减小的趋势,并且随海拔高度升高,降水频率与海拔高度的关系发生变化的位置所对应的海拔高度要高于降水量结果。由日变化特征发现,西部高山地区的降水倾向于从午后开始向下游传播,于夜间移动至东部平原地区并加强。关注午后短时降水事件和夜间长时降水事件的降水量随海拔高度的变化,发现两类事件的降水量随海拔高度升高呈相反的变化趋势。在西南地区,暖季降水随海拔高度的变化并不显著,但云贵高原东坡处的降水要略大于其两侧区域。冷季降水量和降水频率的东西差异显著,均表现为随海拔高度升高而减小,降水量和降水频率的偏大区域和偏小区域的突变点在白天时段均出现向东移动的现象。冷季降水强度最小值出现在云贵高原的东坡,最大值出现在云贵高原上。通过分析西南地区的大尺度温湿场特征,发现104°E以东地区低层比湿偏大且以辐合为主,受地形阻挡抬升,东部地区近地面层存在一个局地次级环流,有利于降水的形成。进一步分析表明,西南地区东部低海拔地区冷季降水偏多的原因可能与昆明准静止锋有关,降水大值区位于准静止锋的锋后,且降水量大值区域在白天时段向东移动现象也与昆明准静止锋位置的东移有关。最后,基于GWR模型,评估了European Center for Medium-range Weather Forecast Integrated Forecast System(ECMWF-IFS)模式24小时预报对降水与海拔高度关系的再现能力。结果表明,模式基本可以再现降水强度(频率)随海拔升高而减小(增加)的趋势,但绝大多数站点在模式中的降水强度(频率)与海拔高度的负(正)回归关系要弱(强)于观测,这与模式对不同海拔区域的降水强度(频率)的低估(高估)幅度对应。通过比较模式和观测中降水事件与海拔高度的关系发现,模式对低海拔地区午后短时降水事件的降水频率的高估程度更大,使得模式倾向于弱化降水频率与海拔高度的正回归关系。在夜间长时降水事件中,模式较观测出现更多降水频率随海拔高度升高而减小的站点,模式亦低估了绝大部分站点降水强度随海拔高度升高而减小的趋势。评估结果表明,GWR模型为定量评估不同地形区降水的模拟偏差与海拔高度的关联提供了一种有效的客观方法。
【图文】：

我国青藏高原以东地区暖季平均(a、d)降水量、(b、e)降水频率、(c、f)降水强度与海拔高度的回归系数空间分布(左列，灰度为地形高度，单位：m)及概率密度分布(右列)柱状图(实心圆点表示通过置信度为95%的显著性检验的站点，左列图中右上角的数字为通过显著性检验的站点数,其中图a单位：10-4mmm-1，图b单位：10-4m-1，，图c单位：10-3mmm-1)

东部孤立地形(实心圆)?
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P461

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本文编号：2656945