基于客观天气分型的大别山暖季降水日变化研究

发布时间：2020-07-19 02:22

【摘要】：大别山作为江淮流域暖季强降水中心之一,其复杂的地形与环流相互作用产生降水的机制备受关注。以往的研究多基于数值模拟或个例分析,对某种特定的天气形势下的大别山降水机制给出解释。而本文则希望能够从长时间、高分辨率的格点资料,利用环流分型的方法,更客观的分析大别山在暖季不同天气型下的降水日变化特征,从气候学的角度研究大别山地形与环流相互作用的机制。因此,本文利用2008-2015年06-08月逐小时0.1° ×0.1°分辨率的CMORPH卫星-地面自动站融合的降水数据和合肥S波段多普勒雷达数据,基于倾斜旋转T模态主成分分析的客观天气分型方法研究了大别山暖季降水日变化的统计特征,并结合对流尺度高分辨率模式对典型个例进行分析。首先,将2008-2015年06-08月的每日平均的925hPa高度场客观分为9种环流型,发现在8年暖季的736天中,前3型环流日数共440天,占比约60%,而前3型降水量总和对暖季降水量的贡献在大别山地区可达70%左右。前3型分别对应低层西南气流(第1型)、东南气流(第2型)和偏东气流(第3型)。利用高时空分辨率CMORPH融合降水资料,统计不同环流型下的大别山降水时空分布特征,发现地形降水的降水量、降水频数和降水强度与环流型密切相关:第1型大别山降水量大,主要集中在西南坡,由低频强降水贡献,日变化为清晨单峰型。第2型降水位于地形东南坡,日变化为清晨-午后双峰型。第3型降水量集中在大别山地形上,由高频弱降水贡献,日变化为清晨-午后双峰型。进一步通过格点降水量峰值时刻的降水空间分布特征发现:第1型西南坡清晨降水峰值时刻和第2型东南坡清晨降水峰值时刻的平均降水强度(4.5mm/h)显著强于第3型地形上的午后降水峰值平均降水强度(2.5mmm/h)。在客观分型统计的基础上,进一步将第1型的242天按照大别山西南坡清晨降水量的大小排序,并对比非清晨降水日(153天)与清晨显著降水日(平均清晨降水强度1mm,共28天)的环流场和水汽场差异。结果显示,清晨显著降水日500hPa西太副高588线西伸到华南地区,700hPa江淮流域有小槽,850hPa江淮流域以南地区有西南低空急流,925hPa大别山西北侧有闭合低涡,而非清晨降水日500hPa副高偏东,700hPa到925hPa盛行西南气流,无小槽、低空急流和闭合低涡。另外,清晨显著降水日边界层的最大扰动西南风出现在08BJT,并且在31° N附近有明显辐合和切变,而非清晨降水日扰动风场日变化则呈顺时针旋转。在水汽场上,清晨显著降水日在中国南方地区伴随西南低空急流有一个明显的高湿轴,将水汽源源不断的从孟加拉湾(700 hPa)和南海(850 hPa)输送到中国江淮流域,在大别山区形成相对湿度高值中心(925 hPa),而非清晨降水日上完全看不到这条高湿轴。最后,选择第1型清晨显著降水日的典型个例(2013年06月25日)进行数值模拟,发现大别山地形的作用主要有两方面:一是对南侧的西南低空急流和边界层急流的抬升作用;二是对地形北侧边界层内东北急流的阻碍作用,使西南气流越山后继续被北侧的空气堆抬升,并在地形1 km高度处发生西南气流与东北气流的辐合,导致在地形的迎风坡、地形上和背风坡均激发出强对流,给大别山地形带来强降水。大别山清晨降水的减弱则主要与西南低空气流减弱有关。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426.6
【图文】：

示意图,江淮流域,空间分布,单位

ＮＪＵ）在２０１３年０６月２５日的预报数据（Ｚｈｕ逡逑ｅｔ邋ａｌ．，２０１８）。逡逑图２．邋１的黑色矩形框给出了本文主要分析的大别山区域，Ｓ１１４．５°Ｅ－逡逑１１７．邋５°邋Ｅ，邋２９．邋５°邋Ｎ－３２．邋５°邋Ｎ；蓝色、红色和绿色的１°邋ＸＴ的矩形框为本文逡逑降水量日变化曲线的区域，分别代表地形西南侧平原、地形和地形东北侧平逡逑原；黑色虚线圆圈为本文分析对流空间分布与日变化所用雷达数据的范围。逡逑ｄｍ逡逑１１０°Ｅ逦１１２°Ｅ逦１１４°Ｅ逦１１６°Ｅ逦１１８°Ｅ逦１２０°Ｅ逦１２２°Ｅ逡逑３００逦９００逦１５００逦２０００逡逑图２．１江淮流域地形高度空间分布（填色，单位ｍ）及研究区域示意图。黑色逡逑矩形框为本文主要分析的大R%山区；黑色实心三角表示合肥雷达（ＨＦＲＤ）；黑逡逑７逡逑

空间分布图,暖季,总降水量,降水量

我们利用８年暖季的逐小时ＣＭＯＲＰＨ卫星－地面自动站融合降水数据在逡逑０．邋１°邋Ｘ０．邋１度的网格上进行降水量的统计。逡逑图３．２ａ显示了邋２００８－２０１５年暖季（０６－０８月）大别山地区的降水量空间逡逑分布特征，显然，大别山地形相对于周围地区是一个降水量大值中心，８年暖逡逑季累积降水量达４０００ｍｎＴ５０００ｍｍ左右。而且，通过高分辨率的卫星－地面站融合逡逑降水资料，还可以清晰的发现大别山西南坡和东南坡各有一个降水极值中心，逡逑西南坡降水量高达６０００ｍｍ左右。图３．邋２ｂ展示了邋８年暖季中前３型总降水量的逡逑空间分布特征。前３型总降水量空间分布特征与暖季主要基本一致，大别山地逡逑形为降水量大值中心并且西南坡与东南坡各有一个降水量极值中心；与暖季降逡逑水空间分布特征的差异在于前３型总降水量空间分布更偏南，大别山以北的降逡逑水量明显少于其南侧的降水量。由８年暖季中前３型总降水量对暖季降水量贡逡逑献率的空间分布显示（图３．２ｃ），在３１°邋Ｎ以南，前３型总降水量对暖季的贡逡逑献率高达７０％？８０％；在３１°邋Ｎ以北，贡献率在６０％？７０％之间。总体而言，前３逡逑型环流的降水天数和降水量都占暖季６０％以上的比例

空间分布,暖季,空间分布,降水量

代表累积降水量（单位，ｍｍ）。逡逑３．２．２降水频数的空间分布特征逡逑图３．邋５ａ给出了邋２００８－２０１５年大别山暖季降水频数（即降水时数）的空间分逡逑布。可以发现，大别山地形相对于周围平原是显著的降水高频区，其中地形东逡逑部的主峰对应着降水的高频中心。逡逑图３．邋５ｂ、３．５ｃ、３．邋５ｄ分别给出了邋２００８－２０１５年大别山第１型、第２型、第逡逑３型环流的降水频数空间分布。其中第２型和第３型环流的降水频数空间分布逡逑２０逡逑

【参考文献】