青藏高原地表位涡密度强迫的特征及其对下游极端天气的影响

发布时间：2020-07-25 07:42

【摘要】：位涡作为综合表征大气动力和热力的物理量,广泛应用于天气系统的移动和发展中。自由大气中的位涡与地表位涡具有密切联系。本文从位涡方程出发,引入位涡密度的概念,其表示为位涡与大气密度的乘积,在等熵坐标下的数值即为绝对涡度,从而为天气过程的分析带来便利。由于青藏高原高耸的地形与等熵面相切,是位涡密度变化的关键区,因此本文首先利用再分析和模式资料给出冬夏高原区域地表位涡密度变化各强迫项的分布特征,然后选取2008年我国南方冰雪灾害个例,探究高原区域地表位涡密度强迫及其向下游的传输对极端降水的影响。主要结果为:(1)利用位涡方程推导得到σ坐标下的位涡密度方程及其计算方案,并验证其计算上的合理性。分析位涡密度变化方程表明,大气的辐合辐散,非绝热加热及摩擦作用是影响大气位涡密度变化的三项强迫项。当大气绝热无摩擦的情况下,位涡守恒,但位涡密度不守恒,大气内部的辐合能够使位涡密度增长,从而影响位涡密度的收支。(2)青藏高原大地形与等熵面相交明显,是位涡密度增长、减弱的关键区。分析地表位涡密度各强迫项表明,冬季大气辐合辐散的作用最为明显,其大值贡献区位于高原东边界,非绝热加热项也有一定贡献。夏季受高原热源的作用,非绝热加热项的贡献比较显著,主要位于高原南边界和东边界处。辐合辐散项则主要位于高原中东部及其东边界与四川盆地交汇处。(3)分析2008年冰雪灾害过程并进行敏感性试验,结果表明,青藏高原东坡近地表的辐合能够增加地表位涡密度,使其成为等熵面边界上的位涡密度强迫源。该强迫源在等熵面上沿西风向东传播,在低空激发的气旋式环流,增强我国华南沿海地区的南风以及负的绝对涡度平流输送;在对流层中高层为下游地区提供正的绝对涡度平流,为下游地区上升运动和降水的发展创造了有利条件,促进华南极端降水的产生。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P461
【图文】：

模式图,地表层,模式,模层

．２邋ＥＲＡ－ｌｎｔｅｒｉｍ模式层分层示意图，其中ａ为地表层，ｂ，ｃ，ｄ及以上为模层表明，欧洲中心数据的地表层离地高度较ＭＥＲＲＡ２数据大，所差异。但同一数据模式层之间的厚度相差不大，因此保证了

模式图,地表层,模式,示意图

邋＾＾邋＿＿０＝１．００，逦１０ｍ逡逑Ｔ邋－邋Ｇｉｖｅｎ邋ｖａｒｉａｂｌｅ；邋Ｂ邋Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ邋ｖａｒｉａｂｌｅ逡逑图２．２邋ＥＲＡ－ｌｎｔｅｒｉｍ模式层分层示意图，其中ａ为地表层，ｂ，ｃ，ｄ及以上为模式层逡逑图中分层表明，欧洲中心数据的地表层离地高度较ＭＥＲＲＡ２数据大，各层之间的逡逑厚度差也有所差异。但同一数据模式层之间的厚度相差不大，因此保证了差分方法的合逡逑理性。其中各层基本量的计算与ＭＥＲＲＡ２资料一致，在此不再赘述。但需要注意的是，逡逑欧州中心提供的模式层数据中没有非绝热加热变率Ｑ１，因此对Ｆ欧洲中心的数据，丨１：－逡逑绝热加热变率改用位温的个别变化来计算。逡逑２．４．２邋■，丨：ＦＧＯＡＬＳ投式丨丨丨的，、Ｖ：川逡逑不Ｎ的再分析资料中，算法的ｉｌ？算山于数据的层次不问而檇所差异。本小节我们士：逡逑要分析ＦＧＯＡＬＳ－ｆ模式中具体计算方案的应用。与再分析资料的奶仑相同，我们首先给逡逑出ＦＧＯＡＬＳ－ｆ模式的垂直分层如下图所示。逡逑１９逡逑

分布情况,位涡,单位,密度变化

等值线分别为高原１５００邋ｍ和３０００邋ｍ的地形线，逡逑下文图中的地形线与其一致。逡逑进一步分析地表位涡密度变化中各强迫项的贡献情况，图３．３给出ｆ地表位涡密度逡逑变化中辐合辐散项及其水平和垂直贡献项的分布情况。山图可知，辐合辐散项的要贡逡逑献来ｎ邋］－其水ｆ项一的作川。墙１＇［项的贡献较水ｆ项小？个ｗ级，仅作ａ原逡逑的北边界处衣现为较弱的负贡献。逡逑ａｄｖ逡逑；ｉｉ＾＾逡逑２０ＮＩ逡逑９０Ｅ逦１２０Ｅ逡逑ａｄｖｈ逦ａｄｖ＿ｖｅｒ逡逑ｚ0ｎ邋ｈ＼逦卜卜＇５逡逑９０Ｅ逦１２０Ｅ逦９０Ｅ逦１２０Ｅ逡逑——ｉ逦ｉ邋ｉ邋ｉ逡逑－２逦－１．５逦－１逦－０．５邋－０．３逦０逦０．３邋０．５逦１逦１．５逦２逡逑２３逡逑

【参考文献】