春季东亚副热带西风急流的变化特征及其与中国沙尘天气的关系

发布时间：2020-07-29 16:07

【摘要】：副热带高空西风急流作为北半球的二个主要环流因子,其位置及强度的变化会对沙尘暴的发生频次产生重要影响。近些年来,随着对沙尘暴天气研究的不断深入,高空急流的作用逐渐受到重视。本文分析了春季中国上空副热带西风急流的演变特征及其与同期我国北方沙区上空风场、近地面风之间的关系,进而对中国北方沙尘暴天气发生频次的影响,提出了一种从风动力学角度来解释中国北方春季沙尘暴成因的途径。首先,本文利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的ERA-Interim全球大气再分析资料,采用多年候平均的方法对我国上空副热带西风急流各特征参数的变化特征进行了分析。从年内变化来看,位于中国上空的副热带西风急流轴纬度、急流中心经度以及表征副热带急流区域性强弱特征的急流相对强度都呈现出规律性的变化,其演变特征可以总结为：在一年之中副热带西风急流轴纬度大致经历了3个阶段的变化,即隆冬至初春的位置稳定阶段、春季至盛夏的北进阶段以及夏末至初冬的南撤阶段；急流中心在冬季位于西太平洋上空,之后受高原热源加热作用的影响,其位置迅速西移,八月初到达一年之中最西位置,此后随着太阳辐射强度的减弱,急流中心又向东移至冬半年平均位置；急流相对强度在一年内的变化呈余弦分布,其中在2月初达到最大,7月末最小。而从年际变化情况来看,1980-2012年共33年间我国上空副热带西风急流轴的位置在冬、春、夏季均出现向北移动的趋势,而秋季基本保持稳定；急流中心的位置在冬季除了个别年份外均位于最东经度,在春季有所东移,而在夏季和秋季则有明显向西移动的趋势；急流相对强度在冬季和春季都有所增强,夏季则有减弱的趋势,而秋季基本上保持不变。其次,通过对近几十年我国春季沙尘暴发生次数以及各站点月平均风速的统计,并计算了同期中国上空副热带西风急流的相对强度,发现它们之间存在显著的相关关系：从总体上看,我国春季沙尘暴发生总站日数与同期中国上空副热带西风急流相对强度呈显著负相关关系；而沙尘源地近地面的风速与副热带急流相对强度之间也呈显著负相关。从站点的角度来看,春季西北大部分地区站点的沙尘暴发生次数与中国上空副热带西风急流相对强度为负相关关系；而在北方大部分地区站点的月平均风速与我国上空副热带西风急流相对强度也呈负相关的关系。因此,春季我国上空副热带西风急流与沙尘暴发生频次之间的关系我们可以理解为：当我国上空副热带西风急流相对强度增强(减弱)时,使得位于急流北侧沙尘源地上空的风速减弱(增强),进而导致我国北方沙尘物质丰富的地区近地面风速减小(增大),最终影响我国沙尘暴发生频次较高的南疆西部地区、和田地区和内蒙古阿拉善地区沙尘暴发生次数减少(增多)。最后,采用合成分析的方法,比较沙尘暴多发年和少发年春季东亚副热带地区高空西风急流以及中低空位势高度场、风场的差异,得出：春季沙尘暴多发年,东亚副热带西风急流强度有所减弱,而在哈萨克斯坦东部、蒙古、内蒙古大部分地区以及南疆地区等沙尘源地,200hPa纬向风速增大；500、850hPa风速、位势高度差值场的分布都有利于中国沙尘源地近地面风速增大。在中国沙尘源地,高层纬向风速增大,使得动量有效下传到近地面,引起地面大风,从而容易产生沙尘暴。综上所述,东亚副热带西风急流通过影响我国沙区上空西风的强度而间接影响近地面风场的变化,进而导致中国北方沙尘暴发生频次的变化。由此揭示了造成我国北方沙尘暴发生频次变化的另一种遥相关机制。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P442;P425.55
【图文】：

纬向风速,月平均,单位,急流轴

从上面的分析中我们定性地了解了东亚副热带西风急流在各个季节么间的逡逑演变特征，下面我们从表征东亚副热带西风急流特征的Ｈ个参数的多年候平均来逡逑定量地分析讨论急流在一年之内的演变特征。其中急流轴的多年平均韩度位置逡逑来分析副热带西风急流的南北向移动；Ｗ急流中屯、多年平均的经度位置来分析急逡逑流在东西方向的振荡；急流的相对强度来分析所研究的范围内急流的强弱程逡逑度。从急流轴平均韩度的逐候变化（图３－２）中我们可Ｗ看出，就近巧年的平均逡逑结度位置而言，我国上空副热带西风急流轴的平均讳度位置除了在隆冬至初春这逡逑一时期比较稳定外，其他时期都处于不断变化的状态，３月初至８月初副热带西逡逑风急流轴向北移动，８月初至１２月急流轴又开始向南回撤。总体上看，急流轴逡逑在一年之中的变化大致分为３个阶段，即稳定阶段（隆冬－初春）、北进阶段（春逡逑季－盛夏）和南撤阶段（夏末－初冬）１５８＾其中，隆冬－初春，中国上空副热带西风逡逑急流轴线的位置基本上都保持在２９°Ｎ左右。３月初入春后，随着太阳辖射加热逡逑作用加强，热赤道向北移动，使得高原大地形的加热作用增强，由冬季的冷源开逡逑始转为热源，从而使高原与其南侧地区的经向温度梯度符号相反，进而使位于高逡逑原南侧的副热带西风急流减弱北进，急流轴在向北移动的过程中，起初北进速度逡逑

分布图,沙尘暴日数,分布图,沙尘天气

兰州大学硕±研究生学位论文逦春季东亚副热带西风急流的变化特征及其与中国沙尘天气的关系逡逑与内蒙古高原等地区的沙漠或者沙地，在有利的冷空气天气过程配合下，极易引逡逑发沙尘天气。王式功等指出，我国的沙尘天气多发区主要集中在南疆盆地和逡逑河西地区，Ｗ及与北方地区的沙漠、沙地相邮邻的干旱半干旱，甚至是极干旱的逡逑区域内。刘景涛等ｔｗ的研究指出，由于内蒙古朱日和地区Ｗ及华北北部地区的逡逑地理位置较为特殊，这些地区会经常受来自西路或者西北路强冷空气的侵袭，这逡逑使得鄂尔多斯高原、阿拉善高原的额济纳旗Ｗ及华北北部地区极易引发沙尘暴天逡逑气，特别是强或特强沙尘暴的发生频次较高。图４－３中思示了春季我国各气象台逡逑站近巧年累计发生沙尘暴的日数，可Ｗ看出西北大部分地区Ｌ义及内蒙古中部和逡逑西部等沙尘物质较为丰富的地区沙尘暴的发生较为频繁，尤其在新疆南疆地区、逡逑阿克苏地区、哈密地区，青海的西北部，甘肃民勤周边化及内蒙古阿拉善、锡林逡逑郭勒地区较为严重，每年春季平均发生沙尘暴３－１２．６次，由于这些地区基本上为逡逑沙尘源地，可为沙尘天气的爆发提供必不可少的沙尘物质。逡逑

区域图,信度检验,阴影,相对强度

为了进一步说明送一关系，下面我们计算了各气象站点与沙尘暴发生频次有逡逑直接关系的月平均风速与急流相对强度的相关性。从春季各站月平均风速与副热逡逑带西风急流相对强度的相关性分布图（图４－６）中我们可Ｗ看出，副热带西风急逡逑流相对强度与我国北方大部分地区的月平均风速呈负相关的关系，其中在新疆大逡逑部分地区、青海柴达木盆地及玉树地区、甘肃民勤、内蒙古大部１＾１及东北北部部逡逑分地区，两者的相关性通过了邋９５％的信度检验，尤其在新疆的南疆西部、北疆和逡逑东疆、青海柴达木盆地、甘肃民勤、内蒙古阿拉善和锡林郭勒这些沙尘物质极为逡逑丰富的地区，两者的相关性通过了邋９９％的信度检验，因此当春季我国范围内副热逡逑３２逡逑

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