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

论文摘要

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Q1、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Q1、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Q1密切相关。研究表明高原主体视热源Q1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Q1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Q1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Q1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Q1、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Q1、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。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 高原地表感热、潜热与大气热源影响问题
•     1.2.2 长江流域降水与高原对流系统影响的关联性问题
•     1.2.3 长江流域梅雨期降水过程与水汽输送结构影响问题
•     1.2.4 高原地气过程影响的数值模拟研究
•   1.3 问题的提出
•   1.4 主要研究内容和章节安排
•     1.4.1 章节安排
•     1.4.2 创新点
• 第二章 资料与方法
•   2.1 资料介绍
•   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
•     2.2.2 相关分析
•     2.2.3 异常指数计算方法
•     2.2.4 趋势分析
•     2.2.5 水汽输送通量与相关矢量
•     2.2.6 高原热源的计算
•   2.3 模式介绍
•     2.3.1 FLEXPART粒子扩散模式
•     2.3.2 中尺度WRF模式
• 第三章 高原地表通量的时空变化特征
•   3.1 引言
•   3.2 高原地表通量的空间分布特征
•     3.2.1 高原年平均地表通量的空间分布
•     3.2.2 高原各个季节地表通量的空间分布
•     3.2.3 高原地表通量的变化趋势分析
•   3.3 高原地表通量的EOF分析
•     3.3.1 高原年平均地表通量的EOF分析
•     3.3.2 高原夏季地表通量的EOF分析
•   3.4 小结
• 第四章 高原东南缘“敏感区”地表通量“强信号”与长江中下游降水的联系
•   4.1 引言
•   4.2 长江中下游梅雨带降水及其暴雨频数时空分布特征
•   4.3 长江中下游梅雨带异常降水与高原东南缘地表潜热“强信号”上游“敏感区”
•   4.4 高原东南缘“敏感区”地表潜热“强信号”与高原下游降水异常相关特征
•   4.5 高原东南缘“敏感区”地表潜热“强信号”与高原下游降水过程
•   4.6 小结
• 第五章 高原东南缘“敏感区”地表潜热、水汽输送结构与长江中下游降水的联系
•   5.1 引言
•   5.2 东亚区域暖湿气流输送与长江中下游地区异常降水的年际变化相关特征
•   5.3 高原东南缘“敏感区”地表潜热、水汽状况及其暖湿气流结构的关联性
•   5.4 水汽输送相关的副热带高压脊线新指数与长江中下游地区异常降水相关的气候特征
•   5.5 高原东南缘“敏感区”地表潜热与副热带高压脊线相关的气候特征
•   5.6 高原东南缘“敏感区”地表潜热与高原主体视热源、水汽输送对长江中下游降水过程的影响特征
•   5.7 小结
• 第六章 高原东南缘“敏感区”地表潜热的敏感试验研究
•   6.1 引言
•   6.2 模式和试验设计
•     6.2.1 FLEXPART粒子扩散模式试验设计
•     6.2.2 中尺度WRF模式试验设计
•   6.3 控制试验模拟结果
•     6.3.1 FLEXPART粒子扩散模式结果
•     6.3.2 WRF模拟结果
•   6.4 高原东南缘“敏感区”地表潜热敏感试验模拟结果
•     6.4.1 地表潜热敏感试验模式响应特征
•     6.4.2 降水场变化特征
•     6.4.3 水汽输送结构特征
•     6.4.4 关键影响区垂直环流结构特征
•     6.4.5 关键影响区云结构特征
•   6.5 长江中下游异常降水过程相关影响因子的模拟实验
•     6.5.1 高原东南缘“敏感区”地表潜热敏感试验与分析
•     6.5.2 高原东南缘“敏感区”水汽敏感试验与分析
•   6.6 小结
• 第七章 结论和展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 存在的问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 董李丽

导师: 徐祥德

关键词: 高原东南缘敏感区,长江中下游,梅雨期,地表潜热,强信号,水汽输送

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 中国气象科学研究院

基金: 财政部公益性行业专项(GYHY201406001),自然科学基金重点项目(91644223),自然科学基金重大项目(91337000),中国工程院咨询项目(2017-XY-21)

分类号: P426.6

总页数: 110

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