【摘要】：通過使用變分客觀分析方法處理典型區(qū)域數(shù)個站點的探空觀測數(shù)據(jù),使之與大氣上下邊界的通量相結(jié)合,保持觀測的氣柱總質(zhì)量、動量、水汽和靜力能守恒,建立以那曲為中心的青藏高原試驗區(qū)物理協(xié)調(diào)大氣分析模型。針對高原試驗時段(2014年8月),使用了不同時空分辨率的多源資料,包括ERAInterim再分析資料、L波段探空資料、地面自動站觀測資料、CERES衛(wèi)星產(chǎn)品,以及第三次高原試驗期間的邊界層觀測資料,輸入到物理協(xié)調(diào)大氣分析模型中生成了2014年8月份的熱動力協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集,并利用該數(shù)據(jù)集對青藏高原試驗區(qū)夏季云和降水過程的熱動力特征進行分析:變分客觀分析后的垂直速度場能更好地與實際觀測的對流降水過程相吻合;在深對流降水期間,高層含云量較多,整個大氣層是強烈的上升運動,淺薄期高云含量少,上升運動僅能延伸到300hPa左右;深厚系統(tǒng)降水期間低層更暖更潮濕,可獲得的不穩(wěn)定能量更多,CAPE值偏大,淺薄系統(tǒng)降水期間CAPE值較小,但兩類降水時期的CIN值變化不大;深厚對流降水期視水汽匯Q2的加熱作用可以延伸到200hPa,而淺薄期僅到340hPa左右;對于兩個降水期Q1在低層大氣都表現(xiàn)為明顯的冷卻作用,而在深厚期中高層Q1存在兩個加熱中心,中層Q1的大小與相應(yīng)的Q2基本一致,只是由于較強垂直運動的作用導(dǎo)致Q1的大值中心高于Q2,故中層Q1主要受較強的水汽凝結(jié)釋放潛熱加熱的影響,而高層Q2趨向于0,Q1在該層出現(xiàn)大值主要是受空氣中大量的過冷云水凝結(jié)成冰晶形成高云時釋放的熱量所影響;在淺薄期中高層Q1只存在一個加熱中心,與Q2對應(yīng)一致,大氣的加熱主要來源于水汽的凝結(jié)潛熱釋放。由于邊界層綜合觀測所提供的潛熱通量和感熱通量源資料不具備長期性,故采用ERA-Interim再分析資料做替換,建立長時間序列的熱動力協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集(2013-2016),經(jīng)過對比分析表明使用兩種資料對模型最終得出的數(shù)據(jù)集影響較小。利用該數(shù)據(jù)集對高原全年的大氣狀態(tài)進行分析,并對干季和濕季的降水過程的大氣熱動力特征進行分析:試驗區(qū)上空的氣溫呈現(xiàn)較強的季節(jié)變異性,5月初和9月底分別經(jīng)歷溫度的劇增和劇減過程,而在高空100hPa左右溫度季節(jié)變化呈現(xiàn)相反的趨勢,水汽混合比與降水量有著密切的正關(guān)系,水汽主要集中在300hPa以下,最大值可以達到10g/kg以上;在干季,降水率明顯偏少,相對濕度主要集中在400~250hPa之間的中層大氣,云量也主要集中在中低層,垂直速度很強,氣柱在300hPa以下表現(xiàn)為上升運動,在300hPa以上表現(xiàn)為下沉運動,上升運動的強度是下沉運動的兩倍,Q1與降水過程相關(guān)特征不明顯,500hPa以下主要為冷卻作用,Q2絕大部分時間表現(xiàn)為負值,夜間02時Q2的加熱作用最強;在濕季,降水密集,低層大氣多受南風(fēng)影響,相對濕度大值中心主要集中在300hPa以下的中低層大氣中,而高層相對濕度、高云云量與降水過程表現(xiàn)地更為緊密,在發(fā)生降水過程時,整層氣柱都對應(yīng)著明顯的上升運動,Q1在低層大氣起冷卻的作用、在中高層大氣起加熱大氣的作用,在夜間02時,低層出現(xiàn)的冷卻作用會更加明顯,Q2與降水的相關(guān)性更加明顯,在有降水發(fā)生時整層基本為正值,極值位于450hPa左右,無降水時Q2的垂直結(jié)構(gòu)正好相反,夜間02時Q2的加熱作用達到最強,也從側(cè)面反映出高原夜雨頻發(fā)的現(xiàn)象。
【圖文】：

輻射和長波輻射、地表的向上向下短波輻射和長波輻射、云液態(tài)水路徑。數(shù)據(jù)集時間分辨率是3小時，空間分辨率為1 ×1 ，所選取的空間范圍是28.5°N~34.5°N、88.5°E~95.5°E。圖2.1 物理協(xié)調(diào)大氣分析模型示意圖（左）以及輸入的各類資料的分布情況（右）2.3 其他資料介紹在本文中進行對流降水分析過程中還使用了國家氣象衛(wèi)星中心提供的 FY-2E 衛(wèi)星TBB 資料，時間分辨率為 1 小時，空間分辨率為 0.1 ×0.1 。2.4 模型輸出資料介紹物理協(xié)調(diào)大氣分析模型所輸出的數(shù)據(jù)集中的變量如表 2.1，包括根據(jù)實際觀測得到的上下邊界資料（如地面的氣壓、溫度、風(fēng)速等，，大氣層頂?shù)膬糨椛涞龋�，基于探空資料調(diào)整得到的高空場（如高空溫度場、濕度場及風(fēng)場）。此外，作為物理協(xié)調(diào)大氣分析模型的特色，它還可以產(chǎn)生一系列重要的衍生量，如垂直速度、散度、平流項、視熱源、視水汽匯等。表2.1 物理協(xié)調(diào)大氣分析模型所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類類別 變量地面大氣頂氣柱平均量垂直多層次氣壓、溫度、風(fēng)速、水汽混合比、降水量、蒸發(fā)量、潛熱、感熱、干靜力能、凈輻射凈輻射液態(tài)水含量、可降水率、（可降水量、干靜力能）的時間變化率、（水汽、干靜力能）的水平輸送量、（凈輻射、凈潛熱）加熱率溫度、水汽混合比、水平風(fēng)速、垂直速?

氣上下邊界的通量資料，對氣柱內(nèi)風(fēng)場、溫度場和濕度場程相互協(xié)調(diào)，生成了 2014 年 8 月份熱動力協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集，和多層變量，即包括調(diào)整后的風(fēng)場、溫度場和濕度場，還傾向、視熱源和視水汽匯等。本章利用該數(shù)據(jù)集對青藏高分析。分類降水主要集中在夏季，高原夏季降水占年降水量平均比例高原對流活動主要集中在高原的東部地區(qū)，并且對流發(fā)展下旬到 8 月中上旬，在 8 月中旬之后對流活動開始明顯減.1 所示，在 2014 年 8 月份青藏高原那曲試驗區(qū)基本上每白色實線是試驗區(qū)的東西邊界，中間的那條白色虛線是試以看出，在試驗區(qū) 8 月 1 號-22 號之間降水比較密集并且量大部分都在1mm/6hour之上，出現(xiàn)的幾次降水的極值在8月22號之后，區(qū)域平均降水量明顯減小，大部分都不超右開始，雨量又有了一個明顯增大的現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P426;P437

【參考文獻】

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本文編號：2621558