【摘要】：作為決定降水氣候分布的一個(gè)重要因子,地形通過一系列動(dòng)力、熱力過程對(duì)云雨過程有著多尺度、多方面的復(fù)雜影響。由于地形強(qiáng)迫作用的復(fù)雜性,許多早已形成共識(shí)的地形氣候效應(yīng)多停留在定性理解階段,導(dǎo)致當(dāng)前各類數(shù)值模式對(duì)復(fù)雜地形區(qū)的降水模擬存在很大缺陷。不同尺度地形影響與東亞季風(fēng)相互作用,使得我國地形與降水的關(guān)系更為復(fù)雜。研究我國降水與地形關(guān)系的空間分布特征,不僅有助于增強(qiáng)對(duì)影響我國山地降水的動(dòng)力與熱力過程的理解,更為評(píng)估和理解山地降水過程的模擬提供細(xì)致的觀測依據(jù)。本文綜合利用臺(tái)站逐時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及ERA5再分析數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析了我國青藏高原以東地區(qū)降水與海拔高度關(guān)系的觀測特征,并細(xì)致評(píng)估了數(shù)值模式對(duì)我國降水與海拔高度關(guān)系的模擬能力。論文主要結(jié)論有以下幾點(diǎn):首先,采用地理加權(quán)回歸(Geographically Weighted Regression,GWR)模型,定量分析了有限區(qū)域內(nèi)(100km)降水與海拔高度的關(guān)系。結(jié)果表明,我國青藏高原以東地區(qū)暖季降水頻率(強(qiáng)度)與海拔高度的關(guān)系具有良好的區(qū)域一致性,總體上表現(xiàn)為隨海拔高度升高而增加(減小)的趨勢;降水量與海拔高度的關(guān)系的區(qū)域差異明顯。通過區(qū)分午后短時(shí)降水事件和夜間長時(shí)降水事件,并分別分析各類事件與海拔高度的關(guān)系發(fā)現(xiàn),午后短時(shí)降水事件的降水量主要表現(xiàn)為隨海拔高度升高而增加,且區(qū)域一致性較好;而夜間長時(shí)降水事件的降水量與海拔高度的關(guān)系的區(qū)域一致性較差,且表現(xiàn)為負(fù)回歸系數(shù)的站點(diǎn)數(shù)多于正回歸系數(shù)的站點(diǎn)數(shù)。按照地形尺度區(qū)分出大地形周邊復(fù)雜地形區(qū)站點(diǎn)和東部孤立地形區(qū)站點(diǎn)后發(fā)現(xiàn),相較于東部孤立地形區(qū),大地形周邊復(fù)雜地形區(qū)的降水量更傾向于表現(xiàn)出在午后短時(shí)降水事件中隨海拔高度升高而增加、在夜間長時(shí)降水事件中隨海拔高度升高而減小的特征。為比較降水與海拔高度的關(guān)系的季節(jié)差異,對(duì)比分析了我國青藏高原以東地區(qū)冷季降水與海拔高度關(guān)系。結(jié)果表明,相較于暖季,冷季具有更多降水頻率隨海拔高度升高而減小的站點(diǎn),且冷季降水與海拔高度的相關(guān)性較暖季結(jié)果偏弱。其次,細(xì)致分析了我國典型復(fù)雜地形區(qū)(華北和西南)降水沿大尺度地形階梯的變化特征。結(jié)果表明,在華北地區(qū),暖季降水表現(xiàn)為隨海拔高度升高而先增加后減小的趨勢,并且隨海拔高度升高,降水頻率與海拔高度的關(guān)系發(fā)生變化的位置所對(duì)應(yīng)的海拔高度要高于降水量結(jié)果。由日變化特征發(fā)現(xiàn),西部高山地區(qū)的降水傾向于從午后開始向下游傳播,于夜間移動(dòng)至東部平原地區(qū)并加強(qiáng)。關(guān)注午后短時(shí)降水事件和夜間長時(shí)降水事件的降水量隨海拔高度的變化,發(fā)現(xiàn)兩類事件的降水量隨海拔高度升高呈相反的變化趨勢。在西南地區(qū),暖季降水隨海拔高度的變化并不顯著,但云貴高原東坡處的降水要略大于其兩側(cè)區(qū)域。冷季降水量和降水頻率的東西差異顯著,均表現(xiàn)為隨海拔高度升高而減小,降水量和降水頻率的偏大區(qū)域和偏小區(qū)域的突變點(diǎn)在白天時(shí)段均出現(xiàn)向東移動(dòng)的現(xiàn)象。冷季降水強(qiáng)度最小值出現(xiàn)在云貴高原的東坡,最大值出現(xiàn)在云貴高原上。通過分析西南地區(qū)的大尺度溫濕場特征,發(fā)現(xiàn)104°E以東地區(qū)低層比濕偏大且以輻合為主,受地形阻擋抬升,東部地區(qū)近地面層存在一個(gè)局地次級(jí)環(huán)流,有利于降水的形成。進(jìn)一步分析表明,西南地區(qū)東部低海拔地區(qū)冷季降水偏多的原因可能與昆明準(zhǔn)靜止鋒有關(guān),降水大值區(qū)位于準(zhǔn)靜止鋒的鋒后,且降水量大值區(qū)域在白天時(shí)段向東移動(dòng)現(xiàn)象也與昆明準(zhǔn)靜止鋒位置的東移有關(guān)。最后,基于GWR模型,評(píng)估了European Center for Medium-range Weather Forecast Integrated Forecast System(ECMWF-IFS)模式24小時(shí)預(yù)報(bào)對(duì)降水與海拔高度關(guān)系的再現(xiàn)能力。結(jié)果表明,模式基本可以再現(xiàn)降水強(qiáng)度(頻率)隨海拔升高而減小(增加)的趨勢,但絕大多數(shù)站點(diǎn)在模式中的降水強(qiáng)度(頻率)與海拔高度的負(fù)(正)回歸關(guān)系要弱(強(qiáng))于觀測,這與模式對(duì)不同海拔區(qū)域的降水強(qiáng)度(頻率)的低估(高估)幅度對(duì)應(yīng)。通過比較模式和觀測中降水事件與海拔高度的關(guān)系發(fā)現(xiàn),模式對(duì)低海拔地區(qū)午后短時(shí)降水事件的降水頻率的高估程度更大,使得模式傾向于弱化降水頻率與海拔高度的正回歸關(guān)系。在夜間長時(shí)降水事件中,模式較觀測出現(xiàn)更多降水頻率隨海拔高度升高而減小的站點(diǎn),模式亦低估了絕大部分站點(diǎn)降水強(qiáng)度隨海拔高度升高而減小的趨勢。評(píng)估結(jié)果表明,GWR模型為定量評(píng)估不同地形區(qū)降水的模擬偏差與海拔高度的關(guān)聯(lián)提供了一種有效的客觀方法。
【圖文】：

我國青藏高原以東地區(qū)暖季平均(a、d)降水量、(b、e)降水頻率、(c、f)降水強(qiáng)度與海拔高度的回歸系數(shù)空間分布(左列，灰度為地形高度，單位：m)及概率密度分布(右列)柱狀圖(實(shí)心圓點(diǎn)表示通過置信度為95%的顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)，左列圖中右上角的數(shù)字為通過顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)數(shù),其中圖a單位：10-4mmm-1，圖b單位：10-4m-1，，圖c單位：10-3mmm-1)

東部孤立地形(實(shí)心圓)?
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P461

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本文編號(hào)：2656945