【摘要】：我國(guó)地勢(shì)西高東低,眾多高原、山地和平原形成了我國(guó)大陸“三階梯”地形。青藏高原主體位于我國(guó)三大階梯地形中的第一階梯,被稱為“世界屋脊”、“大氣水塔”和“世界第三極”。一方面青藏高原高聳的地形使得熱帶海洋水汽繞過(guò)高原沿著高原東部或者東南部邊緣輸送至中高緯度地區(qū),增強(qiáng)東亞夏季風(fēng),迫使我國(guó)夏季雨帶向北推進(jìn)至華北等北方地區(qū)。另一方面青藏高原夏季對(duì)流系統(tǒng)常常會(huì)東移出高原,伴隨著充足的水汽輸送,對(duì)流系統(tǒng)不斷發(fā)展進(jìn)而導(dǎo)致下游流域強(qiáng)降水。水汽輸送在青藏高原大地形對(duì)流源影響下游暴雨中起到了至關(guān)重要的作用。本論文采用第三次青藏高原大氣科學(xué)試驗(yàn)?zāi)乔貐^(qū)C波段調(diào)頻連續(xù)垂直觀測(cè)雷達(dá)(C-band FrequencyModulation ContinuousWave verticallypointingradar,C-FMCW)數(shù)據(jù),我國(guó)地面氣象臺(tái)站逐日(逐小時(shí))降水量、逐日總云量觀測(cè)資料,以及多套再分析數(shù)據(jù)集等,結(jié)合中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式(Weather ResearchandForecasting,WRF)和拉格朗日粒子擴(kuò)散模式FLEXiblePARTicle(FLEXPART),運(yùn)用多種統(tǒng)計(jì)分析方法,探究青藏高原大地形對(duì)流源及其水汽輸送三維結(jié)構(gòu)對(duì)下游暴雨的影響機(jī)理。主要結(jié)論如下:(1)第三次青藏高原大氣科學(xué)試驗(yàn)期間那曲地區(qū)C-FMCW雷達(dá)最大回波強(qiáng)度不僅可表征青藏高原中部對(duì)流高頻區(qū)的對(duì)流活動(dòng),還可以反映局地?zé)嵩唇Y(jié)構(gòu),對(duì)局地整層視熱源、對(duì)流發(fā)展伴隨的垂直速度具有顯著的指示意義。高原中部地區(qū)對(duì)流層高層輻散-低層輻合的三維耦合濕渦旋結(jié)構(gòu)和對(duì)流層中層的偶極子濕渦旋結(jié)構(gòu),是該地區(qū)對(duì)流云重要的激發(fā)與維持機(jī)制。(2)青藏高原在夏季是一個(gè)巨大的熱源,熱源驅(qū)動(dòng)下高原中部地區(qū)頻發(fā)對(duì)流源是下游長(zhǎng)江流域暴雨發(fā)生、發(fā)展重要的前兆性“強(qiáng)信號(hào)”。青藏高原中部對(duì)流源通過(guò)觸發(fā)高層輻散-低層輻合的三維耦合濕渦旋結(jié)構(gòu)東移發(fā)展,增強(qiáng)局地對(duì)流,導(dǎo)致長(zhǎng)江流域暴雨。FLEXPART拉格朗日粒子擴(kuò)散模式前向追蹤了源于青藏高原中部地區(qū)的水汽粒子沿著長(zhǎng)江流域的東移軌跡。(3)在青藏高原主體及第二階梯(主要包括黃土高原、云貴高原、祁連山、太行山等)地形強(qiáng)迫下,華北夏季暴雨發(fā)生期間存在兩支水汽輸送通道:一支是西風(fēng)帶水汽沿著青藏高原主體北側(cè)邊緣向東輸送,另一支是來(lái)自熱帶洋面的暖濕水汽沿著青藏高原東側(cè)邊緣北上,最終兩支水汽輸送通道在華北地區(qū)匯合。以上兩條沿著青藏高原主體及第二階梯地形的水汽輸送通道不僅可以為華北夏季暴雨提供必不可少的水汽條件,還可以使得濕渦旋沿著水汽輸送通道發(fā)展東移,為華北夏季暴雨提供有利的濕動(dòng)力條件。在對(duì)流層低層青藏高原北側(cè)西風(fēng)帶水汽輸送通道被大地形阻擋,僅存在南部的熱帶暖濕水汽沿著青藏高原第二階梯東側(cè)邊緣,即我國(guó)大陸東部北上,有利于華北夏季暴雨的發(fā)生發(fā)展。(4)定量分析發(fā)現(xiàn)在對(duì)流層低層,水平水汽輻合項(xiàng)(79.1%)在增強(qiáng)華北夏季暴雨的水汽通量輻合中起到更為重要的作用,水平水汽平流項(xiàng)對(duì)華北夏季暴雨水汽通量輻合的貢獻(xiàn)率僅為20.9%。利用中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式WRF模式模擬發(fā)現(xiàn)當(dāng)青藏高原第二階梯存在時(shí),華北夏季暴雨的日降水量(109%)和相應(yīng)的水汽輸送大大增強(qiáng),驗(yàn)證了青藏高原第二階梯對(duì)華北夏季暴雨的重要作用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P426
【圖文】：

圖1.1 1961－2010年多年夏季平均的東亞地區(qū)600hPa高度以下整層水汽通量（單位：gm-1s-1），灰色陰影區(qū)為地形高度（單位：m），紫色框?yàn)槿A北地區(qū)，綠色曲線為青藏高原主體（海拔高度超過(guò)3000m），箭頭為水汽輸送路徑華北地區(qū)處于我國(guó)“三階梯”地形中的第二階梯和第三階梯之間，是我國(guó)東部主要的人口聚集地和經(jīng)濟(jì)發(fā)展重地之一。作為我國(guó)東部夏季三大降雨區(qū)之一，華北暴雨次數(shù)雖少，但降水強(qiáng)度較大，預(yù)報(bào)難度高，近年來(lái)洪澇災(zāi)害頻發(fā)（陶詩(shī)言，1980）。一些學(xué)者對(duì)青藏高原大地形和華北暴雨之間的關(guān)系做了一定的研究，Simmonds等（1999）指出中緯度西風(fēng)帶作為華北地區(qū)降水的水汽輸送通道之一，在東移過(guò)程中受到青藏高原北側(cè)地形的強(qiáng)迫，沿著高原北側(cè)邊緣輸送至我國(guó)30°N以北地區(qū)，為華北暴雨提供有利的水汽條件。Wu等（2012）提出在青藏高原大地形和熱力強(qiáng)迫下，高原對(duì)流層低層產(chǎn)生了一支氣旋性環(huán)流，高原東側(cè)上空的氣流向北輸送而高原西側(cè)上空的氣流向南輸送；高原熱動(dòng)力強(qiáng)迫在增強(qiáng)熱帶－副熱帶耦合環(huán)流、高低層環(huán)流配置中起到重要作用，增強(qiáng)的熱帶－副熱帶耦合環(huán)流促使更多南部熱帶海洋水汽經(jīng)高原東部邊界輸送至中高緯度地區(qū)，增強(qiáng)東亞夏季風(fēng)，迫使我國(guó)夏季雨帶向北推進(jìn)至華北等北方地區(qū)以及韓國(guó)、日本等

中最主要的兩種是高原上空強(qiáng)輻合中心伴隨高原的對(duì)流系統(tǒng)東移，和東移出高原的對(duì)流系統(tǒng)在四川盆地激發(fā)出西南渦，隨后沿著引導(dǎo)槽直至江淮流域。Liu等（2008）指出源源不斷的低層水汽供給是長(zhǎng)江流域東移對(duì)流性暴雨持續(xù)發(fā)生發(fā)展的重要因素。Yasunari和Miwa（2006）發(fā)現(xiàn)夏季在高原熱力作用下對(duì)流層低層形成了輻合帶，隨后輻合帶在高原東部邊緣激發(fā)出氣旋性渦旋，伴隨著充足的水汽輸送，氣旋性渦旋東移發(fā)展在長(zhǎng)江中下游上空演變成為中尺度強(qiáng)對(duì)流云系統(tǒng)。Wang等（2014）發(fā)現(xiàn)青藏高原春季感熱能夠持續(xù)到夏季，強(qiáng)迫出羅斯貝波在下游江淮流域形成輻合區(qū)；同時(shí)持續(xù)的感熱也會(huì)增強(qiáng)高原暖中心，激發(fā)對(duì)流系統(tǒng)東移至江淮流域，以上環(huán)流條件和對(duì)流層低層大量熱帶暖濕水汽共同導(dǎo)致江淮流域的強(qiáng)降水。Zhao等（2016）統(tǒng)計(jì)了1961－2010年長(zhǎng)江流域夏季降水量和同期低層云量的關(guān)系，得出青藏高原上空東移對(duì)流云和長(zhǎng)江流域降水事件有著密切聯(lián)系；在高原對(duì)流云東移影響下游暴雨時(shí)，水汽輸送輻合區(qū)也存在著向東移動(dòng)的現(xiàn)象，與暴雨大值區(qū)吻合。圖1.2統(tǒng)計(jì)了1979－2016年夏季青藏高原上空51個(gè)對(duì)流源東移軌跡，發(fā)現(xiàn)源于青藏高原上空的對(duì)流源大多數(shù)東移至長(zhǎng)江流域，可知下游長(zhǎng)江流域是青藏高原對(duì)流源東移的關(guān)鍵影響區(qū)，也與前人的研究吻合（江吉喜和范梅珠，2002；Hu等，2016）。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2735369