【摘要】：降水的時空變化特征及其形成機理是天氣氣候研究中的一個熱點問題,也是深入理解洪澇災害成因的基礎。本論文針對以往日降水資料時間分辨率的局限性,利用1982-2012年高分辨率的逐小時降水資料,分區(qū)域研究了降水量、降水頻數(shù)及強度、降水過程及其持續(xù)時間的時空分布特征,對比了強度與頻數(shù)因子在降水量變化中的貢獻;然后重點分析了華南地區(qū)(該地區(qū)降水增加最明顯)降水異常變化的可能原因;進而對比了華南前汛期與后汛期的降水特征,尤其是日變化特征的差異,并進一步利用再分析數(shù)據(jù)及日循環(huán)降水模擬試驗的結果,探究了華南地區(qū)降水日變化差異的可能機制。最后基于對降水發(fā)生發(fā)展機制的理解,探索構造了一個具有預報意義的綜合物理指數(shù)。論文的主要研究內容及結論如下:(1)我國逐小時降水資料較完整的站點主要位于東部地區(qū),通過對東部地區(qū)汛期(5-9月)降水時空變化特征的研究發(fā)現(xiàn),大部分地區(qū)呈現(xiàn)出強降水增多、弱降水減少的趨勢,但降水量在各強度等級的變化存在明顯的區(qū)域差異,其中降水量增加最顯著的區(qū)域是華南地區(qū)(因此本文選擇該地區(qū)進行重點研究)。通過對比影響降水量變化的強度及頻數(shù)因子發(fā)現(xiàn),降水頻數(shù)的變化對降水量變化起主導作用,其貢獻率超過了95%,在頻數(shù)變化中,又以強降水頻數(shù)變化的貢獻最大,這將增大洪澇災害發(fā)生的概率。(2)為了探討華南地區(qū)降水增加的可能原因,統(tǒng)計對比了20個常用物理因子與逐小時降水量的相關系數(shù),發(fā)現(xiàn)逐小時降水與850 hPa渦度的相關性最強,而在影響渦度變化的各因子中,輻合輻散項的貢獻最大。然后通過對氣候背景場的分析,探明了華南地區(qū)降水增加的一種可能原因:即近年來西太平洋副熱帶高壓的西伸脊點偏西,使得華南地區(qū)高層輻散加強,低層輻合及水汽輸送也加強,導致對流層低層渦度增加,有利于觸發(fā)更多、更強的對流,從而導致華南地區(qū)降水增加。(3)華南地區(qū)降水的集中期可分為前汛期與后汛期,研究結果表明,前、后汛期的逐小時降水特征存在較大差異,尤其是降水的日變化及持續(xù)時間:前汛期降水量的日變化呈雙峰型,峰值分別出現(xiàn)在凌晨與午后,其中凌晨峰值的區(qū)域主要位于華南西部,這也是華南前汛期降水的一個獨特之處,降水強度較小,持續(xù)時間較長,且降水的峰值時刻存在自西向東的位相延遲特征(主要位于112°E以西);而具有午后峰值的區(qū)域主要位于華南東部,降水強度較大,持續(xù)時間短;后汛期降水在華南西部與東部地區(qū)均出現(xiàn)午后峰值,雖然在110°E以西依然具有峰值時刻的位相延遲特征,但比前汛期明顯偏弱。(4)為了研究華南地區(qū)降水日變化的原因,利用再分析數(shù)據(jù)和中尺度模式WRF日循環(huán)試驗模擬實驗的結果進行了診斷分析,其中日循環(huán)試驗選取2006-2010年4-6月0000UTC的平均值作為初始條件,以平均的0000、0600、1200及1800UTC作為循環(huán)的邊界條件。結果表明,日循環(huán)試驗成功地模擬了華南地區(qū)降水日變化的主要特征;在華南地區(qū)的西部及東部,降水日變化的形成原因有所不同,其中華南西部降水峰值位相自西向東的延遲,與從云貴高原至廣西盆地對流發(fā)展的日變化以及低空急流發(fā)展的日變化密切相關,該區(qū)域的低空急流主要是位于900-850 hPa的西南風急流,發(fā)生時間主要在夜間至清晨(1500-2300UTC);相比而言,華南東部的午后熱對流發(fā)展顯著,與午后降水峰值(0600-1200UTC)的出現(xiàn)相對應。(5)強降水是在多種因素的綜合作用下產(chǎn)生的,本文基于對強降水發(fā)生發(fā)展機制的理解,嘗試性地構造了一個新的綜合物理指數(shù)THP。THP指數(shù)將熱力、動力和水汽條件進行了集成,使有利于強降水出現(xiàn)的前期強信號得到疊加與放大,其穩(wěn)定性明顯優(yōu)于同類單一物理量指數(shù)。實踐檢驗表明,THP指數(shù)不僅在華南地區(qū),而且在我國東部地區(qū)盛夏期間均具有良好的適用性;THP指數(shù)的大值區(qū)與未來6h的降水中心基本對應,其變化可以有效表征強降水過程的發(fā)展和移動;對于降水發(fā)生時刻的預報,THP指數(shù)的位相變化超前于地面降水的變化,具有較好的預報指示性。
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【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P426.6
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本文編號：2324589