青藏高原陆面过程对华南降水影响的数值模拟研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shi2007jie2008
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青藏高原作为世界屋脊,对亚洲乃至世界的气候变化都有着重要作用。陆面过程,作为数值天气模式中不可或缺的一环,对大气边界层、天气及气候变化均有着非常重要的影响。近几十年的观测数据和再分析资料显示青藏高原地表风速有所下降、地表气温有所升高,地表感热通量有明显的下降趋势。本文围绕青藏高原地表感热变化对华南地区降水可能带来的的影响展开,对近40年青藏高原地表各气象要素及感热通量变化趋势进行细致分析,并使用数值天气模式WRF对一次典型的华南持续性降水过程进行敏感性实验,探讨青藏高原地表感热的变化对华南地区持续性降水可能产生的影响及其影响机制。  通过分析青藏高原上数据较为完整的70个站点资料发现1970年至2010年青藏高原地表10 m风速降低约25.5%,2 m空气温度升高约1.22℃,降水增加约10.4%。使用全球陆面数值同化数据产品驱动离线陆面模型Noah-MP,得到一套较为准确合理的覆盖整个青藏高原地表的地表感热、潜热通量及地表其他要素分布图。结果显示高原西部植被较少的裸土区域感热相对较强,感热通量在5月份达到最大。为了研究高原陆面过程的变化趋势并定量分析各气象要素对地表感热、潜热通量的影响,我们共设计了9组实验,根据历史变化趋势,分别用不同的风速、温度及降水强迫条件对高原陆面过程进行模拟。结果表明在现有的变化趋势即风速下降、降水增多、近地面空气温度升高的情况下,高原地表感热有所下降,潜热有所升高。其中温度的升高对高原地表感热的降低起着主导作用;降水的增多导致潜热的增加同样可以造成感热的下降;尽管风速的降低会使得白天陆地向大气输送的感热通量有所下降,但同时也会削弱夜晚大气向陆面输送的感热通量,结果使得风速对日平均感热通量影响较小。  使用气象台站观测资料及美国环境预报中心NCEP提供的第一套再分析资料,对1990年至2010年发生在华南地区的10次持续性极端降水过程进行合成分析发现这些降水过程有两个共同特征:1)在持续性极端降水发生前4-5天,青藏高原地表空气有暖异常发生;2)降水发生期间雨带的北侧低层存在一个显著的高压异常。通过计算850hPa层位势高度与10次降水过程中的平均位势高度之间的空间相关系数并使用非参数统计检验,我们挑选出了一次典型的降水案例用于数值模拟。通过改变青藏高原土壤湿度,设计了三组敏感性实验,分别将青藏高原土壤湿度设定为完全干涸、正常以及完全饱和的状态,通过土壤湿度的改变来影响地表能量平衡,控制感热强度。模拟结果表明在青藏高原土壤干涸时,高原地表感热增强,地表空气温度升高,华南地区的强降水增多,降水持续时间增强;而当青藏高原土壤水份饱和时,华南地区强降水减少,小雨增多。进一步研究表明青藏高原陆面过程对华南地区的持续性极端降水的产生和发展主要有两个影响机制。第一个机制通过陆面过程改变大气环流形势,当感热增强时,在高原东侧会形成一个高压异常,阻碍华南地区低压系统的北移并且加深华南地区低压系统,造成的华南地区降水的增强。另一个影响机制通过环流形势的改变影响水汽输送,华南地区的低压系统会从中国南海吸取更多的水汽;配合雨带北方的高压系统,更多的水汽会在华南地区聚集,增强华南地区的降水。
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