冬季青藏高原大气热状况分析Ⅰ:气候平均

通过诊断3套再分析资料的非绝热加热场,研究冬季青藏高原上空大气的热力特征.结果表明,与夏季为强热源的特征不同,冬季高原上空不是欧亚大陆上最强的冷源中心.冬季高原上空整体是偏弱的冷源,在高原西侧及东南地区上空甚至出现非绝热加热正值区,这一分析对以往研究提出的高原是冷源的特性给出了修正.各种非绝热加热分量的诊断表明,冬季高...     

亚——非季风区非绝热加热与夏季环流关系的诊断研究

基于热力适应理论,本文利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料对撒哈拉沙漠、青藏高原和孟加拉湾地区的非绝热加热与夏季环流进行了诊断研究。在非洲撒哈拉沙漠地区,以感热输送为主的加热仅局限于近地面层,边界层以上的大气则以辐射冷却占优势。因而除了边界层内存在着浅薄的正涡度和微弱的上升运动以外,整个对流层几乎都维持负涡度并盛行下沉运动。对于青藏高原地区,强大的表面感热通量引起的垂直扩散是近地面大气加热的主要分量,与大尺度上升运动相关的凝结潜热对低层大气的加热也有一定的贡献。长波辐射造成的对流层中、上层大气的冷却则主要由深对流潜热释放来补偿。夏季高原地区总非绝热加热是正值,且最大加热率出现在边界层内。低空大气辐合产生正涡度,而中、高层大气辐散伴有较强的负涡度。因而高原盛行上升运动,最大上升运动位于近地面层。夏季孟加拉湾地区的深对流凝结潜热释放远大于长波辐的冷却作用,因而整个对流层几乎都保持较强的非绝热加热。４００ｈＰａ层附近的最大加热率引起３００－４００ｈＰａ最强的上升运动。对流层上层是负涡度区,而中、低层为正涡度区。结果还表明,垂直和水平辐散环流与大气的热源和热汇区密切相联：在高层,辐散气流从热源区流向热汇区;在低层则相     

高原热力作用下的非绝热Rossby波

从含非绝热项的准地转运动方程组出发，分析了青藏高原大尺度热力作用下非绝热Rossby波的一些性质。从理论上证明当背景西风气流为正压时，冬季高原冷却作用有利于Roosby波的经向传播。又由非绝热Rossby波的频率方程说明冬季高原的热力作用是中高纬季节内振荡的重要激发机制。此外，当背景西风气流为斜压时，求解了高原热力作用下非绝热Rossby波的频率，并由频率方程说明冬季高原冷却作用有利于波动向不稳定方向发展，而夏季高原的大尺度热力作用对波动稳定性的影响存在临界值。     

东风带扰动热力特征及其对西太副高东退影响的个例分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年6月22—25日西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸东退时热带东风带扰动附近大气热源的分布和演变特征,以及对西太副高西伸东退的影响和机制。结果表明,高层东风带扰动附近的非绝热效应分布和强度的突变影响西太副高西伸东退,当扰动中心西侧非绝热加热加强,扰动中心东侧西太副高区域冷却加强时,西太副高东退;潜热释放造成的非绝热效应在高层变化最为明显,非绝热变化的主要影响因子是垂直运动。总结了西太副高东退过程与东风带扰动系统热力联系的可能概念模型:东风带扰动处大气热力结构变化引发经向风场异常,使东风带扰动西侧高层有北风发展和强烈的上升运动,扰动东侧有整层的南风发展,有助于西太副高异常东退。因此,西太副高的西伸东退与热带东风带扰动系统的热力作用密切关联。     

青藏高原热力作用下的非绝热Rossby波

从含非绝热项的准地转运动方程组出发，分析了青藏高原大尺度热力作用下非绝热Rossby波的一些性质，从理论上证明当背景西风气流为正压时，冬季高原冷却作用有利于Rossby波的经向传播，夏季高原大尺度热力作用不利于波动的经向传播。非绝热Rossby波的频率方程说明冬季高原的热力作用是中纬季节内振荡的重要激发机制。同时，在背景西风气流为纯斜压条件下，求解了高原热力作用下非绝热Rossby波的频率，并由频率方程说明冬季高原热力作用有利于波动向不稳定方向发展，而夏季高原的大尺度热力作用对波动稳定性的影响存在临界值。     

夏季青藏高原和热带印度洋热力异常对塔里木盆地夏季降水的影响

基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）全球大气数值预报再分析资料ERA-Interim提供的地表潜热及大气环流再分析资料和英国Hadley气候预测和研究中心提供的全球逐月海表温度格点资料以及新疆气象信息中心提供的塔里木盆地26个站逐月降水资料,研究了夏季青藏高原和热带印度洋热力异常对塔里木盆地夏季降水的影响。结果表明:高原北部潜热偏强（弱）和热带印度洋海温偏暖（冷）时,200 hPa纬向风表现为“北负（正）南正（负）”的特征,中亚和贝加尔湖上空分别为异常气旋（反气旋）和异常反气旋（气旋）,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行偏南（北）风,印度半岛上空为异常反气旋（气旋）,有利（不利）于将低纬度水汽向北输送,配合中亚上空的异常气旋（反气旋）,有利（不利）于水汽进入新疆地区,对应塔里木盆地夏季降水偏多（少）。同时发现塔里木盆地夏季降水与中亚对流层中高层的温度异常（MUTTI）表现为显著的负相关关系,同时MUTTI与高原潜热和印度洋海温的负相关关系显著,夏季高原潜热偏强（弱）时,高原季风偏强（弱）,印度洋海温偏暖（冷）,南亚季风偏弱（强）,在二者共同作用下中亚对流层关键区中高层温度偏低（高）,其通过影响200 hPa纬向风、500 hPa环流和整层水汽输送进一步影响塔里木盆地夏季降水。     

青藏高原抬升加热气候效应研究的新进展

对近4年来关于青藏高原加热影响气候的研究进行回顾.首先介绍利用位涡方程和热力适应理论,揭示;夏季高原上空低层气旋式及高层反气旋式环流结构稳定维持的动力学机理.结果表明高原加热作用造成的低层正涡源是低层气旋式环流得以稳定维持的重要原因.而边界层摩擦产生的负位涡是平衡正位涡的主要因素.高原加热还在高原上空形成负位涡,它影响着盛夏的大气环流,是青藏高原上空强大而稳定的反气旋环流得以维持的重要因素.在春夏过渡季节青藏高原非绝热加热对大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的影响力方面,进一步确认了感热加热在过渡季节早期(5月中旬以前)环:流演变中的重要作用.青藏高原非绝热加热的时间演变引起了海陆热力差异对比的变化,使副热带高压带首先在孟加拉湾东部断裂,亚洲季风因而在孟加拉湾爆发.结果还表明,用纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.在青藏高原非绝热加热与北半球环流系统年际变化的联系方面,发现夏季青藏高原的加热强(弱)的年份,高原感热加热气泵(SHAP)高(低)效工作,使高原加热对周边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地区的排放作用加强(减弱),高原及邻近地区的上升运动,下层辐合和上层辐散均增强(减弱),从而影响着高原和周边地区的环流以及亚洲季风区大尺度环流系统.而且高原的加热强迫还能够激发产生一支沿亚欧大陆东部海岸向东北方向传播的Rossby波列,其频散效应可影响到更远的东太平洋以至北美地区的大气环流.研究还表明,盛夏的南亚高压存在"青藏高压型"和"伊朗高压型"的双模态,它们与高原加热状态有关,且显著地与亚洲季风区的气候分布密切联系.     

七月中、低纬地区定常波动和加热场的模拟特征

本文利用P-σ混合坐标原始分程球带模式的最新版本,对七月中、低纬地区的定常波动及非绝热加热场进行了数值模拟。结果表明,模式成功地模拟出了北半球夏季对流层中波数为2的定常波动。高层波峰出现在大陆,波谷出现在海洋上,低层则相反。南半球的副热带高压带也模拟出来了。降水量的模拟也是成功的,特别是位于ITCZ中的积云对流性降水。加热场的模拟结果指出,七月份的热源区除了主要分布在北半球的几个主要大陆上,还分布在热带海洋上ITCZ所在区;其余的广大洋面则显示出冷源的性质。其中热带海洋的热源以潜热加热为主(主要分布于大气的中高层),大陆上的热源有的以感热为主(主要分布于大气的低层),有的仍以潜热加热贡献较大。海洋的冷源是由长波辐射冷却造成的。      

夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系研究

通过合成分析、动力诊断和数值模拟,研究了夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系,并分析了水汽输送和高原非绝热加热的特征及作用。结果表明：南亚高压位置偏东南（西北）时,对应着高原东部水汽辐合（散）显著、水汽输送显著偏强（弱）,而高原西南部水汽辐散（合）显著,是造成高原东部降水显著偏多（少）、高原西南部降水显著偏少（多）的重要原因。高原东部大气凝结潜热加热异常有助于南亚高压位置与高原降水关系的维持。南亚高压位置偏东南（西北）时,高原西北部降水显著偏多（少）,与该地区地表潜热偏强（弱）、大气低层位势高度偏低（高）有关,但并不显著。     

冬季青藏高原地面加热与春季川渝地区气温关系的分析

应用奇异值分解(SVD)技术,研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500 hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因.结果表明前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有显著的时空相关;前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500 hPa高度场,导致高原东侧川渝地区春季气温异常;冬季高原地面加热场强度偏强(弱),则后期春季东亚上空500 hPa高度场偏高(低),川渝地区春季气温偏高(低);加热场-高度场-气温场之间的这种非同步联系,表明冬季青藏高原地面加热场异常,通过影响未来春季大气环流变化,是造成高原东侧川渝地区春季气温异常的重要原因.     

西藏地区OLR分布特征

根据美国ＮＯＡＡ极轨卫星观测得到的射出长波辐射资料（Ｏｕｔｇｉｏｇｎ Ｌｏｎｇｗａｖｅ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ,简称ＯＬＲ）分析了西藏高原及其附近地区各月的辐射气候特征,指出：高原冬季ＯＬＲ为低值区,与降水对应关系较差,主要反映了高原冬季气温低,为冷源;高原夏季为雨季,多阴雨天气,ＯＬＲ值也较小,且高原夏季降水与ＯＬＲ存在较好的反相关。ＯＬＲ的演变特征反映了北半球大气环流调整,同时也反映了高原热力特征     

春季青藏高原地区大气热源的气候特征分析

利用1948-2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用倒算法计算了青藏高原地区大气热量源汇的值,分析了春季青藏高原地区大气热源的水平和垂直气候分布特征及时空变化特征.结果表明:春季青藏高原上空,大气热量源汇的整层积分为正值,即高原上空大气为热源,但在高原上空大气高层存在局部为冷源的分布.与周边地区相比较,高原对其上空大气的加热作用在三月份最为显著.春季3、4、5月青藏高原区域大气的加热存在一个自西向东逐渐扩展的过程.春季青藏高原东部和西部为大气热源年变化较大的区域,且高原东部和西部大气热源表现出反位相分布的特征.     

冬季青藏高原对其周围地区流场影响的模拟实验

本文应用转盘模拟实验的方法,模拟了冬季青藏高原及其邻近地区流场的状况,通过实验看到: 冬季东亚大槽的形成和强弱,不仅与海陆分布及高原的动力作用有关,而且高原的热力作用也很重要;高原及其邻近地区上空的大气作为冷源,对其南北两侧的垂直环流的形成也有直接关系。此外,我们看到冷高原可使南支气流产生小槽东移的现象。 在实验中,我们分别用中性高原模型,冷性高原模型和部分加热高原模型作了对比实验,揭示了高原的一系列动力作用和热力作用。     

青藏高原地表非绝热加热模态及其与中国北方环流异常的联系

利用青藏高原非均匀下垫面热力输送系数及地表有效辐射的EOF分析结果,计算了2000年以来的高原地表非绝热加热资料,并将1958—2013年地表非绝热加热资料进行重建得到高原地表非绝热加热指数,以表征高原不同气候分区的地表热力状况。根据EOF分析结果将高原分为4个气候区,并从波能传播的角度分析其对中国北方环流异常的影响。结果表明,高原地表非绝热加热指数在西部边缘(气候Ⅰ区),除了冬季为微弱下降趋势以外,其他季节都为微弱的上升趋势;在高原中西部腹地(气候Ⅱ区),四季均为下降趋势;在高原东北部(气候Ⅲ区),除了冬季表现为微弱的下降趋势外,其他季节均为微弱的上升趋势;而在高原东南部(气候Ⅳ区),四季均表现为下降趋势。高原西部边缘地表非绝热加热异常增强时,高原200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,初夏在北方辐合加强,有利于降水,干旱减弱;盛夏在北方地区处于辐散区,加剧干旱。在高原东北部地表非绝热加热异常增强时,该区200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,无论是在初夏还是盛夏,除了东北地区北部,北方其他地区辐合加强,有助于干旱减弱。     

冬季青藏高原地面加热与春季川渝地区气温关系的分析

应用奇异值分解(SVD)技术，研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因。结果表明：前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征，具有显的时空相关；前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500hPa高度场，导致高原东侧川渝地区春季气温异常；冬季高原地面加热场强度偏强(弱)，则后期春季东亚上空500hPa高度场偏高(低)，川渝地区春季气温偏高(低)；加热场高度场一气温场之间的这种非同步联系，表明冬季青藏高原地面加热场异常，通过影响未来春季大气环流变化，是造成高原东侧川渝地区春季气温异常的重要原因。     

1979年夏季青藏高原地区大气加热场特征

本文用1979年夏季6—8月青藏高原地区17个站资料（包括青藏高原科学实验资料），通过直接法求得长波辐射、短波辐射、凝结潜热和感热输送等四项加热分量，在此基础上求出高原地区的平均大气热量输送，并和国内外其它作者所估计的高原大气热源情况进行比较。计算结果表明，对高原大气热源的主要贡献是长波辐射，文中还探讨了青藏高原地区大气加热场与高原季风爆发前后以及高原季风活跃和中断时期环流的关系。     

印度洋潜热通量对南海夏季风爆发的影响

利用OAFlux热通量资料和ERA-Interim高度场资料,分析了热带印度洋区域潜热通量的变化与南海夏季风爆发之间的关系,初步探讨了热带印度洋潜热通量变化对南海夏季风爆发早晚的影响过程。结果表明,2月热带印度洋区域的潜热通量与南海夏季风爆发之间存在密切的联系,当2月热带印度洋区域潜热通量较常年偏多（少）时,当年南海夏季风爆发偏晚（早）。当2月热带印度洋的潜热通量异常偏多（少）时,海洋向大气释放更多（少）的潜热,潜热通量通过对流凝结作用对大气加热形成大气热源,再通过大气环流逐渐影响2—4月的高度场,使得南海上空的850 hPa高度场出现异常偏高（低）,即副热带高压偏强（弱）。异常强（弱）的副热带高压结合孟加拉湾弱（强）的异常西南风,造成南海夏季风爆发偏晚（早）。因此可以认为热带印度洋2月的潜热通量变化是影响南海夏季风爆发的重要因素。      

西藏地区OLR分布特征

根据美国NOAA极轨卫星观测得到的射出长波辐射资料(Outgiong Longwave Radiation,简称OLR)分析了西藏高原及其附近地区各月的辐射气候特征,指出:高原冬季OLR为低值区,与降水对应关系较差,主要反映了高原冬季气温低,为冷源;高原夏季为雨季,多阴雨天气,OLR值也较小,且高原夏季降水与OLR存在较好的反相关.OLR的演变特征反映了北半球大气环流调整,同时也反映了高原热力特征的变化.合成分析了西藏高原多雨年和少雨年OLR分布差异,发现夏季旱涝与印度洋东西部对流强弱分布以及印度季风槽、副高等强度和位置变化有密切的关系.     

东风带扰动影响西太平洋副热带高压短期东西向移动的热力强迫分析

利用NCEP/NCAR 1 000～10 hPa 2.5 °×2.5 °日平均再分析资料,分析2003年6月22—25日热带对流层上空东风带扰动影响西太平洋副热带高压（简称西太副高,下同）短期东西进退的热力强迫过程,并探讨了相应机制。结果表明:东风带扰动附近非绝热效应分布和强度的变化影响着西太副高东西向的运动;西太副高短期东西向移动有趋“冷”的趋势,即西太副高向非绝热加热减弱或者非绝热冷却增强方向移动;在西太副高突然东退前后,东风带扰动东、西侧的非绝热加热效应出现明显的变化,主要体现为东风带扰动东侧非绝热冷却效应增强和东风带扰动西侧非绝热冷却效应减弱东退的特征,而且在对流层300 hPa高度附近表现最为明显;在非绝热加热效应影响因子中,垂直输送项最为重要,其次为局地变化项,水平平流效应最不显著,因此,垂直输送作用和局地变化作用引起的非绝热效应的变化是影响西太副高突然东退的主要原因。      

南亚海陆热力差异及其对热带季风区环流的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了亚洲热带季风区海陆分布所造成的热力差异,以及空间非均匀加热对热带季风区环流特别是初夏过渡季节环流的影响.在大尺度环流背景下,次大陆地形对亚洲热带地区环流的影响主要表现在对低层环流的热力作用,其中感热加热对冬、春季环流的影响明显,对秋季环流的作用相对较小.中南半岛和印度半岛之间的热力差异及其对环流的影响受到青藏高原的调配作用.在初夏过渡季节,高原热力强迫作用于低纬低层环流,使低纬约90 (E以东出现南风加强、以西出现北风加强,从而增强了中南半岛上空的潜热加热,减弱了其低层的感热加热,印度半岛地区还加强了低层的感热加热.多尺度、各种性质的加热共同作用于低纬大气,形成了亚洲热带地区独有的环流特征.