夏季青藏高原地面热源和高原低涡生成频数的日变化

通过1981—2010年NCEP/NCAR再分析资料,分析出夏季青藏高原地面热源具有强烈的日变化,白天高原是强热源,夜间高原地面转变为弱热汇,日较差可达420 W·m~(-2),呈由西向东递减分布。其中地面感热和潜热加热的日变化均十分明显,日较差分别可达300 W·m~(-2)和200 W·m~(-2);感热加热的日变幅由西北向东南递减,而潜热加热由南向北递减。同时,利用人工识别的高原低涡数据集初步分析了夏季高原低涡生成频数的日变化,发现夜间生成的高原低涡频数略高于白天,其中00 UTC的低涡源地主要在西藏那曲和林芝(工布江达),12 UTC低涡源地主要在西藏那曲和青海玉树。     

移出与未移出青藏高原的高原低涡涡源区域的地面加热特征分析

利用1998—2016年NCEP/DOE逐日的日平均地面感热通量和地面潜热通量、MICAPS历史天气图资料、青藏高原低涡切变线年鉴,对高原低涡涡源区与高原地面加热特征进行统计分析,对比研究了移出青藏高原的高原涡(移出涡)、未移出青藏高原的高原涡(未移出涡)的涡源与高原地面加热的季节变化特征,及移出涡、未移出涡涡源区的地面加热特征及高原地面加热与低涡生成的相关性。结果表明,高原涡、未移出涡、移出涡的涡源分布季节变化特征相似,由冬到春到夏,初生区域逐渐扩大,由夏到秋到冬正好相反,不同的是移出涡涡源区明显比高原涡、未移出涡小,初生中心位置的季节变化也不同;高原地面感热、地面潜热、地面热源分布的季节变化特征相似,由冬到春到夏经历了明显增强的过程,由夏到秋到冬经历了减弱的过程,不同的是热源的快速增强、减弱程度及其发生季节差异大,地面潜热由春到夏增强特别明显,这与移出涡生成个数的明显增加相一致;未移出涡、移出涡春、夏、秋季主要涡源区所处的地面热源值域不同,移出涡夏季的值比未移出涡高,移出涡生成对高原区域地面热源依赖要比未移出涡强一些;夏季移出涡、未移出涡的涡源区都处在与高原地面热源正相关区内,它们与地面潜热的显著正相关区比高原地面感热的大,尤其是移出涡,高原地面潜热在高原涡生成中有重要作用,对移出涡生成影响更大。     

青藏高原夏季地面热源的气候特征及其对高原低涡生成的影响

根据NCEP/DOE再分析资料的地面感热通量和潜热通量以及MICAPS天气图资料识别的高原低涡资料集,研究了近30年来青藏高原夏季地面热源和高原低涡生成频数的气候学特征,分析了高原地面加热与低涡生成频数的时间相关性及其物理成因.得到如下认知:夏季高原地面感热通量的气候均值为58 W m-2,近30年地面感热总体呈微弱的减小趋势.其中在1980年代初期和21世纪前10年的大部分时段,地面感热呈增大趋势,而中间时段呈波动式下降.地面感热具有准3年为主的周期振荡,1996年前后是其开始减弱的突变点.高原夏季地面潜热通量的气候均值为62 W m-2,近30年呈波动状变化并伴有增大趋势.地面潜热的周期振荡以准4年为主,地面潜热增大的突变始于2004年前后.夏季高原地面热源的气候均值为120 W m-2,其中地面感热与地面潜热对地面热源的贡献在夏季大致相当.地面热源总体呈幅度不大的减弱趋势,其中1980年代到1990年代末偏强,21世纪前6年明显偏弱,随后又转为偏强.地面热源亦呈准3年为主的周期振荡并在1997年前后发生由强转弱的突变.根据MICAPS天气图资料的识别和统计,近30来夏季高原低涡的生成频数整体呈现一定程度的线性减少趋势,低涡高发期主要集中在1980年代到1990年代中后期.低涡生成频数有准7年为主的周期振荡现象,自1990年代中期开始的低涡生成频数的减少态势在1998年前后发生了突变.夏季高原低涡生成频数与同期高原地面感热呈高度正相关,与地面潜热呈一定程度的负相关,但与同期地面热源仍呈较显著的正相关.因此,在气候尺度上,高原地面热源偏强特别是地面感热偏强的时期,对应高原低涡的多发期.本研究从气候统计的时间相关性角度揭示了高原地面加热作用对催生高原低涡乃至高原对流活动的重要性.     

地面感热对青藏高原低涡流场结构及发展的作用

考虑热带气旋类青藏高原低涡为受加热和摩擦强迫并满足热成风平衡的轴对称涡旋系统,通过求解线性化的柱坐标系中涡旋模式的初值问题,分析了地面感热对高原低涡流场结构及发展的影响,给出了高原低涡眼壁内、外侧水平流场和垂直流场的结构特征,讨论了低涡发展与其水平尺度、垂直厚度、所处纬度以及热量总体输送系数和加热强度的关系.结果表明:地面感热对低涡的生成及发展具有重要作用,但这种作用是否有利于低涡的发展与低涡中心和感热加热中心的配置有关.     

夏季青藏高原低涡研究进展述评

高原低涡是造成我国暴雨的重要天气系统之一。本文在简要介绍第一次青藏高原科学试验及以前研究工作的基础上,重点介绍了第二次青藏高原科学试验及近年来的一些主要研究成果,包括高原低涡的活动特征、高原低涡发展东移的机理、高原低涡发展东移的大尺度条件及高原低涡的结构特征等。并指出了目前高原低涡研究的局限性和待改进的方向。     

地面加热与高原低涡和对流系统相互作用的一次个例研究

本文利用NCEP-FNL再分析资料、FY-2E卫星TBB数据、CMORPH降水资料,通过热力学和动力学诊断分析并结合中尺度天气模式WRF的数值模拟试验,研究了2012年6月下旬青藏高原一次东移对流系统的生成发展机制以及与地面加热相互作用的物理过程。结果表明,高原中西部地面感热加热是高原低涡生成、发展和东移的主导因子。而东移的高原低涡通过加强偏北、偏南气流形成的辐合带,进而触发高原东部对流系统的生成。同时,高原对流系统降水产生的凝结潜热释放也加强了东移高原低涡的强度,这表明地面加热与高原低涡和对流系统之间存在一种正反馈机制。数值试验结果进一步表明,除了适当的背景环流外,高原地面潜热通量能够增强中低层大气的不稳定性,为对流系统的发生发展积累能量,造成有利于对流降水的热力环境。     

边界层动力"抽吸泵"对青藏高原低涡的作用

考虑热带气旋类青藏高原低涡为受加热和摩擦强迫并满足热成风平衡的轴对称涡旋系统,通过求解线性化柱坐标系中涡旋模式的初值问题,分析了高原边界层动力"抽吸泵"对高原低涡结构及发展的作用,得出了特定热力、动力作用下高原低涡水平流场和垂直流场的典型结构特征,并讨论了低涡发展与边界层抽吸作用的关系.结果表明:高原上较强的边界层动力"抽吸泵"作用对高原低涡的流场结构及发展有重要影响.当边界层动力"抽吸泵"表现为"抽"的效应时,有利于边界层中对流活动的发展;反之表现为"吸"的效应时,有利于边界层以上的高原低涡的加强.     

夏季高原大气热源的气候特征以及与高原低涡生成的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和基于此再分析资料的高原低涡统计数据集,采用线性趋势、Morlet小波、EOF分解、合成分析等方法,分析了1981～2010年夏季高原大气热源气候特征以及与高原低涡生成的联系。结果表明:夏季高原大气热源平均强度为105 W m-2,随时间有减弱趋势,具有明显的年代际变化,存在显著的准3年周期振荡。高原低涡高发年,高原大气热源强度明显高于气候态,主要表现为高原大气热源的水平分布差异。在低涡高发年,涡度平流的空间分布和大气经向垂直环流结构显示:高原沿东南向西北存在500 hPa正涡度平流带,为高原低涡生成提供了有利的涡度场。同时,高原大气热源异常的水平分布促使高原上空产生上升气流,有助于高原上形成低层辐合、气旋式环流,整层上升运动,高层辐散、反气旋式环流的三维流场,促进高原低涡在低层生成,此时高原主体低空为正涡度区。并且,大气热源在垂直方向的变化也影响低涡的生成。最后,根据本文结果和我们前期的相关研究,从热成风原理和高原大气热力适应理论两方面对高原大气热源与高原低涡生成频数的统计结果给出了机理解释。     

青藏高原低涡东移的数值试验

本文利用钱永甫的五层有地形的原始方程模式,模拟了一次高原低涡的东移过程。发现非绝热因子(辐射、积云对流、大尺度凝结潜热)只影响高原低涡的强度,其中辐射加热对高原低涡强度影响最大。当高原低涡西部有冷槽配合或高原北部45—55°N有高压脊存在时,有利于高原低涡东移。     

青藏高原低涡活动对降水影响的统计分析

利用1998—2004年逐日08:00(北京时,下同)和20:00 500hPa高空图、日雨量和青藏高原低涡(下称高原低涡)切变线年鉴资料,统计分析了冬、夏半年不同生命史的高原低涡对我国和四川盆地东、西部降水的影响。结果表明,冬、夏半年高原低涡以东部涡占多数,6-10月有三分之一的东部涡能移出高原。冬半年高原低涡出现次数少,约占全年的五分之一,但也可造成高原及其周边地区的雨雪天气,特别是生命史超过36h以上的高原低涡有近半数可移出高原,造成高原区域暴雨雪,四川盆地中雨,半数可造成云南大雨雪或暴雨雪。夏半年,随着低涡生命史的增长,高原低涡影响高原及其周边地区和我国其他地区的降水范围和强度在增大,生命史超过60h以上的高原低涡可造成高原暴雨、甘肃中雨以上、四川盆地暴雨或大暴雨及云南大部分地区大雨以上的降水,每年都有1～5次可影响到华中、华东地区产生大雨以上的降水。100°E以东的高原低涡,不论是否移出,均可造成四川盆地中雨以上的降水。影响四川盆地降水的高原低涡以偏东路径为主,但东南路径影响更强。     

青藏高原近地层通量特征的合成分析

利用中日亚洲季风机制合作研究计划 ,设置在青藏高原东部地区的拉萨、日喀则、那曲和林芝 4地 1993年 7月～ 1999年 3月近 7a的自动气象站 (AWS)近地层梯度观测资料 ,确定出分季节的高原地表粗糙度和逐日的地面总体输送系数 ,以此为基础用总体输送公式对地面动量、感热和潜热通量进行了计算 ,并用合成方法分析了 1993～1999年高原近地层通量夏季、冬季的日变化和月变化特征     

青藏高原地面加热场日变化对亚洲季风区大气环流的影响

利用1982-1996年每天两次的NCEP丙分析资料，研究青藏高原地面加热场的日变化对亚洲季风区环流的影响。结果表明；青藏高原地面加热场的日变化是引起亚洲季风区大气环流日变化的主要因子，青藏高原地区，阿拉伯海，盂加拉湾和菲律宾附近地区是四个主要的日变化显著区，青藏高原地区是垂直运动的负值日变化中心，其它三个区域的日变化与青藏高原地区的日变化有反相关系，这种特征一年四季都存在，但各显著区域范围的大小，中心位置及环流日变化的强度随季节有不同程度的变化，青藏高原加热场日变化对我国东部地区环流的影响主要发生在夏季。     

夏季青藏高原上影响MCS东移的动力场特征研究

运用空间数据挖掘中的聚类方法（K-均值法和CLARANS法）,对影响夏季青藏高原上中尺度对流系统（MCS）东移的动力场空间分布特征进行了研究,得到了有利于MCS移动和传播的动力学条件。研究成果不仅为预测高原上MCS的移动趋势,揭示其发生、发展的机理提供了一种新的方法和思路,且对于提高长江流域暴雨和强对流天气预报的准确性具有重要的实际应用价值。     

高原低涡移出高原的观测事实分析

应用天气学、统计学原理,结合TRMM资料,分析了1998—2004年5—9月移出高原的低涡的活动特征。结果指出:6—8月是高原低涡移出高原影响中国东部天气的主要时段,它与高原低涡在高原上的活动特征及西南低涡移出高原特征均不同;移出高原的高原低涡的涡源主要在曲麻莱附近、德格附近,这与高原上产生低涡的涡源不同;移出高原的高原低涡的移动路径多数是随低槽的活动而向东、向东南移动,这与高原低涡在高原上多数是沿切变线移向东北不同,高原低涡移出高原后,不仅影响中国的范围广,还可能影响到朝鲜半岛、日本;高原低涡移出高原后涡的强度、性质会有变化,在高原以东活动时间长(≥36 h)的高原低涡,移出高原前多数为暖性低涡,移出高原后多数为斜压性低涡,低涡加强、多数可产生暴雨、大暴雨;高原低涡移出高原后移到海洋上,往往因下垫面不同而变化,出海后都有降水加强、多数位势高度下降的现象;移出高原后的高原低涡因东面海上热带气旋活动而少动,与其南面热带气旋活动相向而行,因季风低压少动而少动的现象。     

A COMPARATIVE STUDY OF THE HEATING EFFECTS OF THE TIBETAN PLATEAU AND THE WESTERN PACIFIC

A zonal domain primitive equation modeling system(ZDMS)is used to study the effects of theinitial heating anomalies over the Tibetan Plateau and the western Pacific on the East Asian and theChinese summer climate,the relative importance and the mechanisms are discussed.Results showthat in spite of the different locations of the heating anomalies the influences of the two anomalyareas are much similar to each other when the scaling of the two areas is the same.The two areasof heating anomalies have their own affecting domains in which one is more important than the oth-er.In the western Pacific the heating anomaly over the western Pacific is more evident and in theTibetan Plateau area the heating anomaly over the Tibetan Plateau is more obvious.For the eastpart of China the effects of the two heating anomalies both exist and almost have the equal impor-tance.The initial anomaly of the sea surface temperature(SST)over the western Pacific can bekept during the entire time integration while in the Tibetan Plateau it can not be maintained.     

藏北高原地面加热场的季节变化

利用五道梁１９９３年９月～１９９５年８月的辐射收支资料，分析了该地区地面加热场的季节变化特征，结果表明：春，秋季地面加热场强度有明显的急增加减过程，正是加热场的这种突变引起了季节的明显转换，冬季地面积雪多的年从那面加热场强度较弱，第二年夏季加热场强度则较强；地面加热场强度的季节变化明显，夏季强，冬季弱；冬季地面积雪时间较长时，由于地表反射率增大，地中释放的土壤热通量较无雪时减少，可能造成该地区地面     

PRELIMINARY NUMERICAL STUDY OF TOPOGRAPHIC EFFECTS OF THE TIBETAN PLATEAU ON SURFACE DIRECT RADIATION

To improve the simulating ability of a model,this paper presents a scheme of calculatingdirect radiation at land surface with topography in the model.A numerical study is conducted forthe topographic effects of the Tibetan Plateau on the direct radiation using NCEP terrain data.Results show that,after taking account into the topographic radiation effect,the regional averageof the radiation over the Plateau obviously increases in the local early morning and late afternoon,but changes less around noon.The effect is stronger in winter than that in summer.Andheterogeneous topography has also affected the distribution of the radiation in this area.A simplenumerical experiment shows that considering the effect will lead ground temperature to increase onthe slope having more sunshine,and vice versa.     

7月青藏高原大气热源空间型及其与东亚大气环流和降水的相关研究

对1958～1999年的7月份NCEP/NCAR再分析资料中青藏高原区域大气热源强度(整层气柱的总非绝热加热率)做旋转经验正交函数分析,结果表明该区域内大气热源强度的空间分布特征复杂,各地差异显著。前4个REOF型的加热中心位于高原东北部、高原西南部、克什米尔地区以及高原东南部地区上空。小波分析还表明各空间型都有2～4a的变化周期。文中计算了前4个RPC与东亚中、低空纬向风(U)、经向风(V)、纬向水汽通量(Q_u)、经向水汽通量(Q_v)的相关系数,并用这些相关系数构造矢量,进而分析其流场和水汽通量散度场,发现高原不同区域的大气加热异常所对应的东亚大气环流形势及降水也大不相同,由此表明,在研究高原加热对中国气候的影响时,应注意加热的空间分布特征。     

青藏高原感热加热异常与夏季低频环流的数值研究

使用科学院大气物理研究所两层大气环流模式，就青藏高原地表感热通量异常减少对夏季东半球大气环流及亚洲季风低频变化的影响进行了数值试验研究。结果表明：高原地区感热通量异常减少时，南海及西太平洋地区低频振荡方差百分率增大；高原感热异常加热对东亚和印度季风子系统具有不同的影响，季风区低频扰动的位相，中高纬低频扰动的结构，强度和经向传播速度都发生改变，ＥＡＰ波列变得更为清楚典型，大圆上的低频涡旋一直传播到我     

NUMERICAL SIMULATIONS OF HEATING ANOMALY EFFECTS OF TIBETAN PLATEAU ON CIRCULATION IN SUMMER

A 5-layer numerical model with p-σ incorporated coordinate system and primitive equations is used to simulatethe effects of heating anomaly at and over the Tibetan(Qinghai-Xizang)Plateau on the circulations in East Asia in sum-mer,The model is described briefly in the text and the results are analysed in somewhat detail.Results show that the sur-face albedo,the drag coefficient,the evaporation rate and the ground temperature all have large influences on the circula-tion near the Plateau and in East Asia.When the heating at the surface increases,the Tibetan high in the uppertroposphere intensifies,too.Its area enlarges and its axis tilts to northwest.The upper tropical easterly increase andshifts to north.The southwesterly in the lower troposphere,in consistence,also increases.The cross-equatorial low-lev-el currents along Somali and South India are influenced to increase their speeds while those over North Australia de-crease.The land low over the Asian Continent deepens.Meanwhile the upward motions over the land of east China andover the Indo-China Peninsula intensify and therefore the precipitation over those areas increases.However,along thecoastal area of China the upward motions and therefore the precipitation decrease.Atmospheric heat source anomaly has large influence on the circulation,too.Simulated results indicate that heatsource anomaly in the lower atmosphere over the Plateau influences the intensity and the position of the monsoon circu-lation while that in the upper atmosphere only affects the intensity.The heating status over the Plateau has slight influ-ence on the westerly jet,north of the Plateau,while it has strong effect on the subtropical jet at the mid and low latitudes.