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《南京信息工程大学》 2016年
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基于拉格朗日方法的华北汛期水汽输送变化及其可能成因分析

蒋帅  
【摘要】:利用1951-2009年NCEP再分析资料及全国753个测站逐日降水量资料,结合欧拉方法分析华北汛期局地水汽变化;通过美国NOAA开发的拉格朗日轨迹模式HYSPLIT模拟华北汛期气块来源,结合海量气块追踪法和SEOF等统计方法分析华北汛期水汽来源气候特征,时空变化特征,分析水汽来源输送变化对降水年代际变化的影响,探讨其与海温场和环流场的联系。主要得到以下结论:(1)利用欧拉方法,发现华北汛期的局地水汽主要来源于南边和西边通道的水汽输入,占总输入的60%,40%。东边和北边通道以水汽输出为主,占总输出的79%,21%。华北汛期局地水汽收支其变化呈先上升后减弱过程,整体呈下降趋势,其中南边通道起着主导作用。(2)通过拉格朗日方法追踪华北汛期水汽来源,发现华北汛期水汽输送的气候状态下,主要水汽来源:1、欧亚大陆;2、局部地区;3、孟湾-南海;4、印度洋;5、太平洋,他们对华北汛期的水汽输送贡献分别为14.4%,10.2%,33.8%,10.7%,30.9%,其中南海-孟湾的来源水汽最多。水汽来源清晰的呈现出3个关键的水汽输送路径,这三个路径分别与中纬度环流,东亚季风体系中的西太平洋副高以及印度季风相关。印度洋、孟湾-南海和太平洋为主的输送的气流为低空暖湿气流,而欧亚大陆为主的北方大陆为高空干冷气流;(3)利用SEOF分析华北汛期水汽输送的时空特征发现:空间分布型呈南北异号的偶极型分布。20世纪80年代以前,表现为“北负南正”的水汽输送。进入20世纪80年代以来后情况恰好反之,表现为“北正南负”的水汽输送异常。华北的降水特征与这种南北“跷跷板”式的水汽输送显著年代际相关;(4)华北汛期各源地水汽定量分析表明:1980年后,广大海洋地区包括孟湾-南海,西太平洋,印度洋的水汽输送贡献由多变少(由43.2%变成21.5%),而欧亚大陆,局地地区,西北太平洋地区水汽输送贡献由少变多(12.2%变成23.1%)。1980年后,总水汽来源减少10.8%,对应同时期华北降水减少15.8%,南海-孟湾,印度洋是影响华北汛期水汽来源的关键区域,其水汽1980年后输送分别减少了-11.8%,-5.6%;(6)华北地区的水汽来源年代际变化与太平洋海温及东亚环流场的关系的分析表明:从海温场上看,1980年前,PDO处于冷相位,华北地区的水汽来源处于年代际偏多时期,而PDO处于暖相位时恰好相反。PDO是影响华北汛期水汽来源呈现南北分支的关键因素;从环流场上看:1980年后,500hPa高度场上,环流由1980年前的径向环流突出转变为纬向环流突出,蒙古至青藏高原地区的高空槽活动减少,华北上游上空气旋性环流减少;另外,500hPa气温在蒙古至青藏高原以北地区出现降低,这一方面使得该地区对流层上层的位势高度降低,导致高空急流南移,造成东亚季风减弱,水汽很难到达华北地区;另一方面,使得该地区对流层底层气压升高,地面受低压系统控制减少,使得水汽辐合减弱。
【关键词】:拉格朗日方法 欧拉方法 华北汛期 水汽输送
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P426
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-9
  • 第一章 绪论9-15
  • 1.1 研究目的与意义9-10
  • 1.2 水汽输送的研究进展10-14
  • 1.2.1 欧拉方法10-12
  • 1.2.2 拉格朗日方法12-14
  • 1.3 本文研究内容14-15
  • 第二章 资料与计算方法15-23
  • 2.1 资料15
  • 2.2 欧拉方法介绍15-16
  • 2.3 拉格朗日方法介绍16-18
  • 2.3.1 拉格朗日轨迹模式简介16-17
  • 2.3.2 海量气块追踪法17-18
  • 2.4 干湿空气块输送贡献率的计算18
  • 2.5 相关统计方法18-23
  • 2.5.1 标准化方法18-19
  • 2.5.2 相关分析及检验19
  • 2.5.3 回归分析及检验19-20
  • 2.5.4 Mann-Kendall方法20-22
  • 2.5.5 SEOF方法介绍和应用22-23
  • 第三章 欧拉方法对华北汛期局地水汽输送变化分析23-31
  • 3.1 华北汛期降水变化23-24
  • 3.2 华北汛期局地水汽输送变化24-27
  • 3.3 水汽输送与降水的关系27-28
  • 3.4 本章小结28-31
  • 第四章 拉格朗日方法对华北汛期水汽输送变化分析31-46
  • 4.1 轨迹模拟方案31
  • 4.2 华北地区汛期水汽输送气候特征及水汽来源31-34
  • 4.3 华北汛期水汽输送的时空变化34-37
  • 4.4 华北降水变化与水汽输送变化的关系37-39
  • 4.5 各源地水汽输送贡献的定量分析39-44
  • 4.6 本章小结44-46
  • 第五章 水汽输送变化与海温场和环流场的联系46-59
  • 5.1 海温场影响分析47-51
  • 5.1.1 PDO影响分析47-51
  • 5.2 环流场影响分析51-58
  • 5.2.1 500hPa高度场和气温场51-54
  • 5.2.2 200hPa高度场和急流54-55
  • 5.2.3 850hPa风场55-56
  • 5.2.4 SLP56-58
  • 5.3 本章小结58-59
  • 第六章 总结与讨论59-62
  • 6.1 主要结论59-61
  • 6.2 存在的不足及展望61-62
  • 参考文献62-68
  • 致谢68-69
  • 作者简介69

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