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《兰州大学》 2016年
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基于逐小时资料的华南地区汛期降水时空变化特征及其成因研究

李德帅  
【摘要】:降水的时空变化特征及其形成机理是天气气候研究中的一个热点问题,也是深入理解洪涝灾害成因的基础。本论文针对以往日降水资料时间分辨率的局限性,利用1982-2012年高分辨率的逐小时降水资料,分区域研究了降水量、降水频数及强度、降水过程及其持续时间的时空分布特征,对比了强度与频数因子在降水量变化中的贡献;然后重点分析了华南地区(该地区降水增加最明显)降水异常变化的可能原因;进而对比了华南前汛期与后汛期的降水特征,尤其是日变化特征的差异,并进一步利用再分析数据及日循环降水模拟试验的结果,探究了华南地区降水日变化差异的可能机制。最后基于对降水发生发展机制的理解,探索构造了一个具有预报意义的综合物理指数。论文的主要研究内容及结论如下:(1)我国逐小时降水资料较完整的站点主要位于东部地区,通过对东部地区汛期(5-9月)降水时空变化特征的研究发现,大部分地区呈现出强降水增多、弱降水减少的趋势,但降水量在各强度等级的变化存在明显的区域差异,其中降水量增加最显著的区域是华南地区(因此本文选择该地区进行重点研究)。通过对比影响降水量变化的强度及频数因子发现,降水频数的变化对降水量变化起主导作用,其贡献率超过了95%,在频数变化中,又以强降水频数变化的贡献最大,这将增大洪涝灾害发生的概率。(2)为了探讨华南地区降水增加的可能原因,统计对比了20个常用物理因子与逐小时降水量的相关系数,发现逐小时降水与850 hPa涡度的相关性最强,而在影响涡度变化的各因子中,辐合辐散项的贡献最大。然后通过对气候背景场的分析,探明了华南地区降水增加的一种可能原因:即近年来西太平洋副热带高压的西伸脊点偏西,使得华南地区高层辐散加强,低层辐合及水汽输送也加强,导致对流层低层涡度增加,有利于触发更多、更强的对流,从而导致华南地区降水增加。(3)华南地区降水的集中期可分为前汛期与后汛期,研究结果表明,前、后汛期的逐小时降水特征存在较大差异,尤其是降水的日变化及持续时间:前汛期降水量的日变化呈双峰型,峰值分别出现在凌晨与午后,其中凌晨峰值的区域主要位于华南西部,这也是华南前汛期降水的一个独特之处,降水强度较小,持续时间较长,且降水的峰值时刻存在自西向东的位相延迟特征(主要位于112°E以西);而具有午后峰值的区域主要位于华南东部,降水强度较大,持续时间短;后汛期降水在华南西部与东部地区均出现午后峰值,虽然在110°E以西依然具有峰值时刻的位相延迟特征,但比前汛期明显偏弱。(4)为了研究华南地区降水日变化的原因,利用再分析数据和中尺度模式WRF日循环试验模拟实验的结果进行了诊断分析,其中日循环试验选取2006-2010年4-6月0000UTC的平均值作为初始条件,以平均的0000、0600、1200及1800UTC作为循环的边界条件。结果表明,日循环试验成功地模拟了华南地区降水日变化的主要特征;在华南地区的西部及东部,降水日变化的形成原因有所不同,其中华南西部降水峰值位相自西向东的延迟,与从云贵高原至广西盆地对流发展的日变化以及低空急流发展的日变化密切相关,该区域的低空急流主要是位于900-850 hPa的西南风急流,发生时间主要在夜间至清晨(1500-2300UTC);相比而言,华南东部的午后热对流发展显著,与午后降水峰值(0600-1200UTC)的出现相对应。(5)强降水是在多种因素的综合作用下产生的,本文基于对强降水发生发展机制的理解,尝试性地构造了一个新的综合物理指数THP。THP指数将热力、动力和水汽条件进行了集成,使有利于强降水出现的前期强信号得到叠加与放大,其稳定性明显优于同类单一物理量指数。实践检验表明,THP指数不仅在华南地区,而且在我国东部地区盛夏期间均具有良好的适用性;THP指数的大值区与未来6h的降水中心基本对应,其变化可以有效表征强降水过程的发展和移动;对于降水发生时刻的预报,THP指数的位相变化超前于地面降水的变化,具有较好的预报指示性。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P426.6

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