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《中国科学院研究生院》 2007年
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中低纬关键区水汽输送结构特征及其对长江流域夏季降水异常的影响

施小英  
【摘要】: 本文针对国际上水分循环变化这一热点领域,以中低纬关键区的水汽输送结构特征及其对长江流域夏季降水异常的影响为主要目标,采用综合的统计分析方法探讨中低纬关键区水汽输送特征,并进行25年长时段模拟试验以揭示中低纬关键区梅雨带水汽输送源汇遥相关结构特征;采用诊断分析与数值模拟相结合的方法对低纬东印度洋-南海“水汽源”对梅雨降水的影响效应进行研究,并探讨青藏高原及周边地区次网格地形对水汽输送结构和下游降水的影响及其可能机制;研究东亚夏季风弱(强)变化背景下中低纬关键区水汽收支结构的差异,给出长江流域涝(旱)异常年份相应的中低纬关键区大气水分循环变化的物理图像。本文获得了以下主要研究结论: (1)青藏高原、中国东部、东印度洋和西太平洋区域(大致范围为10o~35oN,80o~130oE)是大气含水量以及经向水汽输送通量的冬夏季偏差显著区,亦是夏季经、纬向水汽输送通量变幅显著区,因此,将该区域定义为影响中国区域旱涝异常的中低纬水汽输送关键区,简称为中低纬关键区。中低纬关键区水汽输送特征可描述出季风系统环流结构,季节特征明显。其中,夏季水汽输送的经向性显著加强,呈三支强偏南风水汽输送气流,即孟加拉湾及其北部的西南季风气流、南海至中国东部的南海季风气流以及东海地区的东南风输送气流,同时在印度洋-孟加拉湾-南海一带形成区域性的强西风输送中心;冬季中低纬关键区南部的孟加拉湾西部洋面、中南半岛以东洋面以及菲律宾以南洋面则呈三支偏北风水汽输送。 (2)东亚地区夏季水汽输送年代际分量主模态的时空变化特征是造成中国东部夏季降水从“南北旱中间涝”分布型转向“南涝北旱”分布型的年代际变化的关键因素之一,即使得中国东部夏季雨带呈现出南移的年代际变化特征。 (3)25年长时段模拟试验揭示出长江流域涝、旱年中低纬关键区梅雨带源-汇结构(水汽输送通量距平场)呈“反位相”分布型,即涝年呈南海-高原-长江流域水汽远距离输送模型遥相关特征,旱年则相反。中低纬关键区低纬东印度洋-南海“水汽源”影响效应试验可揭示出低纬东印度洋-南海带状“水汽源”对梅雨降水的显著贡献,其强度的变化将使得梅雨雨量发生相应的变化。 (4)青藏高原地形尺度影响效应试验揭示出青藏高原周边非均匀水汽输送分布与高原尺度较小的“山谷群”地形效应存在显著相关,亦揭示出“上游地形尺度结构强迫效应”可能对长江流域夏季梅雨带降水过程产生遥相关影响效应。 (5)青藏高原东南夏季水汽收支对周边地区水分循环过程有重要影响,该区是向西北东部、长江中下游地区输送水汽的重要通道;长江中下游地区涝年,高原大地形东南向东输送的水汽流显著偏强,向北输送的水汽流则显著偏弱;长江中下游地区旱年则相反;高原大地形东南缘的水汽“转运站”效应亦是构成长江中下游流域洪涝和北方夏季干旱异常的关键因子之一。 (6)采用箱格网结构以及侧边界流定量计算等技术方案,揭示出在东亚夏季风弱(强)背景下,长江流域涝(旱)年春、夏季中低纬关键区“箱格网”水汽收支距平呈反气旋(气旋)式水汽输送“相关链”结构;春季水汽输送结构的遥相关特征可作为长江中下游夏季降水异常的前兆强信号之一。长江流域涝年夏季,中低纬关键区水汽收支“箱格网”间侧边界水汽流呈南海-中南半岛-孟加拉湾-青藏高原南侧-长江中下游-东海的合成水汽输送物理图像;旱年呈东海-长江中下游-青藏高原南侧-孟加拉湾-中南半岛-南海的合成水汽输送物理图像。在80~90年代东亚夏季风减弱背景下中低纬关键区水汽输送距平反气旋式“相关链”流型特征更为显著,其与中国东部夏季降水“南涝北旱”年代际变化趋势一致。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P339

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