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《中国气象科学研究院》 2013年
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AIRS卫星观测的青藏高原大气水汽资料的评估与分析研究

张雨微  
【摘要】:准确描述青藏高原地区的水汽对于研究高原的动力和热力作用有很重要的意义。青藏高原观测站稀少,但是AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)卫星资料可以提供较为系统的高空间分辨率资料。本文的研究工作主要是评估AIRS卫星资料在青藏高原的适用性,然后利用它来研究高原的水汽分布和输送特征,讨论高原的水汽及水汽输送与高原及其下游地区的降水的关系,并结合持续性强降水个例进一步研究高原的水汽输送的影响。 首先对2003-2010年探空观测资料进行了质量控制,然后利用探空资料评估了同时期AIRS的水汽廓线月际资料集。相关性分析结果表明基本在整个青藏高原地区,AIRS的水汽资料在200hPa以下与探空观测资料的变化趋势一致性较高,尤其是在高原的东南部的300-600hPa之间;相对偏差分析结果进一步揭示了对于在250hPa以下青藏高原地区而言,AIRS的水汽资料与探空观测值偏差较小,尤其是高原的海拔较高地区的300-600hPa;概率分布函数(PDFs)和区域平均值的直接比较结果,也说明AIRS卫星的水汽资料在高原地区200hPa以下的可信度较高。另外,又以探空观测资料为基础,对AIRS的水汽资料进行了多项式拟合订正,订正后AIRS水汽资料与探空观测资料偏差更小。 然后利用订正后的AIRS的水汽资料和NASA的水汽项目(NVAP)数据集详细分析了青藏高原地区上空的水汽空间分布和时间变化特征,这两套资料得到的季节内变化规律基本一致,由于NVAP数据集的年际变化方差太大,本研究以AIRS资料作为主要参考依据,NVAP资料提供辅助信息。高原的水汽空间分布分析结果表明:整层水汽含量和对流层中下部(500-700hPa)的水汽量从高原的边缘向内陆递减,在边缘地区有较大的水平梯度,尤其是东南边缘;对流层中上部(300-500hPa)的水汽量则表现较明显的水平结构,由南向北(暖季)或由东南向西北(冷季)减少,并且梯度相对较小;由相对纬偏值分析得到在高原地区上空存在相对周边的一个较高水汽含量深厚层,从近地面向上大约可延伸至300hPa,部分地区甚至可达100hPa,水汽含量偏高程度最高的中心主要位于约500hPa;由对流层中下部(500-700hpa)和中上部(300-500hpa)的整层水汽通量和水汽通量散度,以及垂直速度和冷暖季降水分布的分析结果说明,高原地区在500-700hPa主要是水汽辐合区,而在300-500hPa大部分都是水汽辐散区,这说明高原将部分低层的水汽抽吸到高层然后向周边输送,这种高层的水汽输送对下游的影响比较重要。 紧接着本文还分析并讨论了高原水汽与高原及我国其他地区的降水的关系,高原的水汽输送通量与中国地面观测降水的相关性结果表明青藏高原的水汽输送除了与我国江南地区的降水相关性不高以外,对其他各地区的降水均有影响,其中与河套南部及河套下游地区的降水相关性最高。利用AIRS和TRMM资料对青藏高原地区的水汽通量和降水进行奇异值(SVD)分析,发现夏季高原的降水与高原、高原以南的水汽输送关系密切,而冷季高原及高原以北的水汽输送与高原降水正相关。利用AIRS和站点观测资料对高原及其周边下游地区的水汽输送和降水作SVD分析的结果表明高原大部分的水汽输送与我国东北、河套及华北、黄河长江两河流域、云贵川地区的降水相关,其中暖季河套及黄河中下游流域是重点的正相关区,而冷季东北、河套南部以及四川盆地是相关性较高的降水区。 最后分析了2007年6-7月淮河流域的持续性强降水过程和2008年1-2月我国南方持续冰冻雨雪过程中青藏高原水汽的影响,发现除了低层的孟加拉湾、南海和西太平洋的水汽输送异常对这两次持续性降水过程有影响以外,高层的青藏高原的水汽输送也有重要影响,并且高原上空的水汽输送不仅是主要的相关区域而且更早出现相关的信号。累积距平的结果表明,高原的水汽对于2007年夏季淮河暴雨过程提前4天左右出现持续的正距平,对于2008年冬季南方暴雪过程提前6-10天出现长时间正距平。因此高原的水汽输送异常信号对于持续性降水异常的中长期预报可能具有一定的指示意义。
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P426

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【参考文献】
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