祁连山地区降水的时空分布特征及数值模拟研究

【摘要】：侵蚀、气候、构造三者共同作用形成了现在的地貌。气候对侵蚀作用有重要影响,是研究地貌演化中不可或缺的组成部分；而降水又是联系气候和陆面过程的重要环节。因此,分析降水的时空分布,特别是在地形起伏较大的山区,降水随高度的分布变化对研究地貌演化有着重要意义。 本文在探讨祁连山地区过去50年气候变化的基础上,重点讨论了不同时空尺度上降水的分布规律及降水与地形因子之间的相互关系。首先,本文利用1961-2010年的气象站观测资料,分析了祁连山地区过去50年的气候变化事实；其次,基于西营河流域祁连山地区的降水与地形数据,研究了降水分布规律,并分析了降水量与地形因子之间的相互关系；最后,通过WRF3.1中尺度模式的数值模拟试验,研究探讨了降水发生、发展过程中热力、动力因子对降水分布的影响。主要的研究内容和结论如下： (1)祁连山地区过去50年有暖湿化倾向。结果表明,祁连山地区是气候变化较剧烈的区域。祁连山的中段升温和增湿率较东、西段大,祁连山中段可能是气候变化较为敏感的区域。 (2)祁连山东段西营河流域的降水过程中局地对流活动明显。西营河流域内年累积降雨量随海拔增加而增加,最大降雨量出现在山脊附近。地形因子中最低海拔与降雨量的相关关系好于其它地形因子。在短时间尺度的降水过程中,局地对流降水明显。 (3)祁连山地区的降水分布随海拔高度的升高而增加。祁连山西、中、东段的最大降水量分别为200mm、400mm、700mm；在山前部位,降水量随着海拔的升高而增加,在山脊附近出现最大降水量；而山体内部降水量与地形关系不明显。地形因子中,最高海拔的影响最大,其与祁连山西、中、东段降水量的相关系数可分别达0.82、0.74、0.80；相对高差对降水的影响在祁连山东段较中段、西段大。 (4)降水过程中主要靠向西气流进行水汽输送。大范围的水汽输送和对流活动影响着山区降水的分布。成熟的中尺度模式WRF能够较好的模拟出祁连山地区降水过程,G3-Ferrier-NOAA的参数化组合是最适合祁连山地区降水模拟的参数化方案。高山区的大气强烈不稳定,容易发生对流性活动；而水汽的输送主要发生在低层(800hpa),降水的发生伴随着强烈的水汽输送,向西的暖湿气流沿着祁连山北坡向我国西北地区输送大量水汽。