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近40年青藏高原地区水汽循环变化特征研究

郭毅鹏  
【摘要】:大气中的水汽循环是气候变化研究中的一个基本问题,也是大气环流研究的一个基本内容。它不仅是降水发生的基本条件,也和其它重要的天气现象相联系,大气中的水汽循环还和大气的能量收支相联系,对气候变化产生影响和响应。过去几十年,随着全球温度的升高,各种极端天气气候事件频发,如极端降水,冻雨,冰雹,干旱等极端天气气候事件。这些事件都与局地的水汽收支有着密切的联系。本文通过多种资料的综合诊断分析,探讨了过去几十年,尤其是全球温度显著升高的近30年,青藏高原及其周边地区水汽循环的时空特征,着重分析了青藏高原地区降水再循环特征。 利用再分析资料,诊断分析了青藏高原经度范围内(80-105°E)不同时空尺度的水汽经向输送特征。传统上,习惯将水汽的输送作为一个整体来研究。但从时空尺度来讲,水汽的输送可以分为三个部分:平均经圈环流输送,定常涡旋输送和瞬变涡旋输送。它们体现了不同时空尺度的大气环流对水汽分布的影响。结果表明:夏季,低纬水汽的平均经圈环流(Hadley环流)和定常涡旋输送(季风环流等)主要集中在对流层低层,为向北输送,且只能输送到青藏高原南侧,极少部分水汽能输送到高原上空;瞬变涡旋向北输送水汽最为显著,这种输送存在于整个高原上。这表明,夏季高原上空的水汽,主要是通过短波槽脊输送的。冬季,平均经圈环流(Hadley环流)和定常涡旋(冬季风等)呈现向南的特征,即使中高纬有少量水汽,也被带到低纬地区;冬季的瞬变涡旋对高原的水汽输送仍然是主要的,不过主要还是集中在高原南侧,高原上空的输送值较小。为了探讨高原增暖对水汽输送的影响,我们将水汽输送分为1961-1980年和1981-2001年这两个时间段。结果表明:高原增暖之后平均经圈环流输送和定常涡旋输送没有明显变化,但夏季瞬变涡旋输送在后一时间段有所减弱,而冬季则有所加强,这可能与高原在冬季的明显增温有关。 大气中的水汽并不是全部转化为降水,利用ERA40等再分析资料,本文计算了青藏高原地区,大气中可降水量转化成降水的比率(降水转化率)。结果表明:降水转化率在近几十年,随着气温的升高,总体也呈现增加的趋势。其中高原东中部地区,即念青唐古拉山脉一带,降水转化率增加最快,达0.87%/10a。平均而言,降水转化率在湿润的高原东南部比干旱的西北地区要大,而且呈现明显年变化和年际变化特征,冬半年的降水转化率要比夏半年高,而且增加快。虽然湿润地区的降水转化率高于干旱区,且冬季较为明显,但在湿季,高原的西北干旱区却有降水转化率的大值中心。这意味着湿润区的降水转化率最大值出现在干季;而干旱区的降水转化率最大值又出现在湿季。 局地降水的变化同时决定于大尺度水汽的输送和局地蒸发量的大小。为了分辨高原地区大尺度降水过程中,局地水分循环和外界水汽输送的相对贡献,我们计算了青藏高原地区在变暖背景下降水再循环率的时空变化特征。结果表明:青藏高原东部地区降水再循环率在过去几十年呈增加趋势,其中夏季增加最为明显。从年变化来看,青藏高原降水再循环率有明显的季节特征,夏季降水再循环率最高,大约为62%;冬季最低。这表明:虽然夏季季风活动会有大量水汽输送,但高原的大尺度降水过程中主要还是依靠局地水分循环,并且在过去几十年,局地水分循环在高原降水过程中的贡献有所增加,即高原的局地水循环增强了。


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