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中亚干旱区极端降水事件的水汽来源及物理机制初探

常石巧  
【摘要】:中亚干旱区是全球最大的非地带性干旱区,近百年来的降水变化存在区域差异,并且年降水和季节降水都表现微弱增加趋势,其中以冬季的降水增加幅度最大。此外,中亚作为典型的内陆干旱区,与季风区不同,其年降水可能仅仅只由几场主要的降水事件所决定,因此详尽研究中亚干旱区极端降水的水汽来源特征,并初步探讨其物理变化机制问题无论是加深对相关科学问题的理解还是对干旱区可持续发展战略部署都具有重要意义。本文采用了1988-2013年GPCC的全球陆地逐日格点降水资料以及1988-2013年NCEP/NCAR再分析逐日资料集,对中亚干旱区(35.25°N-52.75°N,46.25°E-80°E)不同区域主要降水季节的极端降水水汽来源和对应的环流特征进行了系统分析;并进一步采用1960-2013年GPCC的逐月降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和NOAA重建的海温资料,对中亚干旱区降水与大尺度环流以及海温的关系进行了初步探索,揭示了大气环流和海表温度对降水的可能影响,主要研究结果如下:(1)中亚干旱区北部夏季极端降水事件的水汽主要来自于大西洋和北冰洋。高低空环流异常为降水提供了必要的动力支持。在200hPa上,欧亚大陆高度距平场自西到东呈现“–+–+–”波列分布,经向环流加强;500hPa上,西欧地区反气旋环流东侧的偏北风距平、中亚地区气旋环流西北侧的偏东北距平共同加强了来自北冰洋的水汽输送;850hPa上,研究区位于槽前脊后,有利于暖湿气流沿着西南风北上。高低中层环流的配合为极端降水提供了必要的动力条件。(2)中亚干旱区北部秋季极端降水事件发生时,在200hPa上,中纬度欧亚地区从高纬到中低纬度高度距平场呈现出了自北向南“+–+”的波列分布;在500hPa上,西欧至西西伯利亚地区气旋环流南侧的偏西风距平以及地中海地区的反气旋环流西北侧的偏西风距平加强了来自大西洋的偏西风水汽输送;在850hPa上,北部秋季降水异常主要受西风环流控制,来自大西洋的水汽输送显著增多。(3)中亚干旱区南部春季极端降水出现时,在200hPa高度距平场上呈带状布局,斯堪的那威亚半岛-里海-中亚-印度至中国大部分地区存在自西北向东南的“+–+–”距平波列,经向环流增强,有利于高纬冷空气南下;在500hPa上,里海附近的气旋环流东南侧的西南风距平与北印度洋地区反气旋环流西北侧的西南风距平增强了来自北印度洋的水汽输送;在850hPa上,冷暖空气活动明显,来自高纬的东北冷气流显著增强,与来自北印度洋西南暖湿气流在干旱区南部汇合,水汽辐合,有利于降水发生。(4)中亚干旱区南部冬季极端降水出现时,在200hPa上,欧亚地区高度距平场呈现“+–+–”的带状分布;在500hPa上,西欧地区形成阻塞高压,而西西伯利亚至中亚地区低槽偏强,经向环流显著增强,有利于引导高纬冷湿气流南下;此外伊朗、阿富汗地区的高压偏强,利于引导印度洋的暖湿水汽北上;在850hPa上,南部位于槽前脊后区,有利于槽前西南气流把水汽输送到南部地区,并发展成气旋,使更多的水汽留在南部地区。水汽的异常输送也起到了重要作用:阿拉伯海地区反气旋环流增强,西南风增强,使得来自阿拉伯海/北印度洋的水汽输送增强。(5)中亚干旱区北部夏季降水与大气环流和海温密切相关。降水偏多年时,全球大部分地区的海温为负距平分布,格陵兰海、北太平洋、中东太平洋等地区的海温为正距平,而北大西洋、阿拉伯海、北冰洋的海温为负距平分布。北大西洋和格陵兰海地区的海温异常引起大气环流产生相应变化,乌拉尔山地区的东北风距平引导来自北冰洋的水汽向南进入中亚地区,配合中亚上空的气旋环流,从而导致研究区降水增加。(6)中亚干旱区南部冬季降水与大气环流和海温联系密切。降水偏多年对应的海温正异常主要体现在阿拉伯海、印度洋以及赤道中东太平洋地区,负异常主要集中在北大西洋、地中海、西北太平洋地区。印度洋以及赤道中东太平洋地区的海温的异常偏高引起大气环流发生变化,由于受到北印度洋和伊朗地区位势高度正异常和西西伯利亚至中亚地区位势高度负异常的影响,来自北印度洋的水汽向北输送到中亚干旱区南部地区,从而有利于南部地区冬季降水。


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