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祁连山地区降水气候特征及其成因分析研究

李岩瑛  
【摘要】: 利用祁连山区及其周围(90~104°E,32~42°N)1960~2004年55个气象站点白天08~20时、夜间20~08时和全天20~20时逐日降水资料,天气图、云图资料、典型暴雨(雪)天气个例、1951~2004年逐月74项大气环流特征量资料和典型干湿年NCEP/NCAR再分析格点资料,重点分析了祁连山区(94~104°E,36~39°N)降水不同区域时间变化特征;不同降水强度的时空分布特征及其与海拔高度的关系;暴雨(雪)时空分布气候特征及其形成机制:并采用WRF中尺度数值模式模拟地形、植被和积雪对祁连山区降水的影响。大气环流特征量与降水的关系:从高空环流形势,青藏高原低涡、青藏高压等天气系统,以及上升运动、水汽条件、风场和冷空气等干湿变化作对比诊断分析,探讨造成祁连山区降水时空分布、干湿变化和日变化的成因机制。主要结论如下: 1、祁连山及周边地区季节平均降水贡献百分率分别是夏季60.1%、春季18.3%、秋季17.8%和冬季3.8%。祁连山不同区域年均降水量西部为71.4mm、东北部区189.4mm、东南部区369.6mm、东中部区377.6mm;祁连山中东南部区贡献率最大为52.9%、东中部区23.1%、西部最小为6.6%。西部和东中部区80年代降水最多,东南部区60年代降水最多;东北部区90年代呈偏多趋势,东南部区90年代呈偏少趋势,进入21世纪以来除东南部区较90年代减少外,其余均呈增多趋势,80年代后有5~7年的变化周期。不同区域季节降水量年代际变化:除夏季九十年代最多外,其余均二十一世纪初最多,秋季增多最明显,二十一世纪初较90年代增加10毫米以上。干湿变化中除春季湿年次数略多于干年外,其余季节均干年多于湿年,冬季变化最大。 2、祁连山区不同区域的降水日数和强度分布,小雨和中雨日数决定了年降水量的大小,降雨日数有3年和5~7年的年际变化周期。昼夜变化中降水日数小雨白天多于夜间,但中雨以上夜间明显多于或略强于白天。得出了不同降雨强度最大雨量的海拔高度和不同季节最大降水总量出现的海拔高度。小雨日数与海拔高度较为密切,呈线性增长;中雨以上与坡向、地理位置有关,在4850米附近降雨日数最多为143天。降雨日数和总量在海拔高度4000米左右达最大峰值,而在2000米附近为次大峰值。 3、祁连山暴雨夜间比白天多而强度大,主要集中在7~8月占87.7%,全天暴雨强度60年代最大,日数90年代最多占28.4%。祁连山东南部区暴雨出现最多,夜间年均日数为0.25天,全天年均为0.04天,东北部区次之,夜间年均为0.08天;暴雨强度西部最大为72.0毫米,东中部区最小为52.8毫米,2到3站局地性暴雨较多占79%。暴雨出现云系有两种:午后青藏高原对流云团发展加强北抬,高原对流云团与外来云团合并加强,概率分别为38.2%,61.8%。祁连山暴雨的水汽主要来自孟加拉湾和南海,移动路径有西、中、东三条路径,概率分别占11.1%、38.3%和50.6%,暴雨主要出现在东南部区湟水谷地和东北部区黑河流域。 4、祁连山区总降雪量与中雪日数关系最密切,东北侧降雪日数最多。不同区域分布中西部雪日最少,东中部区强度最弱,其中小雪东中部区最多、中雪中南部较多较强、大到暴雪东北部区最多东南部区最强。日际分布特点是:降雪量夜间明显较多,小到中雪强度夜间较强。年变化中:西部持续增多,东中部区70年代最少,东北部区90年代最少,但西中北部均二十一世纪初最多,东南部区70年代最多,之后持续减少。降雪日数有3~4年、5~7年和12~14年的年际变化周期。暴雪出现的主要天气环流形势为北方横槽南压型和新疆冷温槽发展东移型,分别占38.1%和52.4%。暴雪均出现在山脉冬季风的迎风坡和峡谷地带。 5、采用WRF中尺度模式改变祁连山东北部(36-38N,100-104E)范围内地形、植被和积雪来模拟其对祁连山区降水的影响,模拟结果表明:地形对祁连山区降水的影响范围大、强度强,水平尺度达400-500公里,强度为3-4mm以上;而积雪次之,仅对实验区内水平尺度100公里海拔3500米以上的山区局地有1mm的降雪改变量;植被的影响范围更小,无论增减仅使祁连山区海拔4000米以上水平尺度几十公里的局地雨量增加1mm。地形减半会使剖面附近垂直上升运动加强,实验区内下沉运动加强,湿度显著减小30-40%,降水减少;而改变植被和积雪仅使实验区和祁连山区近地面相对湿度有不足10%的变化。 6、当夏季西太平洋副高位置偏北,面积增大时祁连山区大到暴雨日数增加,夏秋季降雨量增多。祁连山区降水偏多时,500hPa高空环流形势为西低东高型,低层700hPa青藏高原有一强辐合区,范围较大。祁连山区垂直上升运动和700hPa青藏高原低涡的日变化,造成该区降水夜多昼少。 7、干湿变化成因:在湿年,200hPa青藏高压和700hPa青藏高原低涡范围大、强度强;印度季风和南海低空急流强而位置偏北;200hPa高空急流和中高纬度冷空气范围大、强度强、位置偏东,但是孟加拉湾低空西南风强度弱而位置偏南。 8、祁连山区最大降水高度的出现除了受地面海拔高度的影响外,很可能与高低空两个最大相对湿度中心及相应较强的冷空气活动中心出现高度关系密切。


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