青藏高原那曲地区风廓线结构的观测研究

【摘要】：青藏高原对我国东部地区的天气和气候、亚洲季风、乃至全球大气环流和天气气候都有重要影响,而高原大气边界层作为连接高原独特下垫面和自由大气的桥梁,在上述影响过程中扮演了重要作用。高原大气边界层观测资料的匮乏严重制约着青藏高原天气与气候研究。 中国气象科学研究院于2003年在高原中部那曲地区安装了日本三菱公司的WPR1300型风廓线仪,并于2004年4-9月进行了连续的大气边界层结构探测。风廓线仪探测资料与同期探空资料比较表明,风廓线仪资料具有较高的可靠性。本文利用此次探测资料,通过统计分析和典型个例分析相结合的方法,研究了雨季到来前后那曲地区大气边界层的风廓线结构特征。主要结果如下: 1.风廓线仪、地面和高空及NCEP资料综合分析表明:2004年5月20日之后,那曲地区高空强西风减弱,高、低空风向出现明显转变,大气中水汽含量和地面降水量激增。因此,可将5月20日确定为高原中部雨季开始时间。 2.雨季到来后,水平风速及其垂直切变显著减小:大气低层,尤其是600m以下水平风速的日变化趋势从雨季前的低(午夜)—高(午后)—低(日落)型变为高(午夜)—低(日出)—更高(午后)—低(日落)型;同时,日出后大气低层风速迅速增大的时间也有所推后,高空自由大气动量下传时间推后且下传作用减弱。偏南风分量明显增多,大气低层风向的日际变化加大,但高层风向比较稳定,日际变化不大;随着雨季进一步发展,高、低空风向稳定性检验参数Wc(Wind consistency)显著减小,风向日际变化更大,边界层风廓线结构变得更为复杂,而且大气边界层动量汇效应也有所减弱。大气低层风向随高度顺时针转动的Ekman螺线效应显著。Wc分析表明,雨季前后40天2000-2100m之间日平均风向稳定,日际变化小。结合Ekman理论,指出2004年那曲地区的大气边界层高度为2000-2100m,此高度低于以往多数研究结果.风向频数统计也表明,雨季到来后偏南风显著增多,且逐日风向趋于复杂;随着雨季进程,风向的复杂程度由近地层向大气边界层以上的自由大气层扩展。那曲探空500hPa和400hPa的风向频数统计结果证实了风廓线仪所得结果。 3.雨季前,晴天日出以后混合层有较迅速的发展,强对流混合区超过3000m.而雨季到来后,除强对流天气过程外,日出后强混合层发展时间有所推后,但对流活动持续时间延长。风廓线仪信噪比SNR(Signal-to-noise ratio)分析结果也有类似结论。那曲强雷暴天气发生前,低空常出现强西南或东南风急流,且存在强水平风速垂直切变,两者可能是那曲雷暴天气频发的重要原因之一。 4.在资料分析基础上,本文还讨论了那曲地区大气边界层风廓线结构特征的季节变化,并分析了高原雨季对边界层风廓线结构的影响。 5.风廓线仪资料适用于天气学和气候分析,而且分析所得的低空急流、水平风速垂直切变和SNR对于强降水过程有很好的预报指示意义,同时SNR资料也可用于研究晴天边界层对流活动。