青藏高原和洛矶山脉对夏季气象场日变化影响的对比分析 (二)水平和垂直流场

本文是文献〔1〕的继续,着重讨论用五层全球大气环流模式所模拟的青藏高原和洛矶山脉对该地区夏季流场的日变化的影响及其影响程度的差异。 分析结果表明,大地形对风场的日变化具有很明显的影响,影响的大小与地形的水平和垂直尺度成正比,青藏高原的影响比洛矶山明显。白天低层流场向山脉辐合的趋势加强,高层则辐散的气流加强,其轴线与山脉的走向大致平行。大地形附近存在明显的山谷风现象,其范围和强度与地形成正比,不同地形所产生的山谷风有相互作用,弱者常为强者所掩盖。山脉的存在使陆地上的上升运动在白天更为强盛,而在海洋上则使下沉区加强。高大的青藏高原,可使其四周的下沉加强区不仅在海上出现,也出现于山脉的邻近地区。北半球山脉南部的季风垂直环流圈有明显的日变化,日变化的振辐与地形尺度成正比。     

三层模式中地形对背风波振幅的影响

利用一个三层模式和钟形山脉研究了中尺度地形参数对背风波振幅的影响。理论分析表明,若保持地形高度不变,变化地形宽度时,当山脉半宽为背风波频率的倒数,波动的振幅可以达到最大;若地形高度和半宽按不同比例变化时,波动振幅的变化是不确定的;若高度和半宽按相同比例变化时,即保持山脉形状不变的情况下,半宽为频率的倒数的2倍时,振幅达到最大。最后利用ARPS模式对地形参数的变化进行了敏感性试验,模拟结果与理论结果相吻合。     

北半球平流层低层大气季节内振荡特征

利用奇异谱分析方法（SSA）分析了1975年1月1日至12月31日北半球30hPa高度场变化特征，结果发现:平流层低层大气除了年变化及季节变化趋势外，还存在明显的季节内振荡，最显著的周期为20～60天；在持续性异常多发地区，30hPa高度场变化中20～40天周期振荡占优势，而在其它一些地区则盛行40～60天周期振荡；对流层持续性异常主要同对流层高度场的20～40天振荡有关，并可能通过这种周期振荡同平流层低层相同周期的振荡的相互作用影响平流层低层大气季节内变化。     

欧亚地形对夏季南亚大气环流日变化影响的数值模拟研究

利用大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL，设计了有、无欧亚地形的对比试验，并与NCEP/NCAR再分析资料进行比较，通过分析其流场、高度场、温度和涡度的差异，得到欧亚大陆地形对夏季大气环流场日变化的影响特征。结果表明，欧亚大陆地形对大气环流和气候日变化的影响主要集中在青藏高原地区。由于青藏高原上空大气对太阳辐射加热场的日变化最为敏感，随着日间加热场的增强，热力适应造成白天高原低层大气气旋性环流加深，相应地使周边地区向高原辐合增强，引起高原地区日间的上升运动更为强盛，而使大气高层反气旋环流增强，引起高原上空向外辐散气流增强。也就是地形效应在白天增强了高原“感热气泵”的效率，使其产生明显的日变化，随之带来高原及周边地区局地环流强烈的日变化。由于上升运动的日变化，引起高原南部地区降水的日变化，同时降水的增加正反馈于上升运动，使得上升运动在高原南部地区日变化尤为强烈。     

黄土高原植被改变对夏季当地气候影响的数值模拟

利用2003年6、7月份的资料及中尺度模式MM5V3.5,对当年夏季黄土高原地区的温度场和湿度场进行了模拟分析,结果表明:黄土高原地区植被覆盖改善,将使得当地夏季平均气温、地面温度降低,气温减小的最大值出现在植被改变的中心区域,最大值为0.6℃,其周边地区温度也是普遍降低的,而地面温度变化大于气温。这种变化主要发生在白天,夜间气温和地温的变化相对较小,夜间,平均地温甚至略有升高。在植被改善的地区,夏季平均气温和平均地温日较差均减小。植被覆盖改善后,空气湿度在白天和夜间均明显增加,白天增加量大于夜间,而影响范围则小于夜间。     

基于静止卫星探测的夏季青藏高原云分布及其日变化分析

我国新一代静止气象卫星首颗卫星风云四号先进成像仪AGRI(Advanced Geosynchronous Radiation Imager)具有更多的观测波段、更高的光谱分辨率和更高的时空分辨率，能够以较小的卫星天顶角获取完整的青藏高原观测图像，但尚未开发利用青藏高原地区的风云四号卫星云产品开展相关研究。本文基于FY-4A/AGRI提供的青藏高原地区像元级云图像，研究分析夏季青藏高原地区云分布及其日变化的特征和规律。研究发现高原南部和东南部区域云出现频率远高于高原其他地区；高原地区云频具有明显的昼夜变化，最高云频发生在12:00（当地时间，下同），最低云频出现在04:00；高原南部地区云频具有日出后增长速度最快、增长幅度最大、最先达到最高值的特征；当高原云频在当地正午达到最大值时，极高云频沿主要山脉分布，具有明显的地形依赖特征；云顶最大频率高度超过12 km的区域集中在雅鲁藏布江河谷及其北侧，念青唐古拉山脉附近，以及横断山脉东界以西地区；云顶最大频率高度日变化与云频的日变化存在显著不同。本文同时就青藏高原复杂地形对云分布和日变化的强烈影响进行了讨论。     

青藏高原东部及下游地区冬季边界层的观测分析

利用2007年12月的加密探空资料, 对高原东部及其下游地区的边界层结构和高原东部边界层变化对下游大气的影响进行了分析。结果表明, 冬季青藏高原东部夜间近地面逆温层可以发展到平均500 m的高度, 白天混合层可以发展到平均2000 m的高度。白天混合层内水汽和风速混合十分均匀, 在混合层发展成熟时存在十分深厚的逆湿层。冬季青藏高原下游的四川盆地, 边界层内温度日较差小, 夜间逆温层把大量地表水汽截留在近地层, 日出前近地层水汽容易达到饱和。白天, 混合层在中午发展成熟, 平均高度只有300 m。四川盆地对流层下部存在非常强的逆温层, 该逆温层是青藏高原抬升地表加热和冬季盛行西风气流形成的, 逆温层变化是青藏高原东部边界层温度日变化和局地西风变化的共同结果。逆温层显著改变大气动量、 热量和水汽的垂直分布。与对流层下部逆温相联系的中层云对辐射的影响是造成四川盆地温度日较差和混合层高度变化的原因。     

1979年青藏高原地区雨季的气候特征及其中断和活跃的环流特征

本文首先根据青藏高原地区各站6—8月多年逐日平均降水曲线的型式,把青藏高原的降水区域分成东、中、西三个地区。上述资料表明,雨季的开始是自东向西推进的,1979年相应的资料也同样显示了上述特征。 按照一定的标准划分了1979年6—8月青藏高原雨季中断和活跃的各时段,并分别讨论了雨季活跃和中断过程的环流形势特征。关于雨季活跃型可以概括为两个要点:在对流层上层的副热带西风带中,欧洲地区高压(脊)的纬度和强度都比亚洲地区的要高和强;在300和500mb上除了北边的偏北气流外在青藏高原及其以南地区有一支偏南气流。关于风季中断型,欧洲地区高压(脊)配置则与此相反,并且在300和500mb上青藏高原及其以南地区只有偏南气流。 欧洲和高原地区的200和500mb的区域平均值表明:在雨季活跃过程中,欧洲地区的上述高度场值高于亚洲地区;中断过程则相反。在1979年6—8月的诸过程中,基本上都是如此交替出现的。并且高原地区的上述高度场本身也随着中断与活跃而同步振荡。     

夏半年青藏高原及附近地区30—60天振荡的分布特征

本文用1980—1982年3个夏半年(5—9月)的ECMWF客观分析资料,对青藏高原及其附近500hPa位势高度场进行了最大熵谱分析和滤波分析。结果表明:青藏高原及其附近地区夏半年存在着30-60天振荡,高原东部为一相对的30-60天振荡中心。本文还讨论了振荡的年际变化特征。     

OLR资料所揭示的青藏高原地区中期振荡过程

本文利用1979年卫星观测的OLR资料和功率谱、滤波等方法,着重分析了青藏高原地区的中期振荡特征,并将所得结果与1979年青藏高原科学实验结果进行对比。分析结果表明,高原的地形对于OLR场长期平均的空间分布有很大影响;在夏季,OLR的时间变化则与降水过程有密切联系。准8天振荡是高原地区的主要中期过程,它主要反映了高原低涡的活动,这种振荡很可能是高原天气尺度系统与大尺度环流之间的联系者。      

青藏高原30—60天振荡与川东降水和气温的关系

利用1973 年达县降水、气温及500hPa 位势高度场的5 天平均资料,分析了青藏高原30—60 天振荡与川东降水和气温的关系。结果表明,川东地区降水与青藏高原500hPa 位势高度场30—60 天振荡呈反位相关系;夏季(4—8 月)气温与高原500hPa 位势高度场30—60天振荡呈同位相关系     

青藏高原大地形对夏季东亚大气环流的影响

本文采用有限区域五层原始方程模式,以多年月平均的纬向场作为初始场,利用实际资料计算得到的1979年7月东亚地区的平均加热场作为理想加热场,进行了四类不同方案的数值试验。通过模拟得到的温压场及流场等结果,讨论了青藏高原大地形及其加热场的作用。分析结果表明:1.在大尺度地形的纯动力作用影响下,在对流层中、下层,西风气流过高原仍是以绕流为主,这种地形扰动在中纬度(40°N以北)表现得比低纬度明显,在对流层下层比对流层中层明显,300mb上动力扰动已很不明显。2.青藏高原产生的热源(例如,青藏高原感热源和潜热源以及孟加拉地区的潜热源),对于夏季100mb和300mb的强大的亚州反气旋的形成,对500mb以下印度低槽的加深及南亚副热带高压(以下简称南亚副高)带的断裂都有重大贡献。3.夏季,东亚地区的流场受加热场的影响比温压场更为明显,比如500mb以下与海洋地区相通的强大南风通道和加热场有密切关系。4.夏季,在东亚地区50°N以南存在着一个天气尺度的季风环流系统——“季风流管”,这一流管在考虑了加热场的影响后,被很好地模拟出来了。相反,在纯动力作用的试验中,它却始终没有出现,在高原以及南部被Hadley流管所占据。从分析结果来看,孟加拉地区热源对“季风流管”的中段与南段贡献较大。孟加拉地区热源     

青藏高原及附近地区500hPa低频振荡与四川盆地气温变化

分析了１９９２年及１９９３年上半年青藏高原及附近地区，５００ｈＰａ候高度距平场的６—１２候（相当于３０—６０天）低频振荡与３—６候（１５—３０天）振荡特征，及其对四川盆地气温的影响。结果表明：上半年青藏高原上空５００ｈＰａ低频振荡与盆地气温振荡基本同位相或偏早一候左右；下半年渤海湾附近上空的低频振荡位相与盆地气温大致同位相或略偏早。３—６候振荡中，印缅及青藏高原地区位相偏早一候。两种频带对于气温都有预测意义。     

青藏高原地区季风特征及与我国气候异常的联系

利用1951~2000年NCEP/ NCAR 600 hPa逐日再分析资料, 计算候时间尺度能够代表青藏高原地区季风特征的高度场指数序列, 研究青藏高原高度场指数的基本特征及其年代际变化趋势。结果表明:青藏高原地区600 hPa夏季为低压, 冬季为高压, 夏季低压形成的时间呈提早的趋势, 夏季低压强度也呈增强趋势; 青藏高原高度场指数年变化与高原雨日的年变化基本相似。夏季青藏高原高度场指数与同期我国160站的降水和气温相关表明:与降水相关分布从华北到华南呈“-+-”东西向带状分布; 冬季高原高压强度指数与同期气温均为正相关, 青藏高原东侧边缘区和华南地区正相关最为显著。     

海南夏季雷暴时空分布特征及成因

利用海南18个市县雷暴资料、海南地形高度资料、海南日最高气温资料、海口和三亚2个测站日辐射观测资料和海南中尺度乡镇自动站逐时风资料等,研究海南夏季雷暴时空分布特征及可能原因.结果表明:海南大部分地区夏季雷暴主要发生在白天,集中发生在午后,只有以三亚为代表的南部地区表现出雷暴主要发生在夜间,与其余地区相反.研究认为这种差...     

青藏高原东坡高原草甸近地层气象要素与能量输送季节变化分析

本文简要介绍了青藏高原东坡理塘大气综合观测站的情况。利用该站2007~2008年观测资料,分析比较了青藏高原东坡地区高原草甸下垫面情况下近地层气象要素及能量输送的季节变化特征。结果表明：理塘地区近地层气象要素及能量输送的季节变化显著,具有明显的水热同期特点。各个季节近地层气象要素和湍流通量,如风、气温、感热通量、潜热通量等,日变化显著。风速、动量通量、摩擦速度等要素的平均日最大值和最小值分别出现在下午和日出前。比湿的峰值出现在日出前。辐射和热平衡分量的日均最大值与最小值分别出现在正午及日出前。地表热源强度分析表明,理塘白天为热源,在春夏秋三季夜间为弱的热源与冷源交替出现。在雨季,潜热输送在陆气间热量交换过程中占主导作用,感热输送是次要的;干季的结果与雨季相反,感热是首要的。     

青藏高原东坡高原草甸近地层气象要素与能量输送季节变化分析

本文简要介绍了青藏高原东坡理塘大气综合观测站的情况。利用该站20072008年观测资料, 分析比较了青藏高原东坡地区高原草甸下垫面情况下近地层气象要素及能量输送的季节变化特征。结果表明:理塘地区近地层气象要素及能量输送的季节变化显著, 具有明显的水热同期特点。各个季节近地层气象要素和湍流通量, 如风、气温、感热通量、潜热通量等, 日变化显著。风速、动量通量、摩擦速度等要素的平均日最大值和最小值分别出现在下午和日出前。比湿的峰值出现在日出前。辐射和热平衡分量的日均最大值与最小值分别出现在正午及日出前。地表热源强度分析表明, 理塘白天为热源, 在春夏秋三季夜间为弱的热源与冷源交替出现。在雨季, 潜热输送在陆气间热量交换过程中占主导作用, 感热输送是次要的;干季的结果与雨季相反, 感热是首要的。      

青藏高原东部及下游关键区大气边界层高度的观测分析

利用2007年12月10-24日在红原、温江和宜昌同步观测的3小时加密探空资料,分析了青藏高原东部及下游关键区大气边界层位温廓线日变化特征,以及对流边界层高度和稳定边界层高度的变化特征.分析结果表明,不同地形位温廓线具有相同的日变化特征,对流边界层在白天出现和发展,而稳定边界层在夜间出现和发展;对流边界层的发展史和发展高度与海拔高度有关,高海拔地区对流边界层的发展史较短但发展高度较高,而低海拔地区对流边界层的发展史较长但发展高度较低;稳定边界层的发展史和发展高度也与海拔高度有关,高海拔地区稳定边界层的发展史较长且发展高度较高,而低海拔地区稳定边界层的发展史较短且发展高度较低;对流边界层的最大发展高度多出现在地方时17时,而稳定边界层的最大发展高度多出现在地方时02时;红原、温江和宜昌的对流边界层高度分别可达4 930 m、1 000 m和710 m.而其稳定边界层高度分别可达1 100 m、920 m和650 m.     

利用RAMS模式对山谷城市冬季局地风场的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的中尺度数值模式RAMS, 采用三重嵌套的方法, 模拟研究了兰州山谷地区局地环流特征。结果表明： （1）兰州市近地面流场以偏东风为主, 在城市东西部之间的狭窄地带, 风速相对较大些, 在东西部山谷城市中心区域有大片的静风区; 冬季兰州市山谷夜间是辐合流场, 白天是辐散流场。受城市热岛环流的影响, 白天热岛环流抑制谷风环流, 夜间增大山风环流, 夜间的山风风速大于白天的谷风风速。（2）白天, 兰州市区山顶和山谷之间上空气柱以下沉气流为主, 这主要是由于地形作用使得白天盛行谷风环流和山峰加热作用的共同影响。夜间, 兰州市区山顶和山谷之间上空以上升气流为主, 这主要是由于地形作用使得市区和山谷在夜间盛行山风环流, 但是冬天夜间兰州市区和山谷上空有较厚的逆温层存在, 抑制了气流的上升运动。（3）在午后13：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐散场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐合场; 皋兰山顶上空从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐散场。在凌晨01：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐增强, 到400 m高度达到最强, 从400 m到510 m高度又逐渐减弱; 皋兰山顶上空从近地面到220 m左右的高度, 辐散场在逐渐减弱, 在400 m左右的高度辐散场转变为辐合场, 从400 m到510 m左右的高度, 皋兰山顶的辐合场逐渐增强。     

利用探空资料估算青藏高原及下游地区大气边界层高度

利用三个时段的探空加密试验资料,分别采用气块法和Richardson数法来估算青藏高原及下游地区的对流边界层和稳定边界层的高度特征。结果显示:(1)高原中部对流边界层结构的出现概率高于高原东侧及下游地区,而四川盆地稳定边界层结构的出现概率远高于高原和长江中游。(2)高原中部和东侧的对流边界层高度春季高而夏季低,其中高原中部的对流边界层高度高于高原东侧;四川盆地和长江中游的对流边界层高度冬季低、夏季高,而高原东侧的对流边界层高度的变化趋势则相反;四川盆地的对流边界层高度低于长江中游。(3)高原的稳定边界层高度春季高而夏季低;冬季四川盆地的稳定边界层高度高于高原东侧和长江中游,而夏季长江中游的稳定边界层高度高于高原东侧和四川盆地,冬夏差异导致的稳定边界层高度的变化幅度在长江中游最明显,四川盆地次之,而高原东侧最小。(4)高原东侧及下游地区的平均边界层高度的日变化具有相似的演变特征,平均边界层高度在白天高夜间低,而高原中部的平均边界层高度在日出左右较低,之后随时间逐渐增高,并在晚上达到最大值;高原的平均边界层高度的日变化振幅大于下游地区,且其日变化振幅随站点海拔高度的增加而增大。