基于拉格朗日方法的中国东部雨带推进过程中水汽输送及其变化研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong477
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本文基于HYSPLIT拉格朗日轨迹追踪模式,对1961-2010年中国东部雨季降水进行后向轨迹追踪,并结合蒸发降水诊断法,改进的区域源汇归属法,系统的研究了中国东部雨带推进过程中各雨季水汽路径与源地的变化,定量确定了各源地对雨季降水的贡献。通过不同高度上水汽输送特征分析,深入研究了中国东部水汽输送垂直结构,确定了不同高度上的主要水汽通道以及源地。使用季节演变经验正交函数(SEOF)方法,结合滤波方法,系统分析了水汽源地的变化趋势及其年际年代际变化,明确水汽源地变化对降水的影响,揭示影响水汽输送变化的主要因子。文章的主要结论如下:(1)南海夏季风爆发前的华南前汛期,最强通道为西太平洋和印度洋水汽通道,轨迹占比分别为34.0%和23.1%,其中低层的主要水汽通道为太平洋通道,中高层为印度洋通道;该雨季最主要水汽源地则位于中国东部和西太平洋地区,其水汽贡献率为34.4%和26.0%,其中这两个源地的来自对流层低层的水汽在总水汽中占比超过20%。南海夏季风爆发后,印度洋水汽通道迅速增强,轨迹占比达到了53%,从低层到高层最强水汽通道均为印度洋通道;而最重要的水汽源地为中国东部和南海,其水汽贡献率均超过25%。江淮梅雨时,印度洋通道仍为最重要水汽通道,轨迹数量占到总轨迹的43%,但其水汽贡献率较低,该雨季水汽主要源自中国东部,其局地水汽循环的贡献达到了40.2%,其中来自对流层低层的局地水汽达到了总水汽的28.7%。华北雨季中,最重要的水汽通道为中高层西风带和低层西太平洋通道,轨迹占比分别为30.2%和27.1%;而中国东部局地水汽循环对华北雨季降水贡献最大,贡献率超过55%,其中大部分来源于对流层低层,水汽占比达到43.1%,局地的蒸发对华北雨季降水起到至关重要的作用。(2)中国东部各雨季存在明显南方源地水汽减少,北方源地水汽增加的趋势。而这种水汽来源变化趋势与中国东部雨季降水南增北减趋势密切相关,并且这种水汽来源南减北增的趋势变化与东亚季风的减弱有关。(3)中国东部各雨季水汽源地年代际变化与PDO密切相关。PDO正(负)位相时,南海季风爆发前的华南前汛期来自各源地的水汽均较强(较弱),相对于气候态平均值,中国东部、太平洋、南海和印度洋水汽贡献分别增加(减少)了35%(18%)、23%(11%)、29%(14%)和30%(15%),而水汽总量增加(减少)了30%(15%),造成该雨季的总降水量与雨季时间均偏多(偏少);南海季风爆发后的华南前汛期与华北雨季来自各源地的水汽偏少(偏多),南海季风爆发后的华南前汛期,PDO正(负)位相下,源自中国东部、太平洋、南海和印度洋水汽分别减少(增加)了24%(12%)、11%(5%)、15%(7%)和16%(8%),总水汽减少(增加)了18%(9%);而华北雨季中源自上述四个源地的水汽分别减少(增加)了13%(7%),14%(7%),20%(10%)和44%(22%)。这种水汽源地的年代际变化进一步对各雨季的降水年代际变化产生重要影响。(4)东部雨季水汽源地年际变化的SEOF第一模态与ENSO密切相关。当ENSO处于正位相时,南海季风爆发前的华南前汛期总水汽量增加,与气候态平均结果相比,来自太平洋源地水汽增加了39.8%,来自南海源地的水汽增加了48.4%,其主要原因为ENSO正位相时沃克环流加强,在菲律宾附近造成反气旋环流异常,使得南太平洋地区的水汽明显加强。而在南海季风爆发后的华南前汛期,ENSO正位相下,印度洋季风偏强,雨带迅速北移,使得降水停留在华南时间减少,导致南海季风爆发后的华南前汛期水汽总量减少了19.2%。SEOF第二模态的年际变化特征主要为华北地区水汽源地贡献的变化。当SEOF2位于正位相时,华北雨季总水汽量增加了26.6%,其中来自太平洋源地的水汽增加了31.5%,这主要是由于华北地区东北方向上的水汽增加导致的。这种水汽源地的年际变化特征与极地高压密切相关。北极高压通过波列影响华北雨季水汽源地,并对降水的年际变化产生重要影响。
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