基于多源数据的夏季青藏高原大气水汽收支特征研究

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水汽作为最活跃的大气组分,是对全球变暖贡献较大的温室气体之一,在地气辐射强迫过程中发挥重要作用,并且直接参与成云致雨,形成的云和降水又会影响水汽的时空分布。青藏高原(以下简称“高原”)被称为“亚洲水塔”,在区域甚至全球大气-陆地-海洋水循环系统中都发挥重要作用,因此高原水汽时空变化一直是大气科学界关注的重点。高原以及周边地区的水汽分布和输送变化将会极大地影响高原以及中国东部的天气和气候,探究高原以及周边地区的大气水汽输送具有十分重要的科学和现实意义。本文利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的测雨雷达(PR)和可见光/红外扫描仪(VIRS)、全球测雨卫星(GPM)搭载的双频测雨雷达(DPR)等观测数据,结合欧洲中期天气预报中心的再分析资料ERA5,首先分析高原以及周边地区的风系、水汽通量和不同水汽输送强度的空间分布,区域水汽收支、可降水量及降水率的气候态分布及多年变化趋势,然后对高原内不同区域的水汽收支、可降水量和降水率的气候变化趋势进行探究,并重点分析喜马拉雅山脉南坡陡峭地形下的水汽输送特征以及大尺度环流系统(西风和南亚季风)对水汽输送的影响。本论文主要取得的成果和创新如下:1.夏季高原以及周边地区大气水汽输送的空间分布及特征在高原西边界南端、四川盆地、高原东南大峡谷以及南边界东段的大气低层,向高原的水汽输送最为活跃。高原向周边地区的水汽输送主要发生在东边界的大气中层、南边界和北边界中东部的大气中低层。夏季高原是“水汽汇”,区域净水汽输入为153.28 × 106kg s-1,南边界对于区域水汽收支有最主要贡献,区域水汽收支显示出缓慢增加的趋势。高原地区是可降水量和降水率的低值区,多年来,可降水量呈现增加的趋势(通过95%显著性检验),降水率则显示缓慢减小的趋势。2.夏季高原内不同区域的大气水汽输送以及收支特征高原内部区域基本净输入水汽,高原东南坡区域净输出水汽。高原西部、中部和东部区域均以纬向水汽输送为主。雅鲁藏布江地区受到偏南水汽输送的影响,导致经向输送较为显著。高原东南坡因受孟加拉湾向高原东南大峡谷的水汽输送影响,纬向水汽输送强烈。多年来,高原内区域水汽收支均显示增加趋势,雅鲁藏布江地区增长趋势最缓慢。可降水量均显示增加趋势,高原东南坡的增加趋势最平缓。降水率在高原西部、中部和东部显示增加的趋势,但是在雅鲁藏布江地区和高原东南坡却显示降低趋势。3.喜马拉雅山脉南坡陡峭地形下的大气水汽输送特征山脉南坡呈现十分清晰的陡峭地形带状分布,水汽在向高原南坡输送过程中不断被消耗,南坡中段的净水汽收支差异可以解释山脚地区较强的降水强度和山坡较高的降水频次分布。在水汽输送过程中,南坡中段和西段东侧逐渐成为水汽输入高原的最主要通道,但是水汽通量高值区却位于南坡东段的大气低层。在地形陡峭度分布较均匀的区域,地形性垂直速度占据区域垂直速度的主要部分。南坡东段西侧的水汽垂直输送最强烈,南坡中段和东段东侧的地形性、区域水汽垂直输送强度相近,南坡西段垂直水汽通量普遍小于中、东段。4.大尺度环流系统对大气水汽输送的影响强(弱)季风对水汽输送的影响主要体现在:高原南边界以南的气旋性水汽通量分布较强(弱);孟加拉湾向高原东南大峡谷的偏南水汽输送与纬向水汽输送相比较弱(强);季风区向中国东部输送水汽的范围偏北(南)。强(弱)西风对水汽输送的影响则主要体现在高原以北地区水汽输送强度较强(弱)以及影响范围大(小)。因此,在强西风年中高原北部水汽输送最强烈,弱西风年中高原南边界以南的偏南水汽输送强于强西风年。强季风年中,沿南边界向西的纬向水汽输送强烈,向中国东部输送水汽的范围偏北,弱季风年中高原南边界以南的经向水汽输送明显。通过对高原地区的水汽收支计算可知,强西风年中因南边界以南较弱的偏南水汽输送导致区域净水汽输入较小。弱西风年中,东边界净水汽输出增多,北边界净水汽输入增多,导致区域净水汽输入略大于强西风年。区域净水汽输入在强季风年中最大,弱季风年中最小。
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