对流层顶折叠对青藏高原深对流的影响研究

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利用1998-2014年的ERA-Interim再分析资料、CMORPH降水产品、TRMM卫星数据、FY-2E卫星观测的逐小时TBB数据等,采用统计-天气学诊断分析、中尺度数值模拟、分段位涡反演等方法,研究了对流层顶折叠(以下简称折叠)在高原深对流过程中的影响和作用。主要内容和结论如下:1)统计分析了高原深对流和不同强度对流层顶折叠的气候学特征,并归纳出高原深对流-折叠的时空分布匹配关系,发现折叠相对高原深对流位于其西北侧的分布模态;2)开展折叠分类统计分析,发现浅折叠发生频率高但中折叠相关的高原对流发展更为剧烈;3)剖析了折叠影响对流的作用机理,归纳出基于统计分析的折叠影响高原深对流的作用模型。折叠相关的环境要素场统计合成分析发现,折叠影响垂直和水平环流,折叠下传其下沉运动与高原对流的上升运动在中低层相接,形成逆时针垂直环流,其下沉支的质量和动量输送引起质量堆积强迫对流区附近的垂直抬升,有利于高原对流的发展;同时折叠下传也改变了低层大气的水平环流。折叠下沉作为一个有效的自高空下垂的天幕屏障,阻挡了西南暖湿气流的爬坡向北输送,在目标区域(高原对流区)附近堆积辐合上升,并为目标区提供了充分的水汽;同时,折叠伴随的干冷空气下沉,加大了对流区附近的不稳定度性,高空等熵PV下传使得低层涡度增长,进而加剧对流发展;4)通过典型个例分析和数值模拟,进一步描绘了高空折叠与高原对流协同发展的更为细致的物理图像。高低空系统的协同作用,共同导致了此次高原深对流事件的发生发展。对流的发展和增长,是高层涡度下传、低层涡度向上增长、最后二者连通的过程。高层涡度下传是由于折叠伴随的高位涡等熵向下平流造成,而通过位涡反演发现,低层涡度向上伸展主要是凝结潜热释放的结果。以上这些研究,不但可以揭示高原深对流的气候学特征,而且可深入理解对流层顶折叠这一高空强迫与深对流分布的匹配关系及作用机理,这无论在极端天气还是气候变化领域,都具有重要科学意义。
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