青藏高原东部对流系统东移影响江淮流域降水研究

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本文首先利用2003-2010年暖季CMORPH降水资料,采用频率—波数能量谱和滤波分解方法,分析暖季不同时期(梅雨前期,梅雨期和梅雨后期)和其中梅雨期不同时段(梅雨日前期,梅雨日和梅雨日后期)高原东部降水的日变化和系统的东传特征;并使用NCEP/FNL资料分析山地-平原热力环流(MPS)的日变化及其与降水之间的关系。然后,采用日循环边界强迫的数值实验较好地模拟了一次典型梅雨期降水(2007年7月1~10日)的日变化和系统东移过程,利用模拟结果深入分析日变化的形成机理和不同尺度系统对日变化和梅雨锋降水的影响机制。主要有以下结论:   1、青藏高原(TP)东部及以东地区暖季不同时期降水和环流场日变化特征。   暖季TP东部降水峰值均出现在午后至夜间,四川盆地(SCB)地区强降水发生在午夜至凌晨,二级地形东部的降水峰值发生在次日中午。但是暖季不同时期(梅雨前期,梅雨期和梅雨后期),二级地形东部至江淮平原地区降水日变化存在明显的差异,梅雨前期降水日变化较小,凌晨和午后均有较弱的降水峰值;梅雨期降水日变化比梅雨前期强,午后降水峰值较强;梅雨后期降水日变化较强,只出现午后的降水峰值。由于各个时期高空引导气流的风速不同,其中梅雨前期东传速度最快,梅雨后期最慢。梅雨期的三个时段中该地区降水日变化也存在一定的差异。梅雨日前期,二级地形东部至长江中游地区,强降水发生在凌晨至上午,江淮平原地区降水峰值主要出现在午后。梅雨日,二级地形东部至长江中游地区,降水峰值主要在午后至傍晚,江淮平原地区强降水发生在夜间至凌晨。梅雨日后期与梅雨后期相似,降水峰值主要在午后。对比三个时段水平和垂直环流场,我国东部地区的风场和3个山地-平原热力环流(MPS)都有明显的日变化特征,但梅雨日时段的日变化特征比另两个时段强。青藏高原和四川盆地地区,降水的日变化主要受地形热力环流影响,而江淮流域降水的日变化特征,主要受大尺度环流控制,MPS环流在有利的环流背景下加强降水及其日变化特征。梅雨期的三个不同时段中,梅雨日前期降水系统的东传速度最快,梅雨日次之,梅雨日后期最慢。   2、TP东部及以东地区梅雨期不同时段降水系统的多尺度特征。采用频率—波数能量谱分析表明梅雨期不同时空尺度降水系统的东传速度在10~25 m·s-1之间,并且主要东传速度为15 m·s-1。高原东部降水的能量主要集中在波数1~5(波长约为1400~4000 km),周期在10~24小时的频谱区域内,三个主要的频谱区域为:日循环周期的天气尺度(空间尺度大于1000km,周期约24小时),日循环周期的α中尺度(空间尺度约1000km,周期约24小时)和半日循环周期的α中尺度(空间尺度约1000km,周期约12小时)。对三个频谱区域滤波分解的结果表明:梅雨期三个时段,日循环周期的天气尺度降水系统有共同的东传和日变化特征,午后至傍晚生成于TP东部的降水于夜间东传至四川盆地地区,次日午后到达二级地形东部地区,但移出二级地形东部以后,降水系统分为南北两个部分,其中北部降水东传速度较快。日循环周期的α中尺度降水的空间尺度与3个MPS环流尺度一致,高原以东降水受MPS环流上升支的作用,加强了四川盆地和江淮平原地区的夜间降水。α中尺度降水还表现出明显的半日循环特征。三个不同尺度的降水系统共同耦合造成了山地或高原地区白天的降水峰值和江淮平原或四川盆地地区的夜间降水峰值。   3、不同尺度垂直环流对梅雨锋降水的影响。选取与降水分解相同的三个频谱区域分解垂直环流,分析不同尺度垂直环流对梅雨锋降水的可能影响机制。午后高原东部生成或加强的降水系统在东传至江淮平原地区后,由于夜间天气尺度MPS环流上升支的作用,加强了江淮平原降水,对应于梅雨锋降水的夜间峰值。三个α中尺度MPS环流圈分别形成于高原东部和四川盆地地区(S1),二级地形东部和其东坡(S2)以及东部沿海地区和东部海洋地区(S3)。高原东部的α中尺度降水系统在午后至傍晚不断生成或加强,并逐渐向下游传播。由于夜间MPS环流(S1,S2)的上升支作用,东传降水系统不断得到加强,造成梅雨锋西段(115°E)附近夜间降水以及江淮平原地区(118~120°E)的午后降水次峰值。可能受到除地形热力差异以外的其他半日强迫影响,半日循环的垂直环流发展高度较高,午后和夜间的上升支对梅雨锋上午后和夜间降水都有一定的贡献。
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