青藏高原陆面过程亚洲夏季风系统联系及研究.pdf

摘要 青藏高原作为亚洲夏季风系统的主要成员之一，其热力强迫在亚洲夏季风 系统中具有重要作用。由于其特殊的地理位置和海拔高度，青藏高原成为中、低 纬度地带多年冻土面积最广、厚度最深、温度最低的地区，其中积雪和冻土是青 藏高原地表过程中最重要的因子。以积雪和冻土为主要内容的高原陆面过程必然 影响青藏高原的热状况和热性质，进而对青藏高原与其上大气之间的相互作用产 生影响。对青藏高原陆面过程与亚洲夏季风之间相互联系的研究，不仅对加深理 解青藏高原地区的非绝热加热在亚洲夏季风系统中的作用，深入认识春季青藏高 原陆面过程特征及其与其上大气之间的相互作用具有重要意义，也有助于我们深 入认识青藏高原热力强迫在亚洲夏季风系统中的贡献，有利于提高我国夏季季风 降水的预测。 在用感、潜热通量，积雪，冻土等对青藏高原热力作用对亚洲季风影响研 究的基础上，本文主要关注的问题是，在季风建立前期的春季，青藏高原陆面过 程与亚洲夏季风之间存在着什么样的联系。因此，本文主要点集中在青藏高原春 季的主要过程——融雪和融冻引起的陆面特征的变化与亚洲夏季风之间的联系 展开研究。首先，利用高原东北部地区玛曲观测站的资料，分析了青藏高原陆面 过程的水热变化特征，重点分析了夏季风建立前的春季，高原融冻过程中土壤水 热状况和热性质随季节的变化特征。在此基础上，利用GAME／Tibet试验中，高 原西部地区改则和狮泉河两站近地面边界层观测资料和NCEP、ERA40等再分析 资料，进一步深入研究了季风建立前期的春季，青藏高原融雪和融冻过程对高原 地表与其上大气水热交换过程及高原地表非绝热加热计算的影响。在上述工作的 基础上，利用台站观测的地温、气温资料，采用EOF和REOF方法，分析了季 风建立前期的春季，青藏高原地表非绝热加热的时空变化及其与高原积雪融雪和 冻土融冻过程之间的联系。其次，基于再分析资料和观测资料，研究了青藏高原 非绝热加热与东亚夏季风强度之间的联系；通过检测春季青藏高原非绝热加热异 常变化中的低频信号，分析研究了典型强弱季风年东亚夏季风建立期间青藏高原 非绝热加热与纬向风相互作用及其传播特征；揭示了春季高原非绝热加热变化与 东亚夏季风之间的联系机制。最后，通过RegCM3．0区域气候模式的数值模拟 III 试验，研究探讨了春季青藏高原陆面过程中土壤湿度变化对季风建立过程中高原 地表热状况，大气环流，及中国夏季降水的影响。主要的研究内容和结论如下： 1 季风建立前期青藏高原地区水热变化特征的分析。结果表明：在亚洲 夏季风建立前期的春季，青藏高原土壤融冻过程发生期间，随着土壤温度上升， 土壤湿度有一段快速升高的阶段。不同土壤状态下 完全冻结，冻融过渡、完全 融化 ，土壤温度和湿度之间存在不同的关系。春季土壤冻融过程对高原浅层土 壤热通量的分布具有重要影响。 2 青藏高原陆面过程对非绝热加热计算影响的分析。春季，高原土壤冻 融的同周期循环会引起土壤水分的变化，而土壤水分的变化会进一步引起感、潜 热的变化。因此，春季冻融日周期循环引起的土壤水分的剧烈变化会在计算高原 地区的地表感、潜热通量中产生显著影响。但高原融雪和土壤冻融过程引起的土 壤湿度与三种再分析资料的土壤湿度之间存在的差异，也是造成再分析感、潜热 料在青藏高原地区存在着差异，在诊断高原春季非绝热加热异常状况中需审慎对 待，也必须对其进行修正。 3 季风建立前期青藏高原地表非绝热加热变化特征的分析研究。夏季风 建立前期，受高原积雪融雪和冻土融冻过程的影响，青藏高原地表非绝热加热的 年际异常变化敏感区从3月高原中部的河谷地带移到4月的东南部地区，5月异 常敏感区在面积扩大之后稳定在高原东南部地区。季风建立前期的春季4月份， 由于积雪的反照率引起的辐射冷却作用，高原地表非绝热加热在20世纪60年代 到70年代中期呈显著减小趋势，之后呈增大的趋势。在5月份，从20世纪60 年代到90年代，受地表融雪和融冻过程的影响，高原地表非绝热加热呈现出减 小趋势。 4 高原非绝热加热与东亚夏季风强度联系的研究。EP通量的分析结果显 示，在强、弱季风年春季3～5月，青藏高原地表非绝热加热强迫激发的大气热力 波均向对流层中上层传播。强季风年春季，高原北侧40～500N的区域对流层上层 的大气定常波同时向中高纬度地区和对流层低层传播并增强；而在弱季风年，其 仅向中高纬度地区传播。青藏高原及其北侧4晰00N区域是强、弱季风年EP通量 散度差异最大的区域。春季青藏高原地表非绝热加热异常对亚洲夏季风建立前期 IV 中高纬度西风气流的变化具有重要影响。春季青藏高原非绝热加热异常和东亚夏 季风强度之间存在显著的反相关关系。 5 青藏高原非绝热加