青藏高原地区季风特征及与我国气候异常的联系.pdf

青藏高原地区季风特征及与我国气候异常的联系Ξ白虎志?? 马振锋?? 董文杰?????兰州中心气象台?兰州??????????中国气象局成都高原气象研究所?成都??????????国家气候中心?北京???????摘 要利用???? ∗ ????年?≤∞°??≤?? ??? ?°?逐日再分析资料?计算候时间尺度能够代表青藏高原地区季风特征的高度场指数序列?研究青藏高原高度场指数的基本特征及其年代际变化趋势∀结果表明?青藏高原地区??? ?°?夏季为低压?冬季为高压?夏季低压形成的时间呈提早的趋势?夏季低压强度也呈增强趋势?青藏高原高度场指数年变化与高原雨日的年变化基本相似∀夏季青藏高原高度场指数与同期我国???站的降水和气温相关表明?与降水相关分布从华北到华南呈/ ? ? ? 0东西向带状分布?冬季高原高压强度指数与同期气温均为正相关?青藏高原东侧边缘区和华南地区正相关最为显著∀关键词?青藏高原 ??? ?°?高度场特征 相关分析引 言关于青藏高原地区季风现象研究较早≈? ∗ ???认为高原与平原陆地热力差异产生季风现象∀????年汤懋苍等≈??对高原季风的定义进行了描述?指出在对流层中下层?高原上冬季为冷高压?夏季为热低压∀????年汤懋苍等≈??把高原近地层气压场上冬!夏季具有相反性年变化看作是高原季风最主要的特征之一?在??? ?°?上选?个特定点分别代表高原的西!南!东!北和高原地形中心点?用四周点与中心点的逐月高度距平差值定义了高原季风指数∀近年来?关于高原季风强度的定量表征和季风变化特征的研究逐渐增多≈? ∗ ??∀高原季风形成的本质是冬!夏季高原大气具有相反的热力作用?大气环流在高原主体??? ?°?上表现最明显≈? ∗ ??∀因此?本文利用?≤∞°??≤??高度场再分析资料?对青藏高原??? ?°?高度场的基本特征!年变化!年代际变化以及与我国降水!气温的联系进行研究?从而揭示青藏高原地区季风与我国气候异常的关联∀? 资料和方法本文利用的资料主要包括???? ∗ ????年?≤∞°??≤?? ??? ?°?逐日再分析资料?水第??卷?期 ????年?月应 用 气 象 学 报 ?? ?? ????ƒ ?°°? ?∞⁄ ? ∞× ∞?? ?? ???≤??≥≤?∞?≤∞∂? ?? ?? ? ? ?? ??∏ ? ∏ ? ?????Ξ国家自然科学基金项目??????????和甘肃省气象局/十人计划0专项经费共同资助∀????2??2??收到? ????2??2??收到再改稿∀平分辨率为? ? ?β≅ ? ? ?β?中国气象局气候资料室提供的???? ∗ ????年全国???站平均降水和气温资料? ???? ∗ ????年青藏高原各站逐旬降水量和逐旬∴? ? ? ??降水日数资料∀??? ?°?逐日资料转换候资料时?为了和降水日数和降水资料的时间尺度一致?每月分为?个候?这样就可以得出??候平均高度场资料?候?旬?数都是从?月第?候?旬?开始依 次向后推算∀高度场和季风指数的单位均为? ? ? ?? ∀? 冬!夏季??? ?°?高度场的空间分布和高度场指数特征青藏高原冬!夏相反的环流特征在??? ?°?高度场上反映得很清楚?图?? ∀从????∗ ????年近??年?月和?月平均??? ?°?高度场上看到?高原冬!夏呈现相反的环流特 征∀?月?图?? ? ?高原上的平均高度场在??? ∗ ??? ? ? ? ??之间?高原上为明显的高压脊?脊线位于??β∞附近? ?月?图?? ? ?高原上的平均高度场在??? ∗ ??? ? ? ? ??之间?利用间隔? ? ? ? ??的等值线可以在高原上分析出一条等值线为??? ? ? ? ??的低压系统∀??? ? ? ? ??的低压中心位于?? ? ?β?? ??β∞的高原中心点?这正好与汤懋苍等≈??计算高原 季风指数所选取的中心点是一致的∀因此?在??? ?°?高度场上?冬季表现为高压系统?反气旋性环流? !夏季风表现为低压系统?气旋性环流? ?与汤懋苍≈??利用实测探空资料 分析的结论是一致的∀图? ???? ∗ ????年青藏高原?月?? ? ! ?月?? ?平均??? ?°?高度场分布?单位? ? ? ? ?? ?虚线区为青藏高原地形?取青藏高原四周的?? ? ?β?? ??β∞!??β?? ??β∞!?? ? ?β?? ???β∞!??β?? ??β∞和中心点?? ? ?β?? ??β∞共?个点的??? ?°?高度值Η?, Η?, Η?, Η?, Η?,计算ΙΗ? Η?? Η?? Η??Η?? ? Η?的值作为反映高原地区季风特征的高度场指数∀我们将上述?个点的???? ∗????年近??年候平均??? ?°?高度值代入高度场指数的计算公式?分析得到多年候平均 的青藏高原地区??? ?°?高度场特征指数?以下简称高度场指数?的年变化曲线?图?? ∀它的年变化特征与先利用压高公式计算出??? ?°?高度?然后利用相同方法计算出的高原季风指数≈??的年变化特征基本一致∀通过以上对青藏高原地区??? ?°?平均高度场分布特征和高度场指数变化特征分 析?得出了与有关研究结果≈? ∗ ??基本一致的结论?表明?≤∞°??≤?? ??? ?°?高度场再????期 白虎志等?青藏高原地区季风特征及与我国气候异常的联系 分析资料在高原地区是可用的∀这样?我们就可以继续进行下文的深入分析∀图?表明?ΙΗ在? ? ?? ∗ ? ??? ? ? ??之间变化?冬半年和夏半年相 反的高度场特征非常明显∀夏半年ΙΗ∴? ?对应高原地区??? ?°?为低压系统?ΙΗ越大?夏季低压越强?冬半年ΙΗ? ? ?对应高压系统?ΙΗ越小?冬季高压越强∀我们定义ΙΗ由负值转正值为高原低压系统形成?由正值转为图? ???? ∗ ????年平均青藏高原高度场指数年变化负值为高原低压系统结束∀这样?我们就可以得出高原低压系统的维持时间大约为第??候至第??候∀利用压高公式计算出高原季风开始和结束时间分别为第??候和第??候≈???两者相比?季风开始的时间与高原低压系统形成的时间差异比较大?结束的时间基本吻合∀高原低压最强的月份在?月?高压最强的月份出现在??月∀青藏高原冬季高压向夏季低压转变缓慢?而夏季低压向冬季高压转变迅速?第??候高原高度场指数还是? ? ? ? ? ? ?? ?第??候冬季高压基本形成?第??候ΙΗ已经减小为? ? ? ? ? ? ? ?? ?冬季高压迅速增强达全年最强∀高原高度场指数的多年平均年变化曲线存 在两个明显的/低谷0 ?它们分别出现在第??侯和第??候前后? /低谷0产生的高原降水异常将在第?节中讨论∀? 青藏高原高度场指数的年际和年代际变化青藏高原冬!夏季高度场强度以及夏季低压开始!结束时间都是表征青藏高原地区季风特征的重要指标∀有关东亚季风爆发和结束时间的研究成果已经很多?但对高原地区季风相关研究却很少∀如何正确描述和确定夏季低压开始和结束时间是分析高原地区季风特征的关键∀本文通过对历年青藏高原高度场指数的年变化曲线分析发现?大部分年份高原高度场指数年变化曲线能够相对平稳地上升和下降?有些年份则波动很大?如???? !???? !???? !????年和????年? 这样?给确定低压开始和结束的时间带来困难∀本文定义历年年变化曲线的?阶多项式拟合曲线平稳大于零的最长时间为低压活跃期?与零横坐标线交点对应的时间分别为低压开始和结束时间∀历年高原低压开始和结束时间的年际变化曲线表明?图?? ?低压开始最早是第?候?????年? ?最迟达到第??候?????年? ∀低图? 青藏高原低压开始!结束时间的年际变化???应 用 气 象 学 报 ??卷 压在第??候以前形成的年份为???? ! ???? ! ???? ! ???? ! ????年和????年?最晚的年份主要集中在??世纪??年代中期以前∀低压结束的时间相对比较一致?基本都集中在第??候前后?结束最早的是第??候?????年? ?最迟的是第??候?????年? ∀高原低压开始的时间和结束时间呈反相关关系?也就是说低压开始得越早?晚? ?结束得则越晚?早? ? ????∗ ????年近??年的相关系数达到? ? ? ?? ?通过了信度为? ? ??的显著性检验∀年代际变 化趋势也呈反相关关系∀低压开始的时间一直在波动中呈提早的趋势?且年际和年代际变率较大?低压结束的时间基本是在平均态小幅振荡∀我们选取自然季节的冬季???月至次年?月?和夏季?? ∗ ?月? ?分析高原高度场指数 的年际?年代际变化特征∀图?表明?除??世纪??年代外?冬!夏季高度场指数的四阶多项式拟合曲线的年代际变化趋势基本相同?夏季指数总体上是上升的趋势?夏季高度场指数与高原低压开始的时间呈反相关关系? ??年序列的相关系数高达? ? ? ?? ?这就说明只要判断高原 低压开始的早迟?就可以大致确定夏季高原高度场的强弱∀高原低压相对较强的时间为??世纪??年代中期到??年代初!??年 代中期到??世纪末?相对较弱的时间为??世纪??年代中期到??年代初!??年代中期到??年图? 青藏高原高度场指数的年际变化代初?这种变化存在准??年周期∀而且有两个明显的突变年?一个是????年?低压由弱变强的突变年?另一个是????年?低压由强变弱的突变年∀冬季高原高压相对较强的时间为??世纪??年代到??年代中期! ??年代初期到??世纪末?相对较弱的年代是??世纪??年 代后期到??年代后期∀指数曲线存在明显的准?年小周期和准??年的大周期变化特征∀本文定义夏季高度场指数ΙΗ∴? ? ? ? ???距平∴? ? ? ? ? ? ???为强低压年?夏季ΙΗ[? ? ? ? ???距平[ ? ? ? ? ? ? ? ???为弱低压年?那么?夏季强低压年分别为???? ? ???? ? ???? ????? ? ???? ????? ?????年和????年共?年?弱低压年分别为???? ????? ????? ????? ????? ? ???? ? ????年和????年共?年∀定义冬季ΙΗ∴ ? ? ? ? ? ???距平∴? ? ? ? ? ? ???为冬 季弱高压年?ΙΗ[? ? ? ? ? ???距平[? ? ? ? ? ? ? ???为强高压年?那么?强高压年为???? ????? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ????年和????年共??年?弱 高压年为???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ???? ? ????年和????年共??年∀? 青藏高原高度场指数与高原雨季的联系根据青藏高原降水区域气候特点以及高原地理分布特征?本文选取马尔康!林芝!狮泉河!格尔木和那曲分别代表高原东!南!西!北!中部地区?另外还选取帕里站代表喜马拉????期 白虎志等?青藏高原地区季风特征及与我国气候异常的联系 雅山南麓区域来分析高原各地多年平均旬降水日数的年变化和雨季特征?图?? ∀定义旬降水日数持续∴? ?为高原单站雨季开始?那么?我 们可以得出高原雨季开始和结束的时间?表?? ∀由此可见?高原雨季开始的时间比高原夏季低压开始的时间滞后?旬以上?各地雨季对高原夏季风响应的时间是不一致的?响应最快的是高原南部的林芝地区?其次是喜马拉雅山南麓的帕里地区?第三是高原东部和中部?按照本文的定义?高原北部和西部没有雨季∀同时?高原高度场指数增强和减弱的年变化过程与高原逐旬降水量大于?? ??区域向西北推进以及向东南撤退的过程≈??相一致∀图? ???? ∗ ????年青藏高原雨日?降水∴? ? ? ???年变化表1 青藏高原单站雨季和高原夏季风开始!结束时间旬马尔康林芝帕里那曲高原低压开始时间???????。