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1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系.docx
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1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系.docx
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青藏高原(以下简称高原)是世界上面积最大、地形最复杂的高原,通过
动力作用和热力作用影响着中国、亚洲甚至全球的大气环流和天气气候
[ 1]
,
由于其特殊的地形及天气气候特征等因素,高原地区站点主要分布于中部和东
部地区。关于高原降水的研究很多,许多学者分析了不同时段高原降水,均表
明高原年降水总体呈现增加趋势,但存在季节和区域性差异
[ 2-5]
。有研究表明
1961—2007 年高原夏季降水呈减小趋势
[ 6]
,而对 1970—2014 年高原夏季降
水研究则呈大部分站点增加的趋势
[ 7 ]
。另有学者从水汽输送的角度分析了
1979—2016 年高原降水的变化特征——总降水量呈现不显著增加,5 月降水
显著增加
[ 8]
。还有许多研究针对高原降水的空间差异进行:1961—2004 年高
原夏季降水增加的站点大部分位于高原南部和东北部,减少的站点大部分位于
高原中东部;并且高原夏季降水的变化趋势与海拔相关
[ 9]
;除此之外,高原
降水也存在南北差异
[ 10]
和东西差异
[ 11]
;同时,高原年平均降水变化和夏季
平均降水的变化趋势呈现中部和边缘差异
[ 7, 12]
。
近年来,随着全球气候变暖讨论热度的增加,极端气候研究也引起了国内
外学者的广泛关注
[ 13-17]
。青藏高原作为全球气候变化的敏感区和关键区
[ 18]
,
其极端降水的变化研究具有重要意义。利用极端降水指数对青藏高原地区极端
降水的研究表明,西藏地区大部分极端降水指数呈现不显著增加趋势
[ 19]
;高
原中东部夏季极端降水除局部地区外均增加
[ 16]
。1961—2015 年高原东部部
分区域极端降水时段明显增加,中西部区域发生强降水可能性增加,但东南缘
干旱事件增加
[ 5]
。高原 5—9 月极端降水进入 21 世纪后向强雨量雨日更多、
强度更强、极值更大、时间更集中的方向发展
[ 20]
。利用百分位阈值法分析表
明,高原 1961—2017 年极端降水的增加是由极端降水频次上升引起的
[ 21]
。
研究指出夏季影响高原降水有 4 条通道,孟加拉湾北部通道影响高原中南
部偏东地区,南海通道对高原东南部和中南部部分地区产生影响,而阿拉伯海
水汽会调节孟加拉湾北部通道和南海通道来影响中南部偏西地区
[ 22]
。在高原
降水偏多年份,南亚季风偏强,高原西边界和南边界的水汽输送均增加,孟加
拉湾和印度北部体现为反气旋异常,印度南部气旋异常
[ 23]
。徐建伟等
[ 8]
的研
究也指出高原 5 月降水增多是南亚夏季风提前和加强导致的。多年来,诸多学
者研究总结了不同环流因子对青藏高原及其周边地区降水的影响
[ 24-30]
。西风
带和季风的相互作用会影响青藏高原气候,并通过环流调节青藏高原地区降水
的变化
[ 25]
;北大西洋涛动(NAO)会通过调节大尺度大气环流与青藏高原地
形的相互作用对青藏高原东部降水产生影响
[ 31]
;太平洋年代际振荡和北大西
洋数十年振荡均会对欧亚大陆产生影响
[ 32-33]
;冬、春季北大西洋涛动(NAO)
对中东急流轴的强度、位置以及相联系的波作用通量有影响,并进一步影响亚
洲季风系统
[ 34]
;另有分析指出青藏高原极端干湿的变化与两条横穿欧亚大陆
的波列相关,其一为斯堪的纳维亚半岛至东亚波列,另一为地中海至东亚波列
[ 35]
。
以往研究已经对高原极端降水变化特征进行了分析,也从水汽输送、大尺
度环流型、海温等多方面讨论了影响青藏高原降水的因素,但高原极端降水的
变化是否也受大尺度环流调控还需进一步探究。本文选取了基于阈值计算的极
端降水指数——强降水量(R95p)来研究青藏高原中东部夏季强降水变化特
征及其与大尺度环流之间的关系。
1 资料和方法
1.1 资 料
基于中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集,通过比值法对非均
一性降水序列订正得到 1961—2019 年降水序列
[ 36]
。根据我国降水等级划分
标准:24 h 降水量大于 10 mm 为中雨,大于 25 mm 为大雨,大于 50 mm 为
暴雨。但我国幅员辽阔,地形差异大,各地的降水存在很大差异。因此,本文
选取基于阈值计算的强降水量(R95p)作为代表来进行研究。选取青藏高原
中东部 71 个站点(图 1),利用上述降水数据,将 1961—1990 年夏季日降
水量作为气候标准期,以气候标准期前 5%分位处的降水量作为标准值,然后
将 1961—2019 年的夏季日降水量与标准值进行比较,高于标准值的降水量叠
加计算得到强降水量值(R95p)。文中用到的温度场、风场、气压场等资料
均 为 1961—2019 年 的 NCEP/NCAR 的 再 分 析 月 值 资 料 , 水 平 分 辨 率 为
2.5°×2.5°
[ 37]
。
图 1
图 1 青藏高原中东部 71 个站点分布
Fig.1 The distribution of 71 stations in the central and eastern of the
Qinghai-Tibet Plateau
1.2 方 法
1.2.1 风 暴 轴
风暴轴(storm track)最早是由 Blackmon
[ 38]
于 1976 年发现的,指的是
中纬度大西洋和太平洋上空各有一个天气尺度(2.5~6 d)瞬变波活动活跃的
地区。计算方法:利用 500 hPa 位势高度场的逐日再分析资料通过带通滤波技
术滤出 2.5~6 d 的瞬变涡动资料,本文中风暴轴定义为 500 hPa 位势高度天气
尺度(2.5~6 d)滤波方差。夏季时段为 6—8 月,对滤波结果做方差计算,公
式如下:
z2¯¯¯=1n∑(zt−z¯)2z2¯=1n∑(zt-z¯)2
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