强降水对相关气象要素的依赖性研究

论文摘要

在全球变暖背景下,强降水事件频发,因其通常伴随着洪水、突然侵蚀和泥石流等灾害事件,对经济社会发展有着十分重大的影响。目前对强降水的发生发展演变特征及机理研究仍不够充分。本研究基于长期的地表气象观测资料、探空观测数据、再分析资料等,探究了强降水和相关气象要素之间的联系。在详细讨论了强降水过程发生的时空分布特性、大尺度环流变化以及局地的热力学特性的基础上,试图寻找和强降水关系密切的气象要素以及大气层结结构特性,从而提高对强降水发生大气背景的认识,以更好地预测全球变暖背景下强降水的变化特征及其机理。首先,基于2008–2017年夏季的地表降水观测数据、L波段探空观测资料以及再分析资料,利用统计方法对北京地区强降水发生的大尺度环流、局地热力学特征进行了系统的分析。发现北京地区的降水量在夏季呈现一个单峰的分布,在7月下旬达到最大值。这在大尺度上主要和副热带高压自南海向我国的高纬度地区移动有关,在局地尺度上则伴随着水汽的累积和不稳定能量的增加。利用强对流天气发生的探空型识别算法,分析了“Loaded-Gun（LG）”、“Thin-Tube（TT）”、“Inverted-V（IV）”三种强对流天气发生的典型探空型在北京地区强降水中发生的频次,发现45%的强降水都发生在TT型层结下,平均降水量为55.8 mm/day,主要特征是在地表7km内对应一个深厚的暖湿气层,其形成和南部的强水汽输送有关。通过T模态主成分分析方法,识别出主导北京地区强降水的三种环流型,共同特征是对流层低层受南风的主导,利于华北地区水汽的累积,进而促进强降水的形成和发展。此研究可以帮助更好的认识华北平原地区强降水的发生发展变化过程及其机理。其次,利用1958–2017年期间暖季长期的气象站点降水、温度、湿度以及探空观测资料,分析了中国大陆地区强降水对温度的依赖性关系及其潜在的机制。在全球变暖背景下,大气中相对湿度、环流变化等因素变化不大的前提下,我们发现中国地区极端强降水和温度之间的关系也可以用Clausius–Clapeyron（CC）方程进行量化,即温度每升高1°C,极端降水强度会增加7%。空间上,在中部地区站点,极端降水强度随着温度的增加而增强,速率可以达到2倍CC,而西北和东南部地区站点普遍呈现CC速率,有些站点低于CC速率。此外,增加的速率还和其所处的温度区间有关,随着温度的增加,相关性曲线斜率呈现一个由1倍CC向2倍CC速率的过渡,西北和中部地区转换点在14°C左右,而东南部地区一般出现在20°C左右,且当温度超过25°C时,东南部地区极端降水强度会随着温度增加而下降。由于温度主要通过影响大气的水汽条件和不稳定度而影响降水,因而本文进一步利用长期的探空观测数据反演的大气可降水量（PW）和对流不稳定度（CAPE）分析其和极端降水之间的联系。结果表明,西北部地区水汽向极端降水转化的效率更高,中部地区极端降水更依赖于上升运动的作用,通过对比极端降水强度、PW和CAPE随温度的变化发现,相比于CAPE,极端降水强度和PW关系更为密切,即表明极端降水强度随温度增加而增强过程主要和水汽的凝结及潜热释放有关。极端降水和温度变化的长期序列对比结果表明,二者的变化趋势大体一致,温度增加的时候,极端降水强度也增强,即表明全球变暖在一定程度上伴随着极端降水的增强过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 强降水的环流特征
•     1.2.2 强降水的热力学特性
•     1.2.3 强降水对温度的依赖性
•   1.3 本文主要研究内容
• 第二章 数据和方法
•   2.1 研究区域
•     2.1.1 北京地区
•     2.1.2 中国大陆
•   2.2 研究数据
•     2.2.1 地面降水数据
•     2.2.2 地面气象要素观测数据
•     2.2.3 探空数据
•     2.2.4 NCEP-FNL数据
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 强降水的定义
•     2.3.2 探空参数的计算
•     2.3.3 探空型的分类
•     2.3.4 环流分类
•     2.3.5 极端降水-温度依赖性计算
•     2.3.6 趋势分析
• 第三章 北京夏季强降水的环流背景和局地热力学特征
•   3.1 时空变化
•   3.2 热力学特征
•     3.2.1 温度和湿度
•     3.2.2 不稳定度和风场
•   3.3 典型探空特征
•   3.4 大尺度环流特征
•   3.5 本章小节
• 第四章 全国小时极端强降水对温度的依赖性
•   4.1 空间分布特征
•     4.1.1 站点分布特征
•     4.1.2 区域特征
•   4.2 极端降水和温度的长期变化趋势
•   4.3 不同气象要素对温度变化的响应及其与极端降水的联系
•     4.3.1 极端降水强度与水汽、不稳定度条件的单一相关性
•     4.3.2 极端降水和水汽、不稳定度条件的协同相关性
•   4.4 本章小节
• 第五章 结论与展望
•   5.1 本文的初步结论
•   5.2 本文的创新点
•   5.3 本文的不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 艳艳

导师: 郭建平,缪育聪

关键词: 强降水,极端降水,气象条件,方程,全球变暖

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 中国气象科学研究院

分类号: P426.6

总页数: 60

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