第35卷第4期 2015年12月 高原山地气象研究 Vo1.35 No.4 Dec.2015 P1atea.u and Mountain MeteoroloK' ̄Research 文章编号:1674—2184(2015)04—0091—05 近几十年青藏高原热源影响西南地区夏季降水的研究进展 余 莲 ,封彩云 ,李小兰4,崔 洋 (1.中国气象局成都高原气象研究所/高原与盆地暴雨旱涝灾害I ̄tJtl省重点实验室,成都2.成都信息工程大学大气学院高原大气与环境四川省重点实验室,成都610072; 610225; 3.中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京4.四川省气候中心,成都100081; 750002) 610072;5.宁夏回族自治区气候中心,银川摘要:本文对近几十年关于青藏高原热源、西南地区降水变化以及二者之间的影响研究进行了回顾。结果表明:1)青藏高原 热源的变化存在明显的区域性、季节性和时间阶段性。不同来源和时间长度的资料,对热源计算结果有一定影响,但对于夏 季热源的结论都比较一致。2)西南川渝地区的降水,在川西高原、云南中部以北高海拔地区年总降水量呈明显增加趋势,而 在四川盆地、贵州东部丘陵地区年降水量呈减少趋势。降水的减少和增加存在明显的时空分布特征,区域性和季节性变化 明显。3)青藏高原热源与西南地区降水之间有明显的关联。但对于不同热源区对于西南地区降水的影响研究较少。 关键词:青藏高原;热源;西南夏季降水;研究进展 中图分类号:P461 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1674—2184・2015.04.015 引言 青藏高原是中高纬度面积最大、海拔最高、地形最复 关键区和敏感区。 1青藏高原热源研究进展 青藏高原的热力作用对高原天气系统发生发展、地 杂的高原,其特殊的大地形和抬高热源不仅对我国,对东 亚乃至全球的天气气候及环境变化都有着重要的影 响 -6]。Charney 的研究结果显示青藏高原对冬季中 纬度大气环流的形成有重要影响。Flohn 的研究指出 青通过其热力和动力作用,青藏高原对高原及邻近地区 气能量交换和大气环流有着非常重要的影响。第一次青 藏高原科学试验的观测表明:青藏高原在夏季的热力作 用主要表现为热源,而这种热力作用对高原及其下游地 区的天气和降水有很大的影响[11,12,14-17]。青藏高原在夏 乃至全球的环流系统和天气气候均有显著影响。叶笃正 和高由禧 的研究指出青藏高原的热力作用和摩擦作 用可以增加青藏高原的“有效”高度和“有效”范围。 Yanai and Song ,Yanai and Li 的研究表明,青藏高原 抬升加热的特征及其与亚洲季风的可能联系,是亚洲夏 季主要为热源 ’ ,而且热量的区域分布存在着较大的 差异并且存在季节性和年代的变化 。罗会邦和陈 蓉 对1983~1992年夏季青藏高原大气热源进行了计 算,发现青藏高原东部地区的大气热源在ENSO年加强, 并且500hPa高度场从高原到淮河流域为一低值区, 季风建立和维持的重要原因。吴国雄等 指出,青藏高 原“感热驱动气泵”在调制东亚季风及全球气候中的起 着重要作用。可见,青藏高原不仅是对大气环流有着重 要影响,也与我国天气和气候存在密切关系。国内第一 100hPa高度场高原上空为高压区。赵平和陈隆勋 的 研究指出,对于1961~1995年间的资料长度,青藏高原 在4~9月为热源,而且在1977年左右有明显的年代际 突变;青藏高原热源在夏季达到最大值,高值中心分布在 青藏高原西南部、东南部和东北部,而且青藏高原春季的 热源变化对后期中国江淮地区、华南地区和华北地区的 次和第二次青藏高原科学试验口 和中Et合作试验 研究表明,青藏高原是我国、东亚和全球天气气候变化的 收稿日期:2015—1O一18 资助项目:国家自然科学基金重点项目(91337215);高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室开放基金(BROP201508);四川省气象局青年 基金(川气课题2015一青年一12);国家自然基金项目(41440035);中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室开放课题 (2013LASW—A10) 作者简介:余莲,助理研究员,研究方向为气候变化、数值模拟、观测布局研究。E—mail:zhizunbaoyu@gmail.corn 通讯作者:封彩云,讲师。E—mail:fengcy@cult.edu.an 高原山地气象研究 第35卷 夏季降水有重要影响。段安民和吴国雄心 研究表明,青 藏高原地区的热源具有明显的区域分布特征,对热源的 REOF分解结果显示,前4个加热中心分别位于高原东北 部、高原西南部、克什米尔地区以及高原东南部地区上 空;各加热中心存在2~4年的变化周期。宋敏红等心 的研究表明,对青藏高原地区的热源进行EOF分解,其 中第二特征向量和第三特征向量高值区主要分布在青藏 高原南部和青藏高原东部,进而得到了青藏高原地区热 源的4个分布区。王同美等 ],高原上垂直积分的总加 热每年有两次冷、热源的转换:冬季冷源,4月转为正的 加热,夏季热源,10月又转为负。3月低层由于地面感热 增强开始出现正的加热;4月的总加热转为热源主要是 因为低层感热的迅速增加。钟珊珊等 副的研究表明, 1961~2001年,青藏高原也是在3~9月为热源,高原热 源分布有明显的区域性和季节性,并且在1979和1990 年有明显的位相转变。Duan and Wu 的研究表明,青 藏高原地区的感热通量正在减弱。阳坤 的研究发现, 青藏高原年均感热通量以每0.02/10a的速率在减弱,除 冬季外,春、夏、秋季约以0.02/10a~0.04/10a的速率在 减弱,此减小速率比Duan and Wu 给出的要小。王群 等 研究表明,青藏高原大气加热作用在3月强,春季 青藏高原大气加热自西向东逐渐扩展,同时青藏高原东 部和西部大气热源年变化率较大,并且东部和西部大气 热源具有反位相分布特征。王学佳等 的研究结果表 明,近60年来青藏高原感热通量减少,春、夏下降趋势不 显著,而秋、冬季和年平均感热通量下降趋势比较显著, 分别为0.94、0.50和0.49W・m~・(10a) 。罗凝谊 等 利用1948~2008年共61年NCEP/NCAR再分析 资料发现,全球大范围的大气热源区主要分布在南亚一 热带印度洋一热带太平洋的中部和西部两侧、南美洲的 及其南侧地区一带;0。~60。N,每10个纬度带内热 源、热汇的年变化不仅与全球纬向平均的热源、热汇年变 化有非常大的差异,而且亚洲,青藏高原、东亚大陆、西太 平洋地区6个平均纬度带之间差异明显。黄小梅等 的研究结果表明,青藏高原全区有显著的2~3年和6—8 年变化周期,而高原东部仅存在6~8年周期,高原西部 仅有2—3年周期,且1981~2010年问高原全区和东部 大气热源具有明显增强趋势,而高原西部却为减弱趋势。 以上研究结果显示,1)青藏高原热源季节分布的研 究结果和结论都比较一致,基本在4~9月为热源(晚春、 夏季、初秋),而且在1977、1979和1990年有明显的位相 转变。2)青藏高原热源具有明显的区域性且存在不同的 变化周期,主要有四个热源分布区,分别在高原东北部、 高原西南部、克什米尔地区以及高原东南部地区,且各加 热中心存在2~4年的变化周期。3)近几十年的青藏高 原感热通量正在逐年减小,各季节的感热通量减小速率 有所不同,高原东部和西部热源变率较大。 综上可见,对于青藏高原热源的的分区和季节分布 都研究结果相对比较一致,但是对于青藏高原各区热源 的长期变化趋势、变率以及周期,不同的资料长度、计算 方法和数据来源,对结果有明显的影响。因此在计算青 藏高原热源时,资料和方法的选择是非常重要的,对这些 方法和资料进行质量控制和验证也是十分必要的。 2西南川渝地区降水变化研究进展 西南川渝地区地处青藏高原东侧,受到高原季风、西 南季风和高原背风坡系统的共同影响,天气气候比较复 杂和独特。来自青藏高原南支绕流气流在此地区形成的 气旋,以及来自太平洋、盂加拉湾和阿拉伯海的水汽输 送,使得该地区有充沛的水汽和降水。杨福安等 的研 究表明,四川在20世纪的夏季降水变化与早涝发生密切 相关,20世纪30~40、70年代降雨量偏少,其中70年代 的降雨量偏少区域面积最大;50、80年代降雨量偏多,其 中80年代的降雨量偏多区域面积最大。刘燕等 研究 将西南地区夏季降水分为川东、四川盆地、川西、贵州和 云南共5各区域,虽然各区降水量差异明显,但汛期基本 一致(5~9月)。同时,西南地区夏季降水旱涝变化显 著,川西、JfI东和贵州降水的长期变化趋势不明显,四川 盆地和云南显著变干。李川等 的研究表明,1951~ 2003年,川西高原降水略有增加,而盆地降水减少明显。 周长艳等 的研究表明,1961~2000年来川渝盆地的降 水和水资源总体呈减少趋势,盆地西部和东部降水及水 资源的变化呈相反趋势,盆地东(西)部总体呈增加(减 少)趋势;夏季风水汽输送强度的减弱是川渝盆地西部水 资源变化的重要原因。马振锋等 的研究表明,1961~ 2000年,在西藏大部、川西高原、云南中部以北高海拔地 区年总降水量明显增加,四川盆地、贵州东部丘陵地区年 降水量减少。陈超等 的研究表明,在1961~2007年 四川盆地降水量整体呈下降趋势,冬季降水略有增加,其 于各季节的降水量均呈减少趋势,其中秋季降水量减少 最明显,夏季次之。蒋兴文和李跃清 的研究表明,西 南地区冬季降水在1980s以前降水偏少;1980s前期降水 偏多、后期偏少;从1990s开始降水明显增多;近两年降 水明显偏少。陈权亮等 对1955~2008年月平均降水 资料的分析研究发现,盆地东、西部夏季降水变化位相相 反,夏季平均降水量呈负相关关系,且盆地东、西部地区 夏季降水的长期变化周期也有着一定的差异。Jiang and Li 研究表明,四川盆地降水是减少的。唐红玉等 的 第4期 余莲,等:近几十年青藏高原热源影响西南地区夏季降水的研究进展 研究表明,1960~2000年西南地区各地各季逐时降水最 大频率出现的时间较为分散,四川、重庆和贵州部分地区 夜雨频繁,云南则以白天降水为主;西南地区逐时降水相 对集中在夏季。 上述研究结果表明,1)西南地区降水季节分明显,盆 地冬季降水略有增加,其余各季节的降水量均呈减少趋 势,其中秋季降水量减少最明显,夏季次之,夏季以夜雨 为主。2)西南地区降水区域分布特征显著,共分为JlI东、 四川盆地、川西、贵州和云南共5个区域,虽然各区降水 量差异明显,但汛期基本都在5~9月。川I西高原和川东 地区降水呈增加趋势,四川盆地西部和云南降水显著减 少。3)西南地区降水在20世纪30~40、70年代降雨量 偏少,50、80年代降雨量偏多。盆地东、西部夏季降水变 化位相相反,且盆地东、西部地区夏季降水的长期变化周 期也有着一定的差异。 可见,西南地区夏季降水的区域分布非常显著,而且 各区的变化特征也是差异甚大,同时资料的长度对降水 的长期变化趋势和周期有着重要影响。 3青藏高原热源影响西南川渝地区降水的研 究进展 青藏高原地处西南川渝地区西侧,青藏高原热源、高 原季风和来自青藏高原南支绕流气流对该地区的天气气 候有着重要影响。钱正安等 指出青藏高原大气热源 强度的年度化与高原及周边地区平均垂直环流的年变化 有密切联系;而青藏高原及周围地区的平均垂直环流特 征能较好解释各地的降水气候。刘新等 研究表明,夏 季青藏高原的加热强/弱的年份,高原及邻近地区的上升 运动、下层辐合及上层辐散均增强/减,使高原加热对周 边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地 区的排放作用加强/减弱。段安民和吴国雄 研究表 明,青藏高原地区大气加热有明显的区域性,而且青藏高 原不同区域的大气加热异常所对应的东亚大气环流形势 及降水也大不相同,因此在研究青藏高原加热对天气和 气候的影响时,应慎重考虑大气加热的空间分布特征对 分析和研究结果的影响。陈忠明等 的研究表明,青藏 高原热源异常显著影响500hPa东亚大气环流的变化,进 而影响对西南夏季降水。同时发现,上年初夏青藏高原 地面热源强度与次年伏旱发生强度关系密切,高原热源 与四川盆地夏季各月降水不仅有显著的同期相关,而且 还存在着显著的隔月、季、年相关。华明 针对青藏高 原热源及西南降水的研究表明,冬季青藏高原测站温度 与西南地区降水有着同期和滞后的相关关系,热源的强 弱变化对川渝等地降水的有指示意义;青藏高原热源强 迫是大气环流系统形成和维持的重要原因,这种热源强 迫有利于对流层低层气旋环流或低涡的生成、发展,也有 利于季风环流增强,是造成青藏高原及周围地区以及高 原东侧大范围降水变化的原因。李跃清 指出青藏高 原地面加热及上空环流场与东侧降水关系密切,青藏高 原地面加热场强度前期1~3月偏弱(强),4~10月偏强 (弱),则后期高原上空100hPa高度场偏高(低),高原东 侧川渝地区夏季降水偏多(少)。刘银峰等 ,岑思弦 等 针对2006年川渝地区夏季干旱进行了分析研究, 发现2006年夏季青藏高原热源偏弱,热带西太平洋暖池 区热源偏强,是引起西太平洋副热带高压偏北偏强的重 要原因之一。齐冬梅等 研究表明,1968~2009年的 青藏高原热源20世纪9O年代初有明显的位相转变,且 热源变化与川渝盆地夏季气候密切关联。李永华等 研究指出,西南地区东部夏季降水与高原主体东南部的 热源变化关系密切,当夏季青藏高原东南部大气热源值 偏强时,西太平洋副高和南亚高压脊线位置偏南,东亚夏 季风偏弱,出现有利于西南地区东部夏季降水偏多的环 流形势;同时西南地区东部夏季水汽输送增强,水汽辐合 上升运动也增强,该地区夏季降水容易偏多,反之亦然。 梁玲等 利用区域气候模式RegCM3的研究发现,当高 原感热加热减弱时,四川中部及东部与重庆交界处降水 增加,而川渝其他地区降水明显减少;当高原感热加热增 强时,降水增加的区域主要是四川西北部和重庆地区,大 值中心出现在重庆南部,四川西南部和东北部降水减少。 敖婷和李跃清 研究发现,其中,高原南侧热源强时,高 原主体及印度北部降水增多;高原东北侧热源强时,华北 及邻近地区降水增多;高原主体东部热源强时,江淮流域 降水增多;高原东南侧热源强时,长江流域降水增多;高 原主体西部热源强时,华南降水增多。 上述研究结果表明,青藏高原加热作用对高原及其 周边地区的大气环流和降水有重要影响。其可能机理和 原因:夏季青藏高原的加热强的年份,高原及邻近地区的 上升运动、下层辐合及上层辐散均增强,使高原加热对周 边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地 区的排放作用加强,同时,西太平洋副高和南亚高压脊线 位置偏南,东亚夏季风偏弱,出现有利于西南地区东部夏 季降水偏多的环流形势;同时西南地区东部夏季水汽输 送增强,水汽辐合上升运动也增强,该地区夏季降水容易 偏多,反之亦然。 虽然上述结果已经给出了青藏高原热源影响西南地 区降水的可能机理原因,不过基本都是考虑青藏高原整 体对西南地区降水的影响。但是,青藏高原热源和西南 地区降水具有显著的区域分布特征,青藏高原热源各热 高原山地气象研究 第35卷 源区分别对西南地区降水的影响,以及各热源区协同影 响西南地区降水的研究很少。因此在热源影响西南降水 的分析研究时,是非常需要慎重对待不同热源区域之间 关系以及他们对于西南降水的影响,而这也将是我们下 一步的研究重点和中心。 4结论和讨论 本文对青藏高原热源变化,西南地区降水时空特征 以及二者之间的联系方面的研究进行了回顾和总结,得 到以下结论。 (1)青藏高原热源的变化存在明显的区域性、季节 性和时间阶段性。不同来源和时间长度的资料,对热源 计算结果有一定影响,但对于夏季热源的结论都比较一 致。而且不同作者对于热源减少的速率计算也有所 差别。 (2)西南川渝地区的降水,在川西高原、云南中部以 北高海拔地区年总降水量呈明显增加趋势,而在四川盆 地、贵州东部丘陵地区年降水量呈减少趋势。降水的减 少和增加存在明显的时空分布特征,区域性和季节性变 化明显。 (3)青藏高原热源与西南地区降水之间有明显的关 联,资料分析和区域气候模式模拟结果都得出了比较一 致的结果。 目前对于青藏高原热源、西南地区降水以及二者之 间的影响关系取得了很多的成果和进展,资料分析和数 值模拟都有了比较多的成果。但是随着观测资料的时间 长度增加、计算方法的改进以及再分析资料的增加,对青 藏高原热源、西南地区降水时空分布特征以及二者之间 的关系有必要进行分析研究,而且对不同热源区影响西 南地区降水的可能原因和机理进行进一步的研究和分析 是具有重要的理论和业务意义的。 参考文献 [1]Yeh T C.The circulation of the high troposphere over China in the winter of1945~1946[J].Tellus,1950,2:173—183 [2]Flohn H.Large—scale aspects of the“summer monsoon”in South and East Asia.Journal of the Meteorological Society of Japan[J],1957,the 75th Anniversary Volume:180—186 [3]叶笃正,高由禧.青藏高原气象学[M].北京:科学出版社, 1979,278 [4]陶诗言,陈联寿,徐祥德,等.第二次青藏高原大气科学试验理论 研究进展(一)[M].北京:气象出版社,1999,348 [5]吴国雄,孙菽芬,陈文,等.青藏高原与西北干旱区对气候灾害的 影响[M].北京:气象出版社,2003,207 [6]徐祥德.青藏高原“敏感区”对我国灾害天气气候的影响及其监测 [J].中国工程科学,2009,11(10):96—107 『7]Chamey J G.On a Physical Basis for Numerical Prediction of Large— Scale Motions in the Atmosphere[J].Journal of the Atmospheric Sciences,1949,6(6):372—385 [8]Yanai M,C Li,Z Song.Seasonal heating ofthe Tibetan Plateau and its effects on the evolution of the Asian summer monsoon[J].J.Meteor. 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Key words:Tibet Plateau,heat sources,summer precipitation over Southwest Chinaresearch progress ,