南支西风槽建立、传播和演变特征及其对中国天气气候的影响

论文摘要

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和全国站点降水资料,采用多种统计分析方法,首先从南支急流演变的角度,对冬半年副热带南支西风槽的定义进行讨论,然后从气候学上探讨其结构和演变特征,以及南支槽的传播和多尺度变率,最后就南支槽对中国天气的影响进行了研究,并以2007年11月14～17日云南德钦暴雪为例,探讨了南支槽与孟湾风暴结合下西南地区强烈天气产生的过程。全文主要结论有以下几个方面:（1）南支槽是冬半年副热带南支西风气流在高原南侧孟加拉湾地区产生的半永久性低压槽, 10月南支槽建立表明北半球大气环流由夏季型转变成冬季型,6月南支槽消失同时孟加拉湾槽建立是南亚夏季风爆发的重要标志之一。南支槽在700hPa表现最明显,其槽前干暖平流有利于昆明准静止锋的形成和维持;冬季行星尺度辐散环流下沉支抑制了南支槽前上升运动的发展;春季随着辐散环流减弱,东亚急流入口区南侧高层辐散使得槽前垂直运动向上迅速伸展。冬季水汽输送较弱,上升运动浅薄,无强对流活动,南支槽前降水较少,雨区主要位于高原东南侧昆明准静止锋至华南一带;春季南支槽水汽输送增大,同时副高外围暖湿水汽输送加强,上升运动发展和对流增强,南支槽造成的降水显著增加,因此春季是南支槽最活跃的时期。（2）冬半年北半球副热带西风急流下方存在3个南支波动,分别位于阿拉伯海、孟加拉湾和华南,其中孟加拉湾南支槽变率最小。从北非、阿拉伯海到孟加拉湾的“-+-”遥相关波列表明南支槽与北非槽呈正相关,与阿拉伯槽呈反相关。西风波动从北非东传到孟加拉湾的过程中,往往会在阿拉伯海有所停顿甚至加强,这种由西向东的传播过程约需20天,具有明显的低频振荡特征。源自北非的定常Rossby波沿着急流波导经阿拉伯海传播到孟加拉湾,可能是南支槽明显增幅的一个主要机制;另外,青藏高原东西两侧南下冷空气的活动是南支槽加深发展的又一重要因素。（3）南支槽季节内振荡以10～30天和30～60天为主,年际变化周期为准4年和准6年,年代际变化周期为10～20年,并在70年代末出现了由强到弱的年代际突变。南支槽低频振荡与我国冬半年南方降水紧密相关,南支槽在孟加拉湾加深或东移都有利于华南低涡产生,当南支槽加深与斯里兰卡低涡打通时,槽前从孟加拉湾带来的大量水汽与来自南印度洋的偏南越赤道水汽输送相结合,并在菲律宾低频反气旋作用下向北输送,华南低涡使得低层辐合加强,对流活跃,以至于冬半年我国低频降水主要集中在南方。南支槽异常偏强（弱）年,副热带高空西风急流异常偏强（弱）,有利于（不利于）上游西风波动向下游传播。中高纬环流经向度偏大（小）有利（不利）于冷空气南下,南支西风波动偏强（弱）,副热带高压带显著偏弱（强）,槽前水汽输送和垂直上升运动偏强（弱）,使得我国南方降水异常偏多（少）。南支槽年代际偏强（弱）阶段,北非急流偏强（弱）位置偏南（北）有利（不利）于西风波动向下游传播;同时东亚急流偏弱（强）位置偏北（南）,有利于（不利于）槽前垂直运动的发展。中高纬环流经向度加大（减小）有利于（不利于）冷空气向南爆发。南支西风较常年偏强（弱）,槽前水汽输送偏强（弱）,我国东部上空异常偏南（北）风水汽输送使得多雨区偏北（南）。（4）南支冷空气沿高原南缘东进时受横断山脉阻挡有干冷空气堆积,北支冷空气从中高纬沿近地层南下在高原东侧形成干冷气团,南支槽前西南风在低层绕过横断山脉转向北上时变性成为暖湿气流,形成中间暖湿两侧干冷的结构,在高原东侧形成昆明准静止锋,高原西侧形成另一个弱锋面。冬季南支槽前上升运动使锋面垂直环流得到加强,春季,受华南槽和急流入口区南侧高层辐散的影响,沿锋面抬升的垂直运动迅速加强;南支槽前干平流输送使得锋前降水偏少,而锋后850hPa和700hPa湿平流在春季迅速加强有利于华南水汽辐合和降水。华南冷空气活动频繁,冬季冷空气来源于南支急流和中高纬低层,春季冷空气主要来源于南支急流。此外,南支槽影响中国天气有移动和静止两种方式,且以静止居多。移动性南支槽在东移的过程中不但输送水汽,槽前辐合上升也提供必要的动力条件。静止性南支槽对我国降水的影响主要是源源不断的水汽供应。（5）南支槽和孟加拉湾风暴相结合,加上北方冷空气和有利的地形作用造成德钦暴雪天气。等熵位涡分析表明冷空气从里海附近的对流层上层下传,沿南支西风到达孟加拉湾使南支槽加深有利于引导孟湾风暴北上。槽前西南风低空急流把风暴产生的云和水汽向东北方向输送,随着风暴北上,低空急流加强将水汽输送上高原,受地形抬升高层大气最先增湿,德钦位于水汽输送大值带中,湿层深厚并有大量水汽通量辐合,同时冷空气从高原南下使槽前上升运动迅速增强有利于暴雪的产生。倾斜涡度发展和条件性对称不稳定可能是暴雪形成的重要因子。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 南支急流的生消与大气环流季节转换
• 1.2.2 冬半年副热带南支西风槽的定义及其与夏季热带季风槽的差异
• 1.2.3 南支槽的来源
• 1.2.4 南支槽的天气
• 1.2.5 南支槽与昆明准静止锋
• 1.3 问题的提出
• 1.4 章节安排
• 1.5 特色和创新点
• 第二章 冬半年副热带西风南支槽结构和演变特征研究
• 2.1 引言
• 2.2 资料和方法
• 2.3 冬半年南支槽的建立、加强、活跃、消失及转换过程
• 2.3.1 南支槽的定义及其指标
• 2.3.2 南支槽建立、维持、活跃与消失转换过程
• 2.4 冬季南支槽压温湿高低空配置
• 2.5 行星辐散环流和高空急流对南支槽垂直运动季节变化的影响
• 2.5.1 700hPa 南支槽垂直运动季节变化特征
• 2.5.2 辐散环流季节变化特征
• 2.5.3 行星尺度辐散环流对急流次级环流的影响
• 2.5.4 急流次级环流对南支槽前垂直运动的影响
• 2.5.5 大气层结季节变化特征
• 2.6 南支槽水汽输送和相关对流活动季节变化
• 2.6.1 南支槽水汽输送季节变化特征
• 2.6.2 南支槽对流季节变化特征
• 2.6.3 南支槽降水季节变化特征
• 2.7 本章小结
• 第三章 冬半年南支西风波动的传播及其与南支槽形成的关系
• 3.1 引言
• 3.2 资料和方法
• 3.3 南支西风波列的传播
• 3.3.1 南支波动与遥相关分布
• 3.3.2 南支波动的传播
• 3.3.3 西风急流波导与波作用通量
• 3.4 冷空气的作用
• 3.5 本章小结
• 第四章 南支槽的多尺度变化特征
• 4.1 引言
• 4.2 资料和方法
• 4.3 南支槽季节内变化特征
• 4.3.1 南支槽季节内振荡周期
• 4.3.2 南支槽低频振荡的传播特征
• 4.3.3 南支槽低频振荡的位相循环
• 4.3.4 南支槽对中国低频降水影响的奇异值分解
• 4.4 南支槽年际变化特征
• 4.4.1 南支槽年际分量的周期特征
• 4.4.2 南支槽强（弱）年大气环流及中国降水异常
• 4.5 南支槽年代际变化特征
• 4.5.1 南支槽年代际突变特征
• 4.5.2 南支槽年代际异常特征及中国降水异常
• 4.6 本章小结
• 第五章 南支槽与我国南方冬春天气气候的关系
• 5.1 引言
• 5.2 资料和方法
• 5.3 我国南方冬春降水分布的气候特征
• 5.4 南支槽与我国南方冬春环流及其季节变化的关联
• 5.4.1 冬春温压湿环流背景
• 5.4.2 昆明准静止锋的结构
• 5.4.3 环流季节变化与华南槽的形成
• 5.5 南支槽与我国南方冷空气活动
• 5.5.1 温度平流
• 5.5.2 位涡分析
• 5.6 南支槽与我国南方垂直运动场的关联
• 5.7 南支槽与我国南方水汽输送的关联
• 5.7.1 整层积分水汽通量散度
• 5.7.2 对流层低层水汽平流
• 5.7.3 水汽收支
• 5.7 南支槽加强（静止）与东移对我国南方降水的影响
• 5.8 本章小结
• 第六章 南支槽与孟加拉湾风暴结合对200711德钦暴雪的影响
• 6.1 引言
• 6.2 资料和方法
• 6.3 天气实况
• 6.4 大气环流背景
• 6.5 水汽条件
• 6.6 冷空气活动
• 6.7 垂直运动的分析
• 6.8 对称不稳定的分析
• 6.9 德钦暴雪概念模型
• 6.10 本章小结
• 第七章 总结和讨论
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 讨论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介