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《中国气象科学研究院》 2017年
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水汽输送对我国降水变异及大气污染条件的影响

吴萍  
【摘要】:本文利用中国地面气象观测站资料、NCEP/NCAR再分析资料和ERA-interim再分析资料,采用多种统计分析方法,研究了水汽输送对我国降水变异和大气污染的影响。首先分析了我国水汽输送的气候、年际及年代际变化特征,其次重点研究了西北地区水汽输送的年代际变化特征及对降水的影响,以及ElNino年中国东部和西北地区夏季水汽输送变化特征及其对降水的影响,最后探讨了水汽输送和湿度条件对中国中东部霾天气形成的影响,主要得到以下结论:(1)中国四季水汽输送具有明显的年代际变化特征,并对降水的年代际变化产生影响。春季,中国南方地区水汽输送和降水从20世纪80年代以来均出现年代际减弱的特征;夏季和秋季水汽输送在20世纪70年代中期出现年代际减弱的特征,同时,中国东部降水也出现了由"北涝南旱"向"南涝北旱"格局的转变;冬季,从20世纪80年代中期以来南方地区来自孟加拉湾和南海的水汽输送表现为年代际减弱的特征,中国东部降水表现为由北少南多到北多南少的分布。El Nino对中国四季水汽输送的年际变化有比较显著的影响,ElNino当年夏季中国地区水汽输送较弱,秋季来自孟加拉湾的西南风水汽输送在我国华南地区偏强,次年春季和夏季由西北太平洋向我国输送的水汽分别在华南和长江流域异常偏强。(2)在气候变化下,1961~2015年西北地区年均和四季降水总体呈显著增加趋势,实际蒸散发量和水汽输送也显著增加。西北大部分地区年均和四季降水再循环率表现为显著上升趋势,其中南疆沙漠和青藏高原地区上升速率最大,西北地区内循环显著加强。西北西部地区春季、夏季和秋季局地实际蒸散发量以及外部水汽输送的加强均有利于其降水的增加,但外部水汽输送较局地实际蒸散发量的贡献更大,而西北东部地区由于外部水汽输送的减少速率大于局地实际蒸散发量的增加速率,西北东部地区降水呈减少的趋势。但冬季,由于西北西部和东部地区外部水汽输送和局地实际蒸散发量均加强,西北大部分地区降水均呈增加的趋势,但外部水汽输送的贡献相对更大。(3)通过分析东部型和中部型两类El Nino事件对中国夏季水汽输送和降水的影响,发现东部型ElNino事件不仅对长江流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北以及西北地区的降水异常也有相当的作用。东部型ElNino事件发生的次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,西太平洋副热带高压(西太副高)西伸,由于东亚—太平洋(EAP)遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送到我国中东部地区。另外在EAP遥相关型影响下中高纬地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于欧亚高纬或北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,全国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水都产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型事件次年夏季,西太副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。(4)1961~2012年中国中东部冬季霾日总体呈现出显著的上升趋势,尤其是进入21世纪以来,霾日增多明显。20世纪80年代中期以来东亚冬季风年代际减弱导致来自西北太平洋偏东风水汽输送的年代际增强对中东部地区冬季霾日的增加影响显著。同时,由于气候变暖,近地面气温增加引起的江淮和华南冬季相对湿度的减少使得雾-霾转换减弱,这可能也是江淮和华南霾日增多的一个原因。ElNino年冬季,偏南风水汽输送距平为中国东部地区霾天气的发生提供了有利的水汽条件,而LaNina年,水汽条件则较弱,不利于霾天气的形成。1980年以来京津冀地区持续性霾事件呈现明显的增长趋势,持续性霾事件的发生和维持有三条主要的水汽输送通道:东南和西南两条长路径水汽输送通道以及偏西风的短路径水汽输送通道。此外,京津冀对流层持续深厚的下沉气流挤压大气边界层致使其厚度降低,使得大量的污染物和水汽聚集在较低的边界层内,有利于霾天气的发生和维持。
【关键词】:水汽输送 降水变异 干湿转型 ElNino 大气污染
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X51;P426
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 第一章 绪论11-23
  • 1.1 水汽输送特征的研究进展12-13
  • 1.2 水汽输送对中国降水变化影响的研究13-17
  • 1.2.1 水汽输送对中国东部降水的影响13-16
  • 1.2.2 水汽输送对中国西北降水的影响16-17
  • 1.3 水汽输送对中国大气污染影响的研究17-19
  • 1.4 研究内容和章节安排19-20
  • 1.5 特色和创新20-23
  • 第二章 资料和方法23-33
  • 2.1 数据资料及来源23-24
  • 2.2 理论原理及计算方法24-30
  • 2.3 统计方法介绍30-33
  • 第三章 中国水汽输送的气候特征33-45
  • 3.1 引言33
  • 3.2 资料和方法33-34
  • 3.3 平均水汽输送的季节变化特征34-35
  • 3.4 平均水汽收支的季节变化特征35-37
  • 3.5 中国水汽输送的变率特征37-44
  • 3.5.1 年代际变化特征37-41
  • 3.5.2 年际变化特征41-44
  • 3.6 小结44-45
  • 第四章 水汽输送对中国西北地区降水年代际变化的影响45-67
  • 4.1 引言45
  • 4.2 资料和方法45-46
  • 4.3 西北地区降水变化特征46-51
  • 4.3.1 降水空间分布特征46-47
  • 4.3.2 降水长期变化特征47-49
  • 4.3.3 降水空间变化趋势特征49-51
  • 4.4 西北地区实际蒸散发变化特征51-56
  • 4.4.1 实际蒸散发空间分布特征51-53
  • 4.4.2 实际蒸散发长期变化特征53-55
  • 4.4.3 实际蒸散发空间变化趋势特征55-56
  • 4.5 水汽输送变化特征56-58
  • 4.6 降水再循环率变化特征58-64
  • 4.7 小结64-67
  • 第五章 El Nino年中国夏季水汽输送特征及对降水分布的影响67-81
  • 5.1 引言67-68
  • 5.2 资料和方法68-69
  • 5.3 El Nino事件对中国夏季水汽输送与降水的影响69-74
  • 5.4 El Nino事件影响水汽输送和降水的可能物理机制74-78
  • 5.5 小结78-81
  • 第六章 水汽输送对中国中东部霾污染形成的影响81-103
  • 6.1 引言81
  • 6.2 资料和方法81-83
  • 6.3 水汽输送及大气湿度对中国中东部冬季霾日形成的影响83-90
  • 6.3.1 水汽输送长期变化对中国中东部冬季霾日的影响84-87
  • 6.3.2 相对湿度长期变化对中国中东部冬季霾日的影响87-90
  • 6.4 ENSO循环水汽输送异常与中国霾天气形成的关系90-92
  • 6.5 京津冀持续性霾事件发生的水汽输送特征与动力学机理分析92-100
  • 6.5.1 水汽输送特征分析94-96
  • 6.5.2 动力机制分析96-100
  • 6.6 小结100-103
  • 第七章 主要结论和展望103-107
  • 7.1 主要结论103-106
  • 7.2 结果讨论和未来工作展望106-107
  • 参考文献107-119
  • 致谢119-121
  • 个人简介121

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