西北地区东部近50a雨日变化及其可能原因的研究

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本文利用中国743个测站1960年-2009年逐日降水资料以及NCEP逐日的全球再分析资料,对我国西北地区东部近50年雨日的演变特征进行了分析,并在此基础上研究了700hPa气旋性风切变对于雨日变化的影响,最后结合环流和水汽的变化,揭示了近50年中国西北地区东部雨日变化的可能原因,得到以下主要结论:自1980年后,西北地区东部降水量和雨日都呈明显减少的趋势,但这种趋势远远小于全国平均雨日减少的趋势速率。在研究区域内,西部边缘地区年雨日上升趋势显著,东南部边缘地区年雨日下降的趋势显著。西北地区东部年雨日空间上为由西北向东南递增的分布,由于大地形作用,在祁连山地区存在一个异常偏大的降水区,春秋两个季节雨日的地理分布和全年平均较为相似,夏季位于祁连山地区的降水中心达到最强,冬季的祁连山区的降水中心分裂成两个,分别位于祁连山东部和西南部。利用年降水量200mm等值线将研究区域分为北部的干旱区和南部的半干旱区,全区域雨日下降趋势的主要贡献来自于南部半干旱区。西北地区东部年雨日在1995年和2007年发生了突变,在1995年左右是一个由增多变为减少的突变点。在1970-1980年代,雨日在春季和夏季有明显的突变,秋季在1967年左右为一个转变为增多的突变点。西北地区东部降水集中期以1980年为界,之前的二十年雨日分布较为集中,之后三十年雨日分布较为离散。我国西北地区东部雨日与700hPa气旋性风切变的发生有着很好的对应关系,年雨日与年气旋性风切变总数在1972年前后都发生了突变,年气旋性风切变总数与年雨日具有相同位相的时段占总年份的60%以上,两者有7年同时达到异常极值,存在显著正相关。700hPa气旋性风切变是西北地区东部发生降水的重要条件,两者在春秋冬三季存在显著正相关关系,但在夏季这一关系并不显著。在西北地区东部低空气旋性风切变发生较多的年份,西太平洋副高偏强,大气环流在经向和纬向都具有明显的正负交替波列,有利于能量传播和阻塞形势的建立维持;气旋性风切变发生较少年份,极涡偏弱,西伯利亚地区为负距平,乌拉尔山高压脊较常年偏弱。大气环流的异常是造成西北地区东部气旋性风切变异常的主要原因。在各季节中,气旋性风切变发生较多的年份比少的年份的700hPa平均高度场低,高度场异常偏低的大气环流更容易诱发较多的气旋性风切变。大气环流指数与700hPa气旋性风切变数的相关主要体现在洋面副高和北半球极涡强度两个方面,在不同季节里与这两种因子相关的时段不一致。本文引入700hPa气旋性风切变降水效率来反映700hPa气旋性风切变与雨日的关系,这一指标同年雨日与年气旋性风切变数标准化后的差值的相关系数达到了0.705,正相关显著,说明其能够较好的体现两者变化的差异,在实际应用中它相比独立的风场和站点雨日资料更具优越性。具体体现在:这一指标将直接反应700hPa气旋性风切变和雨日相关性的好坏,而且能够更好的反应系统性降水的时空变化特点,得到的资料也与其它影响降水因子的资料格式时空一致便于各种资料的同化融合以及分析风场与不同要素对于雨日变化的协同作用。这一指标的缺点在于,由于使用的风场资料网格较为稀疏,较弱的风切变系统在再分析风场资料中并未得以表现,这使得统计得到的结果有一定的局限性。水汽在雨日与低空气旋性风切变的关系中起着重要的作用,特别在春夏两季,季风的强弱决定水汽条件的好坏,进而影响了低空气旋性风切变与降水之间的关系,而在秋季自青藏高原北部绕流的水汽输送带的强弱直接决定雨日与700hPa气旋性风切变的相关性好坏。水汽通量的垂直积分与逐月的气旋性风切变降水效率的相关系数总体呈东西向分布,自东向西逐级递减,两者在本文研究区域中东部普遍达到0.5以上,说明水汽是决定这一地区气旋性风切变降水效率的重要因子。
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