论文部分内容阅读
青藏高原以其巨大的动力和热力作用对亚洲气候系统产生巨大的影响，而且还是亚洲主要河流的发源地。另一方面，青藏高原因其高寒、干旱且生态环境非常脆弱，而成为响应全球气候变化最敏感的地区之一。气候变化不仅决定着青藏高原地区的生态景观和生物多样性，而且深刻影响着本区内人类活动及高亚洲河源区的径流和水资源安全。因此，青藏高原一直以来是国内外学者研究的热点地区。尽管在青藏高原气候变化研究方面已开展了大量工作，但更多的集中在其特征分析上，相对来说，对其成因分析方面研究还比较薄弱，这在很大程度上制约人们对高原气候系统的认识。 基于此，本论文的目的是，利用地面气象资料、探空资料、NCEP/NCAR再分析资料和GPCP全球降水资料等数据集，通过EOF分析、回归分析、相关分析等多种分析方法，对青藏高原中东部地区近50年的夏季气温和降水的时空变化特征及其动力影响机制进行深入探讨。得出如下主要结论： (1)高原夏季降水、气温空间分布特征 通过对高原中东部夏季降水和温度的空间插值，指出高原夏季平均降水量从东南向西北逐渐递减，横断山脉和雅鲁藏布江-布拉马普特拉河河谷地区是高原的高降水中心，这与夏季季风的水汽输送密不可分。柴达木盆地是夏季降水最少的地区，一个重要原因是该地区深居内陆，水汽难以到达。高原夏季四周存在四个相对暖中心，分布在柴达木盆地，青海东部的黄河、湟水谷地，雅鲁藏布江-布拉马普特拉河河谷以及横断山地区，而冷中心主要位于高原中部。海拔高度是制约高原夏季气温空间分布的最主要因素。 (2)高原夏季降水、气温的时空变化特征 对高原夏季降水进行经验正交函数分解，得到大致以唐古拉山为界(33°N左右)，其南北降水存在相反的变化趋势，定义为高原夏季降水的南北双极振荡模态。降水的第二空间模态则表现为喜马拉雅-横断山脉地区的夏季降水与其以北地区，尤其是高原中部降水存在反相变化关系。全区一致型变化特征是高原中东部地区夏季气温最主要的空间模态，其解释方差高达65.85％。高原夏季气温第二空间模态表明大致以32°N为分界线，其气温具有明显的南北反相变化差异。 (3)北大西洋涛动对高原夏季降水的影响 夏季北大西洋涛动(NAO)对青藏高原夏季降水双极振荡模态施加非常重要的影响。伴随着由北大西洋向高原地区的能量传输，在西欧、地中海、高原西部、东亚地区出现位势高度异常中心，这些异常中心以波列的形式成为联系NAO与高原夏季降水的纽带。在NAO正位相，位于东亚地区的异常反气旋会把周围海域的暖湿水汽经反气旋南支气流输送到高原北部，而同时位于高原北部的异常气旋会通过其西支气流将高纬地区的冷干空气输送到这里，导致高原北部对流活动的加强，进而引起降水的异常增多。而在高原南部，由于巴基斯坦和印度西北部地区异常气旋的存在，使得从高原西侧边界进入高原南部的水汽输送减弱，导致高原南部降水的异常减少。NAO负位相时，环流形势基本相反。利用集合经验模态分解(EEMD)分析，表明NAO与青藏高原夏季降水双极振荡模态之间最显著的联系主要发生在以3～4年为周期的年际信号里。驱动青藏高原夏季降水双极振荡模态形成的最主要原因可能是以NAO为主的北大西洋大气活动，而非该地区的海温变化。 (4)夏季太平洋年代际振荡对高原夏季降水的影响 夏季太平洋年代际振荡(PDO)是青藏高原夏季降水第二空间模态形成的主要原因之一。PDO暖位相时，PDO会导致赤道地区表现出明显的西风信风异常，从而使得沃克环流强度减弱，而沃克环流的减弱会通过其位于热带东太平洋的大气异常下沉运动使得西太副高异常偏南、偏强、面积增大和西伸，并导致印度低压强度减弱。西太副高的异常偏南、偏强、面积增大会导致我国江淮流域夏季降水的增多，而其异常西伸会使得该雨带明显向西延伸到青藏高原。与此同时，印度低压强度的减弱会使得印度北部地区夏季降水出现异常减少，这意味着途经该地区并向高原南部山区的南亚夏季季风水汽输送强度减弱，从而导致喜马拉雅-横断山脉地区夏季降水的异常减少。PDO冷位相时，上述过程基本相反。 (5)高原夏季温度EOF1模态与降水的关系 高原夏季气温的全区一致型空间模态主要表征响应于北半球夏季平均温度变化信号，这意味着以温室效应为首的人类活动产物是该模态形成的主要原因之一。该信号会影响高原上空大气水汽含量的异常增加（减少），但是该水汽含量变化并不能有效的导致降水的增加（减少），其原因是该温度分量的升高虽然会引起大气水汽含量的增加，但是饱和水汽压也会随温度相应的增大，导致高原上空相对湿度变化总体上保持在相对平稳状态。因此，因温度升高增加水汽不能达到饱和状态并最终转化为降水。高原上的夏季降水更多的受控于由以NAO和PDO为首的外部强迫源所引起的大尺度环流变化。 (6)高原夏季温度EOF2模态与降水的内在联系 高原夏季气温南北反相变化型空间模态的形成与高原夏季降水的前两个表征降水南北反相变化差异（分界线不同）的空间模态有着非常密切的联系。当高原北部降水异常增多（减少）而南部降水异常减少（增多）时，由于降水过程的冷却降温作用，会导致高原北部的异常降温（升温）和南部的异常升温（降温），并最终导致高原气温南北反相变化信号的存在。