林志强,主要从事高原天气预报工作.Email:
利用1979—2006年NCEP/NCAR再分析资料计算垂直积分的整层水汽输送通量及水汽通量散度,分析西藏高原汛期5—9月水汽输送特征。结果表明:西藏高原汛期主要有两条水汽输送带,印度季风输送带和中纬度西风输送带;印度季风对汛期水汽输送起着决定性的作用,决定高原汛期开始时间和雨带的推进,水汽通量向北输送达到30 kg·m-1·s-1时,该经度上的测站将从南到北逐渐进入汛期;在水汽的空间分布上,高原南部边缘的3个水汽输送散度场中心恰好对应着高原的水汽输送通道,其形成与西藏高原的地形直接相关;西藏高原汛期降水主要可以分为3种雨型:全区型、东西型和南北型,并分别对应着不同的水汽输送异常:全区型时索马里越赤道急流水汽输送异常较强,高原区为水汽辐合区;东西型时西藏东南部为东北向输送异常,东南部水汽供应较常年偏弱;南北型时东南部水汽输送充足而错那以西地区水汽输送不足。
The features of water vapor transfer in rainy season (May to September) are studied based on the NCEP/NCAR reanalysis data that are used to compute the vertically integrated water vapor flux and water vapor flux divergence from 1979 to 2006. The results have shown that the main features of the water vapor transfer over the Tibetan Plateau are one monsoon, two water vapor transfer channels and three important water vapor sources. The India summer monsoon which dominates the start time of plateau's rainy season and the motion rainfall bands, plays a decisive role in the Tibetan Plateau's rainy season water vapor transfer. The weather stations near the longitude that northern water vapor flux reached 30 kg·m-1·s-1 would gradually come into the rainy season. The three centers of water vapor transfer divergence field in the southern border of the Tibetan Plateau are just corresponding to the plateau's water transfer channel, and its formation is related to the terrain of Tibetan Plateau. Rainfall anomalies in Tibetan rainy season can be mainly divided into three raining patterns, they are Whole Region Pattern, East-West Pattern and North-South Pattern. These patterns are related to different water vapor transfer anomalies. For example, when it is in the whole Region Pattern the anomaly of the Somali cross-equatorial flow zone is stronger.
水汽是形成降水的最重要条件,学者对不同地区的水汽输送及其与旱涝的关系已经进行了很多研究[
青藏高原的水汽输送状况是气象界研究的热点,不同时代的气象工作者使用不同的资料和方法分析了高原的水汽输送通道[
本文使用的资料有:(1)1979—2006年共28年NCEP/NCAR再分析资料2.5°×2.5°的全球逐日平均风场、水汽场和地面气压场;(2) 西藏高原32个气象观测站1979—2006年的5—9月逐日降水观测值,气象观测站的分布如
西藏高原气象观测站分布
The distribution of meteorological stations over the Tibetan Plateau
在
式中,
水汽通量散度为
式中,
西藏高原属于典型的干湿季气候,5—9月是高原的汛期,大部分测站降水量占年降水量的80%以上[
前3个特征向量对应的方差贡献
The variance contribution of the first three modes
第一特征向量 | 第二特征向量 | 第三特征向量 | |
方差贡献/% | 48.9 | 12.9 | 8.5 |
累计方差贡献/% | 48.9 | 61.8 | 70.3 |
第一特征向量空间分布为“全区型”,除了高原西南部部分地区外,其余为正值(
西藏高原汛期降水距平EOF分析的特征向量
The modes of Tibetan Plateau rainy season precipitation anomaly EOF analysis
第二特征向量空间分布为“东西型”,林芝地区为负值区,其他地区均为正值区(
第三特征向量空间分布为“南北型”,基本上以雅鲁藏布江为界,北正南负(
值得注意的是,本文提到的第二特征向量在文献[
为了分析西藏高原汛期水汽输送的空间分布特征,计算了1979—2006年28年间5—9月整层水汽输送平均状况(
1979—2006年西藏汛期平均水汽输送(a,单位:kg·m-1·s-1;方框为西藏高原区),以及1979—2006年西藏汛期高原区水汽输送散度(b,单位:kg·m-1·s-2)
(a) the average water vapor transfer in the Tibetan rainy season during 1979-2006 (unit: kg·m-1·s-1, the rectangle shows the Tibetan Plateau), and (b) the water vapor transfer flux divergence over the Tibetan Plateau (unit: kg·m-1·s-2)
由
(1) 中纬度的西风气流输送,从欧洲大陆远道而来的水汽沿伊朗高压北侧的西北气流从帕米尔高原流经高原西北部后在川、陕附近与来自印度洋、南海的西南输送气流汇合流向江淮地区,这条水汽输送带也是高原上游系统影响江淮地区路径的北支。这条水汽输送带的水汽来源来自西风气流的上游,经过长途输送,以及高原西部的高海拔地形阻挡,进入高原的水汽相当稀少。
(2) 以印度夏季风为载体的水汽输送带:来自阿拉伯海的水汽在索马里越赤道急流的裹挟下穿越印度大陆与孟加拉湾水汽汇合,沿夏季印度季风到达高原南部地区,在85°~100°E之间进入高原,在强大的印度季风西南气流的引导下经过四川后,与经过云贵高原的季风分支汇合后向江淮流域输送,这条水汽输送带是高原上游系统影响江淮地区路径的南支,也是主要的影响路径。这条水汽输送带的水汽来源为阿拉伯海和孟加拉湾,这是高原水汽输送的主要来源,西藏汛期的大部分降水都来自于这条水汽输送带,位于这条水汽输送带上的雅鲁藏布江沿线地区和西藏东部地区也成为西藏主要的农业耕作区。
在盛夏的部分时间(图略),副高西进至110°E以西,来自南海的水汽沿着副高西南侧的东南气流向西北输送,在中南半岛与来自孟加拉湾的水汽东支汇合进入第二条水汽输送带,经95°~100°E之间的三江流域进入高原东南部地区,往往在西藏林芝地区或雅鲁藏布江中游河谷地带造成很强的降水。因此,南海也是第二条水汽输送带的重要水汽来源。
从整层水汽输送通量散度(
区内的水汽输送辐合中心则位于林芝地区北部的念青唐古拉山脉南麓,这个水汽辐合中心的形成原因与上述的类似,水汽经过相对较低的林芝地区在高耸的念青唐古拉山脉南麓积聚后转向北部的昌都地区和东部的川西高原。
从水汽的空间分布上可以看出,汛期阿拉伯海、孟加拉湾是西藏高原最重要的水汽来源,而来自低纬的充沛水汽主要是通过高原南侧向西藏高原输入的,为了分析汛期期间水汽向西藏的输送时间演变特征,绘制了高原南侧(27.5°N)的垂直积分水汽通量的时间剖面图(
1979—2006年5—9月沿高原南侧(27.5°N)气柱水汽经向输送通量经度-时间剖面图
The longitude-time section of water vapor transfer flux along the 27.5°N from May to September during 1979-2006
5月初,92°E以东地区北向输送的水汽已经相当可观,此时西藏东南部的察隅、波密、林芝、米林已经进入或即将进入雨季;从平均状况来看,水汽通量经向分量北向输送达到30 kg·m-1·s-1时,该经度上的测站将从南到北逐渐进入汛期;6月中旬随着印度季风的爆发,西南风水汽输送显著加强,在85°E附近的气流已经转向西南气流,整个南边界的经向水汽输送均转为向北,此时全区基本进入汛期,95°E附近有一个经向水汽极大中心,通过南边界向北输送的水汽达到最大,西藏东南部地区进入主汛期,降水达到了最大值;随着印度夏季风的建立,气流逐渐转向偏南,水汽输送的中心向西偏移,在7月下旬、8月上旬时,水汽北向输送中心西移至86°E附近,此时日喀则地区和那曲西部地区达到主汛期,这与西藏地区的天气预报经验是吻合的;在7月中旬至9月中旬这段时间内80°~90°E之间出现了较强的东南风水汽输送,这是由印度东北部的气旋性环流造成的,这股气流进入西藏后在盛行气流和地形的影响下,为那曲地区、雅鲁藏布江西段的汛期降水带来了充足的水汽;9月下旬以后水汽输送逐渐减弱,冬季环流建立,80°E以西地区的气流又转为西北气流,高原大部分地区的汛期结束。
上文指出,西藏汛期主要有两条水汽输送带,中纬度气流输送带虽然强度较弱,但由于中纬度盛行西风气流,这一水汽输送带全年非常稳定,对高原西部和藏北地区来说也是降水的重要水汽贡献来源,为了分析汛期期间这一水汽输送带的输送时间演变特征,绘制了西藏西边界(77.5°E)的垂直积分水汽通量的时间剖面图(
1979—2006年5—9月沿高原西侧(77.5°E)气柱水汽经向输送通量纬度-时间剖面图
The latitude-time section of water vapor transfer flux along the 77.5°E from May to September during 1979-2006
从西藏高原西边界的水汽输送(
为了讨论西藏汛期降水的异常型与水汽输送异常的联系,先将降水EOF分解后的三个特征向量对应的三组时间系数进行标准化处理,然后将逐年5—9月份水汽距平输送矢量场分别与三组标准化后的时间系数进行矢量点乘,得到水汽异常输送在时间系数上的三个投影[
西藏高原汛期三类雨型所对应的水汽异常输送场
The water vapor transfer anomaly modes match with three precipitation paterns of Tibetan Plateau rainy season
索马里越赤道急流作为印度季风环流系统的重要成员,反映了南北半球之间的质量和动量直接交换,是阿拉伯海水汽向高原输送的动力来源,是印度季风水汽输送带的重要组成部分,是影响高原降水的重要因子[
(1) 西藏高原水汽输送主要有两条水汽输送带:中纬度西风输送带和印度季风输送带。其中,中纬度西风输送带水汽输送很弱,印度季风输送带在高原汛期降水中起主要的作用。印度季风输送带的主要水汽源地为阿拉伯海和孟加拉湾,盛夏时由于副高西伸,南海水汽可以通过副高边缘的东南气流输送向高原。
(2) 位于印度季风输送带上,高原南部边缘的三个水汽通量散度中心恰好对应着高原的水汽输送通道,分别位于亚东、雅鲁藏布江—布拉马特拉河谷和聂拉木附近,其形成与西藏高原的地形直接相关。
(3) 西藏高原汛期降水主要可以分为三种雨型,并分别对应着不同的水汽输送异常:全区型时索马里越赤道急流水汽输送异常较强,高原区为水汽幅合区;东西型时西藏东南部为东北向输送异常,东南部水汽供应较常年偏弱;南北型时东南部水汽输送充足而错那以西地区水汽输送不足。
(4) 索马里越赤道急流是印度季风水汽输送带的重要组成部分,是阿拉伯海的水汽向高原输送的动力来源。
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