（氣象學(xué)專業(yè)論文）2004年華南夏旱的數(shù)值診斷分析.pdf

摘要 2 0 0 4 年華南夏旱的數(shù)值診斷分析 專業(yè)：氣象學(xué) 碩士生：陳炳洪 指導(dǎo)老師：袁卓建教授 摘要 本文利用n c e p 第二套再分析資料，結(jié)合包含了1 8 個(gè)熱力和動(dòng)力過(guò)程的局地 緯向平均經(jīng)向環(huán)流線性模式，對(duì)2 0 0 4 年華南夏早進(jìn)行數(shù)值診斷分析。結(jié)果表明： ( 1 ) 在華南干早期，通過(guò)激發(fā)經(jīng)向環(huán)流的下沉支來(lái)維持華南地區(qū)干旱的因子 主要有2 個(gè)：潛熱加熱( 占2 1 1 4 ) 和平均緯向溫度平流( 占1 3 2 ) 。潛熱 加熱所對(duì)應(yīng)的天氣系統(tǒng)為熱帶氣旋，華南受熱帶氣旋外圍下沉氣流控制而干旱。 ( 2 ) 在預(yù)報(bào)華南夏旱時(shí)另外一種值得關(guān)注的情況是，干早期發(fā)生前中高緯西 風(fēng)帶上和低緯東風(fēng)帶上的擾動(dòng)的相互作用。超前( 以2 3 天周期信號(hào)為主的) 華南早期4 天( 通過(guò)9 9 信度檢驗(yàn)) 造成華南地區(qū)距平下沉運(yùn)動(dòng)的主要因子為 與中高緯西風(fēng)帶擾動(dòng)有關(guān)的潛熱加熱( 占8 2 5 ) 和渦動(dòng)量經(jīng)向溫度平流( 占 3 4 ) ；超前( 以9 天周期信號(hào)為主的) 華南早期4 天( 通過(guò)9 9 信度檢驗(yàn)) 造成華南地區(qū)距平下沉運(yùn)動(dòng)的主要因子為渦動(dòng)量經(jīng)向西風(fēng)動(dòng)量平流( 占 1 3 1 ) 。在干旱前期，由這幾個(gè)物理過(guò)程驅(qū)動(dòng)的環(huán)流下沉支使得西太副高略為 西伸，造成熱帶氣旋可能要登陸華南的假象。然而，高低緯的擾動(dòng)在后來(lái)的幾天 打通，迫使西太副高在干早期減弱東撤，熱帶氣旋繞過(guò)華南未能給華南帶來(lái)降雨， 綜合干旱期的診斷結(jié)果可知此時(shí)華南正受熱帶氣旋外圍下沉氣流影向。 關(guān)鍵宇：數(shù)值診斷、華南夏早、高低緯擾動(dòng)相互作用 a b s t r a c t an u m e r i c a l d i a g n o s i s f o r2 0 0 4 s u m m e r d r o u g h t i ns o u t h e r nc h i n a m a j o r ：m e t e o r o l o g y n a m e ：c h e nb i n g h o n g s u p e r v i s o r ：y u a nz h u o j i a n ( p r o f e s s o r ) a b s t r a c t n u m e r i c a ld i a g n o s i sf o r2 0 0 4s u m m e rd r o u g h ti ns o u t h e mc h i n ai sc a r r i e do u t w i t hn c e pr e a n a l y s i s - 2d a t aa n daz o n a l l ya v e r a g e dm e r i d i o n a lc i r c u l a t i o nl m e a r m o d e li n c l u d i n g18t h e r m o d y n a m i ca n dd y n a m i cp r o c e s s e si n s p h e r i c - i s o b a r i c c o o r d i n a t e s t h i sq u a n t i t a t i v es t u d ys h o w st h a t ( i ) t h el o w e rl a y e rd i v e r g e n c e r e s p o n s i b l ef o rt h ed r o u g h t i sm a i n l yc a u s e db yt h ed o w n w a r db r a n c h e so fm e r i d i o n a l c i r c u l a t i o n sd r i v e n b yt h ef o r c ea s s o c i a t e d w i t hl a t e n t h e a t i n g ( w i t h2 1 1 4 c o n t r i b u t i o n la n dm e a nz o n a l l yt e m p e r a t u r ea d v e c t i o n ( w i t h1 3 2 c o n t r i b u t i o n ) t h e s y n o p t i cs y s t e mr e l a t e dt ot h el a t e n th e a t i n gi sat r o p i c a lc y c l o n e s o u t h e r nc h i n a i si nt h ed r o u g h ts p e l lb e c a u s eo ft h eo u t e rs u b s i s t e n c eo ft r o p i c a lc y c l o n e ( 2 ) f o u r d a y sp r i o rt ot h ed r o u g h ts p e l l ( w i t h2 3d a y sp e r i o ds i g n a lo n l y ) ，t h ei n t e m a lf o r c e s ， w h i c hc o n t r i b u t et ot h ed o w n w a r db r a n c h e so fm e r i d i o n a lc i r c u l a t i o n ，a r et h el a t e n t h e a t i n g ( w i t h8 2 5 c o n t r i b u t i o n ) a n de d d ym e r i d i o n a lt e m p e r a t u r ea d v e c t i o n ( w i t h 3 4 c o n t r i b u t i o n ) ；f o u rd a y sp r i o rt ot h ed r o u g h ts p e l lr w i t h9d a y sp e r i o ds i g n a l o n l y ) ，t h eh o m o l o g o u sf o r c ei se d d ym e r i d i o n a lw e s t e r l ym o m e n t u ma d v e c t i o n ( w i t h 1 3 1 c o n t r i b u t i o m t h es u b s i d e n c ec a u s e db yt h e s ep r o c e s s e se x t e n d st h ew e s t e r n p a c i f i cs u b t r o p i c a lh i 曲s l i g h t l y , w h i c hm a k ea ni l l u s i o nt h a tt h et r o p i c a lc y c l o n e sw i l l l a n do ns o u t h e r nc h i n a h o w e v e r , t h ec o m b i n a t i o no ft h et r o u g hi nt h ee x t r a t r o p i c a l w e s t e r l i e sa n dt h ed i s t u r b a n c ei nt h et r o p i c a lr e g i o nf o r c e st h et r o p i c a lc y c l o n e sm a k e 1 1 a b s t t a c t ad e t o u ra r o u n ds o u t h e r nc h i n ai nt h ec o m i n gd a y ( i nt h ed r o u g h ts p e l l ) c o n s i d e r i n g t h en u m e r i c a ld i a g n o s i sr e s u l to ft h ed r o u g h ts p e l l ，s o u t h e r nc h i n ai sa f f e c t e db ya s i n k i n gf l o wo u to f t h et r o p i c a lc y c l o n e k e yw o r d s ：n u m e r i c a ld i a g n o s i s 、s u m m e rd r o u g h ti ns o u t h e r nc h i n a 、i n t e r a c t i o n b e t w e e nt h ee x t r a t m p i c a la n dt r o p i c a ld i s t u r b a n c e - i i i 第1 章前言 第1 章前言 若美國(guó)國(guó)防部向白宮提交的報(bào)告中所作的氣候預(yù)測(cè)不幸言中，則華南將會(huì)在 2 0 1 0 年前后遭受連續(xù)十年的旱災(zāi)，而華南連續(xù)干旱又以冬春夏三季連災(zāi)為特征。 根據(jù)公認(rèn)可信度較高的1 9 8 0 年2 0 0 4 年( 國(guó)家氣候中心提供的) 1 6 0 個(gè)站點(diǎn)降 水資料，對(duì)華南地區(qū)近2 4 年的降水量作逐月平均( 圖卜l a ) ，得知華南全年降 水的分布特征為：6 月份占全年降水百分比最大，達(dá)1 5 5 ：7 月和8 月份分別 占全年降水的1 4 6 和1 4 5 。這表明華南地區(qū)夏季( 6 8 月) 的降水量占了全 年降水量的4 4 6 。如果華南地區(qū)夏季出現(xiàn)旱災(zāi)，不但對(duì)該地區(qū)的夏種造成極大 的影響“1 ，而且必然加劇了華南持續(xù)干旱的災(zāi)情。在研討持續(xù)干早的問(wèn)題之前， 本研究先從華南干旱個(gè)例入手，進(jìn)行華南夏早機(jī)理的定量數(shù)值診斷。據(jù)廣州市三 防辦提供的旱情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2 0 0 4 年夏季華南地區(qū)遭受大早，各地的農(nóng)田、果園 受災(zāi)嚴(yán)重，各大水庫(kù)蓄水量減少近半，僅廣州總受旱面積就達(dá)到2 0 多萬(wàn)畝，很 多水力發(fā)電廠因確?？购涤盟Ｖ拱l(fā)電。持續(xù)的高溫干旱天氣嚴(yán)重影響了國(guó)計(jì) 民生。由此可見，對(duì)2 0 0 4 年華南夏旱的研究是有必要且具代表意義的。但目前 為止，還沒(méi)有人就2 0 0 4 年華南夏早的機(jī)理進(jìn)行分析。另外，2 0 0 4 年也是近2 4 年來(lái)除1 9 8 9 年外華南地區(qū)夏季降水最少的年份，其標(biāo)準(zhǔn)化值達(dá)到了一1 3 ( 圖 一1 b ) 。 _ b _ i i ；i i _。 一l m_ l | 二i l l n i in l mi l l l l m 。o 。：l 。i - _ _ , _ i 圖卜年年華南地區(qū)逐月平均降水量百分比圖( 橫坐標(biāo)：月；縱坐標(biāo)：) 圖卜年年夏季華南地區(qū)降水曲線變化圖( 橫坐標(biāo)：年：縱坐標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)化值) 第1 章前言 回顧前人對(duì)過(guò)去華南夏季干旱的研究得知，造成華南夏季降水偏少的原因可 以歸納為4 類：( 1 ) 受西太副高主體長(zhǎng)期控制“1 。( 2 ) 因?yàn)槿A南地區(qū)6 8 月的 降水系統(tǒng)主要是熱帶氣旋。1 ，尤其是來(lái)自西太平洋的熱帶氣旋，既是造成華南區(qū) 域又是造成我國(guó)東南沿?；蛑性瓍^(qū)域的降水的主要系統(tǒng)“1 。若登陸華南的熱帶 氣旋偏少，則易造成華南干旱。由于熱帶氣旋的移動(dòng)路徑通常與副高位置有關(guān)， 故副高的加強(qiáng)減弱、東退西伸北跳南撤都會(huì)在某種程度上影響熱帶氣旋的路徑。 陳聯(lián)壽和丁- - ； e 指出“1 ：在副高東退或者變?nèi)醯臅r(shí)期，熱帶氣旋的路徑為海上轉(zhuǎn) 向型，熱帶氣旋一般只影響日本地區(qū)或在海上消亡，并不能給華南帶來(lái)降雨。( 3 ) 當(dāng)西太副高異常偏北時(shí)，熱帶氣旋主要影響我國(guó)浙閩一帶，而對(duì)華南地區(qū)的影響 則主要是其外圍下沉氣流”1 。( 4 ) 華南地區(qū)瀕臨中國(guó)南海，南海夏季風(fēng)的異常通 常會(huì)給華南地區(qū)的降水帶來(lái)異?！啊巧猩热说难芯勘砻鳌? ：夏季風(fēng)指數(shù)強(qiáng) 度與華南地區(qū)降水有顯著的正相關(guān)。很多研究9 ”“。“”也揭示了“華南夏季降水 一夏季風(fēng)一經(jīng)向環(huán)流”這條關(guān)系鏈的存在。 以上研究工作從不同的角度對(duì)華南地區(qū)降水的成因做出了分析，但目前還沒(méi) 有人就2 0 0 4 年華南夏早的具體成因發(fā)表相關(guān)論文。本工作計(jì)劃先從2 0 0 4 年華南 夏旱出發(fā)，嘗試運(yùn)用局地緯向平均經(jīng)向環(huán)流模式“，通過(guò)數(shù)值模擬和診斷，定量 分析2 0 0 4 年華南夏旱的主要物理因子及相對(duì)應(yīng)的天氣特征。在研究獲得有應(yīng)用 價(jià)值的結(jié)果后，再推廣到華南夏旱的所有個(gè)例，找出有代表性的因子以及相應(yīng)的 天氣系統(tǒng)，為天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)。 第2 章資料來(lái)源 第2 章資料來(lái)源 本研究使用了國(guó)家氣候中心1 9 8 0 年2 0 0 4 年全國(guó)1 6 0 個(gè)站點(diǎn)降雨資料，及 廣東省氣象臺(tái)提供的2 0 0 4 年夏季華南地區(qū)1 5 9 個(gè)站點(diǎn)的降雨資料。在求解數(shù)學(xué) 模型時(shí)所用的資料是n c e p n c a r 第二套再分析資料庫(kù)2 0 0 4 年6 月1 日8 月3 1 日的o o u t c 和1 2 u t c 高空及地面資料。高空資料包括位勢(shì)高度場(chǎng)、水平風(fēng)場(chǎng)、垂 直速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)，資料的水平空間分辨率2 5 。x 2 5 。經(jīng)緯度，垂 直方向有1 7 層，通過(guò)線性插值到1 9 層( 9 5 0 h p a 到5 0 h p a ，間隔為5 0 h p a ) 以滿 足局地緯向平均經(jīng)向環(huán)流診斷模式的需要。地面資料為高斯網(wǎng)格點(diǎn)再分析資料 ( 插值到標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)緯網(wǎng)格點(diǎn)上) ，水平空間分辨率為2 5 。2 5 。經(jīng)緯度，資料包 括水平風(fēng)場(chǎng)、氣壓場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、潛熱通量場(chǎng)和感熱通量場(chǎng)。 第3 章2 0 0 4 年華南夏早的初步分析 第3 章2 0 0 4 年華南夏旱的初步分析 如引言中提及，華南夏早與副高位置及登陸華南熱帶氣旋個(gè)數(shù)偏少有關(guān)，那 么2 0 0 4 年華南夏旱的天氣形勢(shì)到底屬于哪類呢? 是華南受西太副高主體長(zhǎng)期控 制? 或是西太副高主體( 5 0 0 h p a 等壓面上5 8 8 線) 全部位于海上( 即位置偏東) ， 副高西側(cè)引導(dǎo)氣流使得熱帶氣旋在華南以東轉(zhuǎn)向東北? 還是西太副高主體位置 偏北，導(dǎo)致熱帶氣旋路徑偏北? 以下先利用n c e p 再分析資料逐一探討這幾個(gè)問(wèn) 題。 3 1 2 0 0 4 年華南夏旱與西伸西太副高的關(guān)系 本文使用了公認(rèn)的5 0 0 h p a 等壓面上的5 8 8 線( 5 8 8 0 位勢(shì)米等高線) 來(lái)定義 西太副高主體，并以5 8 8 線的最西點(diǎn)代表西太副高西脊點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)在東西方向 上的位置來(lái)定義一個(gè)西太副高控制華南導(dǎo)致華南夏早的指數(shù)( 圖3 1 ) ： ，i = 1 0 5 一l o n ， 其中i o n 是任意時(shí)刻5 8 8 線西脊點(diǎn)的經(jīng)度，1 0 5 代表華南西邊界所在的經(jīng)度1 0 5 。e 。此指數(shù)所反映的是：若西太副高加強(qiáng)西進(jìn)，西脊點(diǎn)在華南地區(qū)以西， i o n 0 ，華南地區(qū)受副高主體控制而天氣晴朗少雨；若西太副高 減弱東退，撤出華南地區(qū)，西脊點(diǎn)在華南以東，l o n 1 0 5 則， 0 ，在這種情 況下，副高西側(cè)偏南氣流將低緯暖濕空氣引到華南，為華南降水創(chuàng)造有利條 件。顯然，指數(shù)只包含了西太副高位置東西向擺動(dòng)的影響。事實(shí)上，西太副 高還存在明顯的南北向移動(dòng)。當(dāng)西太副高西脊線位于華南以南時(shí)，華南易受副 高北側(cè)西風(fēng)帶地區(qū)鋒面降水的影響；當(dāng)西太副高西脊線北跳到華南以北時(shí)， 華南易受副高南側(cè)東風(fēng)帶地區(qū)對(duì)流性系統(tǒng)降水的影響。若考慮這些能降低華 南干旱兒率的情況，則指數(shù)，應(yīng)該修改為： ，：= ( 1 0 5 一l o n ) 一i l a t 一2 3 1 ， 第3 章2 0 0 4 年華南夏早的初步分析 其中f 甜是任意時(shí)刻5 8 8 線西脊點(diǎn)的緯度，2 3 為華南中心所在的緯度2 3 。n ( 1 0 5 和腸，的意義同 ) 。 對(duì)兩個(gè)指數(shù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)( 圖3 - 1 ) ，一般大于l ，其原因是修正指數(shù)l 考慮了兩種降低華南夏旱幾率的情況( 即副高南側(cè)東風(fēng)帶和北側(cè)西風(fēng)帶擾動(dòng) 對(duì)華南地區(qū)的影響) 。此外，圖3 1 揭示了在7 月2 2 日和8 月2 3 日出現(xiàn)= 0 但t 2 0 華南干早( 以6 月1 1 日為例) 的5 0 0 h p a 等壓面上天氣形勢(shì)和地面降雨分 布圖( 圖3 - 2 a ) ，從圖中可以看到，5 0 0 h p a 等壓面上5 8 8 線西脊點(diǎn)位于( 1 0 2 。e ， 2 3 。n ) ，華南地區(qū)處于5 8 8 線包圍下。因受異常強(qiáng)大的西太副高控制，華南地區(qū) 各站點(diǎn)降水量均為0 ，這從一個(gè)角度反映指數(shù)l 能較真實(shí)地反映“副高位置一華 南干旱”的關(guān)系。 圖3 - 1 有些特點(diǎn)值得關(guān)注，如在某些日子副高指數(shù)很小( i ， 0 ) 但華南降 水量依然接近0 。以8 月1 日為例( 圖3 - 2 b ) ，雖然i ， 0 ，導(dǎo)致了距平冷平流處下沉、距平暖平流處上升的反 h a d l e y 環(huán)流型環(huán)流。華南地區(qū)為冷平流和下沉運(yùn)動(dòng)所控制。從上面的天氣系 統(tǒng)的分析可知，模式的模擬結(jié)果均與實(shí)際天氣形勢(shì)吻合。 圖5 - 3 干旱時(shí)期合成天氣實(shí)況距平圖 ( a ) 8 5 0 h p a 等壓面上合成水平風(fēng)場(chǎng)( 單位：m s 。) 和相對(duì)濕度場(chǎng)( 單位：) ( b ) 5 0 0 h p a 等壓面上合成位勢(shì)高度場(chǎng)( 實(shí)線，單位：g p m ) 和溫度場(chǎng)( 虛線，單位：k ) 第6 章2 0 0 4 年夏季華南干早前期距平經(jīng)向環(huán)流特征 第6 章2 0 0 4 年夏季華南干旱前期距平經(jīng)向環(huán)流特征 本研究的目的之一在于把數(shù)模結(jié)果用于實(shí)際，為天氣預(yù)報(bào)提供一些參考信 息，因此要分析因子和降水量的主要周期之間的超前關(guān)系。降水主要周期變化的 信號(hào)可通過(guò)小波分析獲得。小波分析結(jié)果顯示，2 0 0 4 年夏季華南地區(qū)的降水序 列存在著兩個(gè)主要周期：從6 月1 日到7 月1 5 日以2 3 天為主要周期，從7 月 1 6 日到8 月3 1 日以9 天為主要周期( 圖6 - 1 和圖6 - 2 ) 。 圖6 - 1 2 0 0 4 年夏季華南降水資料小波分析圖 圖6 - 2 經(jīng)b a t t e r w o r t h 濾波后的降雨量( 實(shí)線) 與濾波前降雨量( 實(shí)心點(diǎn)線) 對(duì)比圖 ( a ) 只攜帶2 3 天周； i j 信號(hào)：( b ) 只攜帶9 天周期信號(hào) 通過(guò)b a t t e r w o r t h 濾波方法得到降水和各因子( 對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)) 貢獻(xiàn)指標(biāo)的 第6 章2 0 0 4 年盈季華南干旱前期距平經(jīng)向環(huán)流特征 2 3 天( 9 天) 周期諧波信號(hào)( 圖6 - 2 ) ，為了易于與降雨量的谷值( 早期) 進(jìn)行 比較，本圖將垂直運(yùn)動(dòng)乘以“一1 ”，即上升為正值，下沉為負(fù)值。比較濾波結(jié)果 發(fā)現(xiàn)，只攜帶2 3 天周期信號(hào)的潛熱加熱和渦動(dòng)量經(jīng)向溫度平流所激發(fā)經(jīng)向環(huán)流 的下沉支( 兩者貢獻(xiàn)之和達(dá)8 5 9 ) 超前于只含有2 3 天周期的華南降水的谷值 ( 早期) 4 天( 圖6 3 ) ，兩因子的超前關(guān)系都通過(guò)9 9 可信度檢驗(yàn)( 表6 - 1 ) 。從 以2 3 天周期為主的干旱發(fā)生前4 天由兩個(gè)因子造成的華南局地緯向平均經(jīng)向環(huán) 流的距平場(chǎng)來(lái)看( 圖6 - 4 a ) ，其中潛熱加熱驅(qū)動(dòng)的經(jīng)向環(huán)流距平場(chǎng)貢獻(xiàn)最大( 表 6 - 1 ) ，且與干旱發(fā)生期( 圖5 - 2 a ) 不同的是，干旱前4 天造成華南距平下沉運(yùn) 動(dòng)的高、低緯經(jīng)向環(huán)流強(qiáng)度相當(dāng)，距平經(jīng)向環(huán)流場(chǎng)以高緯反h a d l e y 型和低緯正 h a d l e y 環(huán)流型為顯著特征。此時(shí)高緯和低緯對(duì)流系統(tǒng)勢(shì)均力敵，都以外圍下沉 氣流的方式共同影響著華南。對(duì)天氣形勢(shì)分析得知，高緯度的潛熱加熱主要與 鋒面降雨有關(guān)。低緯的潛熱加熱主要與1 5 。n 附近海面上的處于初期階段熱帶 氣旋有關(guān)。與潛熱加熱不同，渦動(dòng)量經(jīng)向溫度平流主要與西風(fēng)帶上的擾動(dòng)有 關(guān)，造成的經(jīng)向環(huán)流距平場(chǎng)以中高緯反h a d l e y 環(huán)流型為特征，下沉支正好處 在華南地區(qū)( 圖6 4 b ) 。以上分析表明，在以2 3 天為主要周期的干早期發(fā)生 前4 天，有利于華南旱情的天氣形勢(shì)以中高緯西風(fēng)帶擾動(dòng)( 潛熱加熱和渦動(dòng) 量經(jīng)向溫度平流) 為主，低緯對(duì)流系統(tǒng)( 潛熱加熱) 為輔。 ! ! 睦曩曼 一一垂直逗i | l 黝 a 囂囂 j ： ；i 壤；j j j i 一44 - - - - 1 1 j u n6 j u n l 2 0 0 4 圖6 - 32 3 天周期成分時(shí)間序列點(diǎn) ( 為了便于與降雨量的谷( 峰) 值進(jìn)行比較，本圖將垂直運(yùn)動(dòng)乘以“一1 ”，即單位為一h p a s 上升為正值，下沉為負(fù)值) ( a ) 潛熱加熱：( b ) 渦動(dòng)量經(jīng)向溫度平流 4 5 2，ot吣 第6 章2 0 0 4 年夏季華南干旱前期距平經(jīng)向環(huán)流特征 圖6 4 以2 3 天周期為主的干早個(gè)例前4 天各因子對(duì)經(jīng)向環(huán)流的貢獻(xiàn) 陰影區(qū)為垂直運(yùn)動(dòng)中心( 上升為負(fù)，下沉為正，單位：1 0 h p a s “) ( a ) 潛熱加熱；( b ) 渦動(dòng)量經(jīng)向溫度平流 因子 超前時(shí)間步長(zhǎng)超前相關(guān)顯著水平所占百分 系數(shù)比 潛熱加熱4 天 o 9 8口= 0 0 18 2 5 渦動(dòng)量經(jīng)向溫度平流4 天 o 8 7口= o 0 13 4 表6 - 12 3 天周期成分時(shí)間序列的超前因子的超前時(shí)間步長(zhǎng)、超前相關(guān)系數(shù)、顯著水平 及所占總下沉運(yùn)動(dòng)百分比 以同樣的方法分析只攜帶9 天周期的信號(hào)，發(fā)現(xiàn)潛熱加熱貢獻(xiàn)雖然很大但與 降雨量卻是同期相關(guān)，預(yù)報(bào)意義不大。而超前早期4 天的華南距平下沉氣流主要 由渦動(dòng)量經(jīng)向西風(fēng)動(dòng)量平流( 占1 3 1 ) 和地面感熱通量造成( 占0 1 ) ，兩者 的超前相關(guān)都通過(guò)了9 9 可信度檢驗(yàn)( 圖6 - 5 、圖6 6 和表6 2 ) 。與渦動(dòng)量西風(fēng) 動(dòng)量平流距平場(chǎng)相聯(lián)系的主要是西風(fēng)帶上的西風(fēng)急流，故與2 3 天周期情況類似， 仍是西風(fēng)帶系統(tǒng)具有預(yù)報(bào)參考價(jià)值。 第6 章2 0 0 4 年夏季華南干旱前期距平經(jīng)向環(huán)流特征 圖6 - 59 天周期成分時(shí)間序列，點(diǎn)實(shí)線為降雨量，虛線為垂直運(yùn)動(dòng) ( 為了便于與降雨量的谷( 峰) 值進(jìn)行比較，本圖將垂直運(yùn)動(dòng)乘以”1 ”，即單位為一h p a s 上升為正值，下沉為負(fù)值) ( a ) 渦動(dòng)量經(jīng)向西風(fēng)動(dòng)量平流；( b ) 地面感熱通量 圖6 - 6 以9 天周期為主的干旱個(gè)例前4 天各因子對(duì)經(jīng)向環(huán)流的貢獻(xiàn) 陰影區(qū)為垂直運(yùn)動(dòng)中心( 上升為負(fù)，下沉為正，單位：1 0 h p a s - i ) ( a ) 渦動(dòng)量經(jīng)向西風(fēng)動(dòng)量平流；( b ) 地面感熱通量 因子超前時(shí)間超前相關(guān)顯著水平所占百分比 系數(shù) 渦動(dòng)量經(jīng)向西風(fēng)動(dòng)量平流 4 天 0 8 6d = 0 0 11 3 1 地面感熱通量4 天 0 9 0口= 0 0 1o 1 表6 29 天周期成分時(shí)間序列的超前因子的超前時(shí)問(wèn)步長(zhǎng)、超前相關(guān)系數(shù)、顯著水平及所 占總下沉運(yùn)動(dòng)百分比 綜合本節(jié)分析，最后考察合成干旱期前0 4 天實(shí)際天氣形勢(shì)。在干旱期發(fā) - 2 1 第6 章2 0 0 4 年夏季華南干旱前期距平經(jīng)向環(huán)流特征 生前4 天，5 0 0 h p a 合成實(shí)際位勢(shì)高度場(chǎng)和實(shí)際溫度場(chǎng)顯示華北附近有一條“東 北一西南”向的斜壓槽( 圖6 - 7 a ) ，高層槽前有暖平流，低層對(duì)應(yīng)為暖鋒( 低層 圖略) 。同時(shí)，在菲律賓以東海面，西太副高東風(fēng)帶上有熱帶擾動(dòng)生成。由于 中高緯擾動(dòng)激發(fā)的經(jīng)向環(huán)流下沉支正好控制華南地區(qū)( 圖6 4 和6 - 6 a ) ，使得兩 天后華南地區(qū)高壓加強(qiáng)( 圖6 7 b ) ，5 8 8 線伸入大陸，這種形勢(shì)容易使人誤以為 熱帶氣旋會(huì)沿東南引導(dǎo)氣流移動(dòng)登陸華南。然而實(shí)際情況并非如此，兩天后西風(fēng) 帶擾動(dòng)?xùn)|移加強(qiáng)并與熱帶氣旋相互作用迫使副高減弱東撤( 圖6 7 c ) 。因?yàn)槭?西風(fēng)帶槽前西南氣流和海上副高西側(cè)偏南氣流引導(dǎo)，熱帶氣旋與華南擦肩而 過(guò)，未能給華南帶來(lái)降水。這一結(jié)果提示，在預(yù)報(bào)華南夏旱時(shí)值得關(guān)注的另 一種天氣過(guò)程是中高緯西風(fēng)帶和低緯東風(fēng)帶擾動(dòng)的相互作用：在干旱發(fā)生前 幾天中高緯西風(fēng)帶擾動(dòng)造成的下沉運(yùn)動(dòng)使得西太副高略為西伸，這種天氣形勢(shì) 讓人覺得熱帶氣旋將要在華南登陸。然而在干旱發(fā)生期，高低緯的擾動(dòng)打通，迫 使西太副高減弱東撤，熱帶氣旋在副高周圍引導(dǎo)氣流及西風(fēng)槽前西南氣流影響下 繞開華南轉(zhuǎn)向東北，華南因缺少熱帶氣旋降水而發(fā)生夏旱。 圖6 75 0 0 h p a 等壓面上合成實(shí)際位勢(shì)高度場(chǎng)( 單位；g p m ) 和實(shí)際溫度場(chǎng)( 單位：k ) ( a ) 干旱前4 天 ( b ) 干旱前2 天：( c ) 干早期 第7 章總結(jié)與討論 第7 章總結(jié)與討論 用n c e p 再分析資料提供的位勢(shì)高度場(chǎng)，本研究對(duì)2 0 0 4 年6 8 月逐日 5 0 0 h p a 等壓面上5 8 8 線位置和范圍作了分析，發(fā)現(xiàn)2 0 0 4 年夏季華南干旱不完 全由西太副高控制華南、副高位置異常偏東( 異常偏北) 引起。為了找出其 它可能原因，本文在成功模擬反映2 0 0 4 年夏季華南地區(qū)緯向平均經(jīng)向環(huán)流的 基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)合小波分析、濾波、天氣形勢(shì)分析和華南局地緯向平均經(jīng)向 環(huán)流線性定量診斷，得出以下主要結(jié)論： ( 1 ) 在2 0 0 4 年華南地區(qū)夏季干旱期( 降雨異常少時(shí)期) ，通過(guò)激發(fā)經(jīng)向 環(huán)流的下沉支來(lái)維持華南地區(qū)干旱的因子主要有2 個(gè)：潛熱加熱( 占2 1 1 4 ) 和平均緯向溫度平流( 占1 3 2 ) 。其中起主要作用的潛熱加熱激發(fā)的最強(qiáng)的上 升分支位于南海地區(qū)1 5 。n 附近( 熱帶氣旋) ，熱帶氣旋外圍下沉氣流維持著 華南的高壓，加劇了華南的干旱，而此時(shí)中高緯擾動(dòng)的影響主要是與熱帶氣 旋共同作用切斷西太副高，引導(dǎo)熱帶氣旋繞過(guò)華南向偏北偏東方向移動(dòng)。 ( 2 ) 在預(yù)報(bào)華南夏早時(shí)另外一種值得關(guān)注的可能情況是，干早期發(fā)生前 中高緯西風(fēng)帶上和低緯東風(fēng)帶上的擾動(dòng)的相互作用。2 0 0 4 年的情況表明，在 華南干旱發(fā)生前4 天，以2 3 天周期為主的干旱個(gè)例中潛熱加熱驅(qū)動(dòng)的( 與鋒 面降雨有關(guān)的) 高緯反h a d l e y 型環(huán)流和( 與熱帶對(duì)流有關(guān)的) 低緯h a d l e y 型環(huán)流均在華南造成強(qiáng)度相當(dāng)?shù)木嗥较鲁吝\(yùn)動(dòng)( 占華南地區(qū)總下沉運(yùn)動(dòng) 8 2 5 ) ；反映西風(fēng)帶擾動(dòng)的還有渦動(dòng)量經(jīng)向溫度平流，由其驅(qū)動(dòng)的中高緯反 h a d l e y 型環(huán)流也在華南造成距平下沉運(yùn)動(dòng)( 占華南地區(qū)總下沉運(yùn)動(dòng)3 4 ) 。 以9 天周期為主的干旱個(gè)例中，反映西風(fēng)帶擾動(dòng)的渦動(dòng)量經(jīng)向西風(fēng)動(dòng)量平流驅(qū) 動(dòng)的中高緯反h a d l e y 型環(huán)流也造成華南地區(qū)距平下沉運(yùn)動(dòng)( 占華南地區(qū)總下 沉運(yùn)動(dòng)1 3 1 ) 。在干旱發(fā)生前，由這幾個(gè)物理過(guò)程驅(qū)動(dòng)的環(huán)流下沉支使得西 太副高略為西伸，造成熱帶氣旋可能要登陸華南的假象。然而，高低緯的擾動(dòng)在 后來(lái)的幾天打通，迫使西太副高在干早期減弱東撤，在副高四周的引導(dǎo)氣流及西 風(fēng)槽前西南氣流影響下，熱帶氣旋繞開華南轉(zhuǎn)向東北，華南因缺少熱帶氣旋降水 而發(fā)生夏旱。綜合干早期的診斷結(jié)果可知，此時(shí)華南正受熱帶氣旋外圍下沉氣流 第7 章總結(jié)與討論 影響。 需要說(shuō)明的是，由登陸華南熱帶氣旋個(gè)數(shù)偏少引起的華南夏早，每年的 情況都有所不同。有的年份是由副高偏強(qiáng)偏西使副高主體控制華南所致。有 的年份是由副高主體偏東，副高西側(cè)偏北引導(dǎo)氣流使得熱帶氣旋路徑偏東偏 北所致。而本研究的數(shù)值診斷揭示2 0 0 4 年華南夏旱的情況則有些特殊，主要 是中高緯和低緯擾動(dòng)互相作用導(dǎo)致副高東退在起作用。本文只研究了2 0 0 4 年 夏季華南干旱一個(gè)個(gè)例，其他干旱的年份是否具有同樣的特征還有待進(jìn)一步探 討。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 劉黎明，陳創(chuàng)買。廣東近4 0 年來(lái)5 9 月氣候變化及主要農(nóng)作物的關(guān)系。見：高由禧，陳 刨買等編著。廣東災(zāi)害性氣候的分析和預(yù)測(cè)研究。廣州：中山大學(xué)出版社，1 9 9 9 ，1 7 1 1 7 8 。 吳國(guó)雄等。副熱帶高壓形成和變異的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題?？茖W(xué)出版社，2 0 0 2 。4 5 p p 。 梁必琪。天氣學(xué)教程。氣象出版社，1 9 9 5 。2 4 3 p p 。 李春虎，黃福均，羅哲賢。臺(tái)風(fēng)活動(dòng)對(duì)副熱帶高壓位置和強(qiáng)度的影響。高原氣象，2 0 0 2 ， 2 1 ( 6 ) ：5 7 6 5 8 2 。 5 陳聯(lián)壽，丁一匯。西太平洋臺(tái)風(fēng)概論。科學(xué)出版社，1 9 7 9 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1 3 袁卓建，王同美。局地經(jīng)向環(huán)流的診斷方程 c 。見：中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所編著。 東亞季風(fēng)和中國(guó)暴雨。北京：氣象出版社，1 9 9 8 ：4 9 6 5 0 5 。 1 4 孫建華，衛(wèi)捷，張小玲，趙思雄，陶詩(shī)言。2 0 0 4 年夏季的天氣及預(yù)測(cè)試驗(yàn)。氣候與環(huán) - 2 5 參考文獻(xiàn) 境研究。2 0 0 5 ，l o ( 1 ) ：2 - 1 8 。 1 5 w a nz h u o j i a n w a n gt o n g - m e i h eh a i y a ne ta 1 ac o m p a r i s o nb e t w e e nn u m e r i c a l s i m u l a t i o no ff o r c e dl o c a lh a d l e y ( a n t i l t a d l e y ) c i r c u l a t i o ni ne a s ta s i aa n d i n d i a nm o n s o o nr e g i o n s j a d v a n c e si na t m o s p