【摘要】：降水的時(shí)空變化特征及其形成機(jī)理是天氣氣候研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題,也是深入理解洪澇災(zāi)害成因的基礎(chǔ)。本論文針對(duì)以往日降水資料時(shí)間分辨率的局限性,利用1982-2012年高分辨率的逐小時(shí)降水資料,分區(qū)域研究了降水量、降水頻數(shù)及強(qiáng)度、降水過(guò)程及其持續(xù)時(shí)間的時(shí)空分布特征,對(duì)比了強(qiáng)度與頻數(shù)因子在降水量變化中的貢獻(xiàn);然后重點(diǎn)分析了華南地區(qū)(該地區(qū)降水增加最明顯)降水異常變化的可能原因;進(jìn)而對(duì)比了華南前汛期與后汛期的降水特征,尤其是日變化特征的差異,并進(jìn)一步利用再分析數(shù)據(jù)及日循環(huán)降水模擬試驗(yàn)的結(jié)果,探究了華南地區(qū)降水日變化差異的可能機(jī)制。最后基于對(duì)降水發(fā)生發(fā)展機(jī)制的理解,探索構(gòu)造了一個(gè)具有預(yù)報(bào)意義的綜合物理指數(shù)。論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)我國(guó)逐小時(shí)降水資料較完整的站點(diǎn)主要位于東部地區(qū),通過(guò)對(duì)東部地區(qū)汛期(5-9月)降水時(shí)空變化特征的研究發(fā)現(xiàn),大部分地區(qū)呈現(xiàn)出強(qiáng)降水增多、弱降水減少的趨勢(shì),但降水量在各強(qiáng)度等級(jí)的變化存在明顯的區(qū)域差異,其中降水量增加最顯著的區(qū)域是華南地區(qū)(因此本文選擇該地區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)研究)。通過(guò)對(duì)比影響降水量變化的強(qiáng)度及頻數(shù)因子發(fā)現(xiàn),降水頻數(shù)的變化對(duì)降水量變化起主導(dǎo)作用,其貢獻(xiàn)率超過(guò)了95%,在頻數(shù)變化中,又以強(qiáng)降水頻數(shù)變化的貢獻(xiàn)最大,這將增大洪澇災(zāi)害發(fā)生的概率。(2)為了探討華南地區(qū)降水增加的可能原因,統(tǒng)計(jì)對(duì)比了20個(gè)常用物理因子與逐小時(shí)降水量的相關(guān)系數(shù),發(fā)現(xiàn)逐小時(shí)降水與850 hPa渦度的相關(guān)性最強(qiáng),而在影響渦度變化的各因子中,輻合輻散項(xiàng)的貢獻(xiàn)最大。然后通過(guò)對(duì)氣候背景場(chǎng)的分析,探明了華南地區(qū)降水增加的一種可能原因:即近年來(lái)西太平洋副熱帶高壓的西伸脊點(diǎn)偏西,使得華南地區(qū)高層輻散加強(qiáng),低層輻合及水汽輸送也加強(qiáng),導(dǎo)致對(duì)流層低層渦度增加,有利于觸發(fā)更多、更強(qiáng)的對(duì)流,從而導(dǎo)致華南地區(qū)降水增加。(3)華南地區(qū)降水的集中期可分為前汛期與后汛期,研究結(jié)果表明,前、后汛期的逐小時(shí)降水特征存在較大差異,尤其是降水的日變化及持續(xù)時(shí)間:前汛期降水量的日變化呈雙峰型,峰值分別出現(xiàn)在凌晨與午后,其中凌晨峰值的區(qū)域主要位于華南西部,這也是華南前汛期降水的一個(gè)獨(dú)特之處,降水強(qiáng)度較小,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),且降水的峰值時(shí)刻存在自西向東的位相延遲特征(主要位于112°E以西);而具有午后峰值的區(qū)域主要位于華南東部,降水強(qiáng)度較大,持續(xù)時(shí)間短;后汛期降水在華南西部與東部地區(qū)均出現(xiàn)午后峰值,雖然在110°E以西依然具有峰值時(shí)刻的位相延遲特征,但比前汛期明顯偏弱。(4)為了研究華南地區(qū)降水日變化的原因,利用再分析數(shù)據(jù)和中尺度模式WRF日循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了診斷分析,其中日循環(huán)試驗(yàn)選取2006-2010年4-6月0000UTC的平均值作為初始條件,以平均的0000、0600、1200及1800UTC作為循環(huán)的邊界條件。結(jié)果表明,日循環(huán)試驗(yàn)成功地模擬了華南地區(qū)降水日變化的主要特征;在華南地區(qū)的西部及東部,降水日變化的形成原因有所不同,其中華南西部降水峰值位相自西向東的延遲,與從云貴高原至廣西盆地對(duì)流發(fā)展的日變化以及低空急流發(fā)展的日變化密切相關(guān),該區(qū)域的低空急流主要是位于900-850 hPa的西南風(fēng)急流,發(fā)生時(shí)間主要在夜間至清晨(1500-2300UTC);相比而言,華南東部的午后熱對(duì)流發(fā)展顯著,與午后降水峰值(0600-1200UTC)的出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)。(5)強(qiáng)降水是在多種因素的綜合作用下產(chǎn)生的,本文基于對(duì)強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展機(jī)制的理解,嘗試性地構(gòu)造了一個(gè)新的綜合物理指數(shù)THP。THP指數(shù)將熱力、動(dòng)力和水汽條件進(jìn)行了集成,使有利于強(qiáng)降水出現(xiàn)的前期強(qiáng)信號(hào)得到疊加與放大,其穩(wěn)定性明顯優(yōu)于同類單一物理量指數(shù)。實(shí)踐檢驗(yàn)表明,THP指數(shù)不僅在華南地區(qū),而且在我國(guó)東部地區(qū)盛夏期間均具有良好的適用性;THP指數(shù)的大值區(qū)與未來(lái)6h的降水中心基本對(duì)應(yīng),其變化可以有效表征強(qiáng)降水過(guò)程的發(fā)展和移動(dòng);對(duì)于降水發(fā)生時(shí)刻的預(yù)報(bào),THP指數(shù)的位相變化超前于地面降水的變化,具有較好的預(yù)報(bào)指示性。
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【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P426.6
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本文編號(hào)：2324589