特殊大地形背景下塔里木盆地夏季降水過程及其大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)

徐祥德 ，王寅鈞 ，，魏文壽 ，趙天良 ，徐洪雄

（1.中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室，北京 100081；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京210044；3.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊830002）

塔克拉瑪干沙漠位于中國最大的內(nèi)陸盆地——塔里木盆地，東西長約1 000 km，南北寬約400 km，面積約337 600 km2，流動沙丘約占整個沙漠的85%。地勢自西南向東北傾斜，沙漠四周由綠洲和高山環(huán)繞，中國第一大內(nèi)陸河塔里木河從中穿過，與荒漠過渡帶一起構(gòu)成了獨特而脆弱的生態(tài)環(huán)境，是內(nèi)陸干旱區(qū)對氣候變化響應(yīng)極為敏感的區(qū)域[1]。水是綠洲的命脈，是綠洲生態(tài)系統(tǒng)中的決定要素之一，塔克拉瑪干沙漠腹地被稱為“死亡之?！保谒死敻缮衬兴Y源是沙漠生態(tài)與資源開發(fā)系統(tǒng)的生命線。

地處中國西北干旱半干旱地區(qū)的塔里木盆地，由于地理位置處于季風(fēng)邊緣，既受西風(fēng)帶控制，又受季風(fēng)影響，加上三面高山環(huán)繞，C字型大地形特征，在大氣環(huán)流的作用下形成復(fù)雜的水汽輸送通道，使得該地區(qū)對氣候變化顯得十分敏感和脆弱，降水年際變化極不穩(wěn)定。塔里木河流域由水引起的生態(tài)惡化，在我國內(nèi)陸河流中具有代表性[2]。

圖1 青藏高原與塔里木盆地大地形圖

青藏高原與天山環(huán)抱塔里木盆地，沙漠與綠洲構(gòu)成了干旱區(qū)域特殊的盆地景觀。C字型大地形山脈與盆地形成復(fù)雜水份內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)（圖1）。塔里木盆地周邊氣象資料和塔中站資料的分析表明，沙漠腹地是水汽含量的低值區(qū)而不是高值區(qū)，水汽含量僅為7～8 mm，NCEP/NCAR再分析資料在塔克拉瑪干沙漠地區(qū)偏差很大，得出的沙漠是大氣含水量高值中心的結(jié)論與實際情況明顯不符。該區(qū)域沙漠下墊面水、熱過程特殊熱源結(jié)構(gòu)與西風(fēng)帶相互作用，在周邊特殊大地形結(jié)構(gòu)影響下，造就了塔里木盆地獨特空中水汽分布格局及其大氣水分循環(huán)特征，揭示特殊大地形環(huán)抱的塔里木盆地沙漠區(qū)域降水過程機制將有助于解讀被稱為“死亡之?！钡拇伺璧貐^(qū)域特有的水分循環(huán)結(jié)構(gòu)。本文將從盆地沙漠區(qū)域視熱源、水汽匯動力、熱力特征及其對沙漠區(qū)降水過程的影響作用視角，初步剖析此盆地沙漠特殊的水分循環(huán)結(jié)構(gòu)。本文亦將進一步探討被稱為“死亡之?！彼死敻缮衬疄楹纬霈F(xiàn)盛夏“雨季”，并觀測到有些年份夏季沙漠多降水現(xiàn)象？

1 資料說明

本文使用了中國國家級地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集（V3.0），包含了中國基本、基準氣象站、一般氣象站在內(nèi)的主要2 474個站點1951年1月—2012年7月本站氣壓、氣溫、降水量、蒸發(fā)量、相對濕度、風(fēng)向風(fēng)速、日照時數(shù)和0 cm地溫要素的日值數(shù)據(jù)。

本文還使用了2000—2012年7月6 h時間間隔的NCEP1°×1°格點的再分析資料，以及1948—2012年NCEP2.5°×2.5°月值的格點再分析資料。

本文使用NCAR/NCEP再分析2.5°×2.5°資料中的月平均緯向風(fēng)u、經(jīng)向風(fēng)v、比濕場q、地面氣壓ps，對水汽輸送進行整層積分的計算，分析陸面或海面到300 hPa高度整層大氣的水汽及其輸送特征，垂 直 方 向 上 取 1 000 hPa、925 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa和 300 hPa，共 8 層。其中，整層緯向水汽輸送Qu，經(jīng)向水汽輸送Qv的計算方法如下：

其中：g為重力加速度，u、v分別為緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)分量，q為比濕，ps為地面氣壓，pt為大氣柱上邊界氣壓，取300 hPa。

由NCEP資料采用Yanai[3]給出的“倒算法”計算得出的逐層視熱源（Q1）和水汽匯（Q2）。

Q1和 Q2的計算公式如方程（3）、（4）所示，式中s=cpT+gz為干靜力能，是顯熱能（或感熱）與重力位能的和，k=R/cp，R和cp分別為干空氣氣體常數(shù)和定壓比熱，θ為位溫，T為氣溫，q為比濕，V為水平風(fēng)向量，ω為垂直速度，L為凝結(jié)潛熱，其它為氣象常用符號。式中“一”代表區(qū)域平均值（文中取為九點面積平均值）。

粒子擴散模式 Flexpart（Lagrangian Particle Dispersion Model）是由挪威學(xué)院大氣系空氣研究所和氣候所開發(fā)[4]，它是一個拉格朗日粒子擴散模式，可以用來追蹤大氣成分軌跡。Flexpart模式能夠計算大量的粒子群軌跡，用這個軌跡來描述示蹤物在大氣中的傳輸和擴散過程。

2 塔克拉瑪干沙漠降水時空分布特征

有關(guān)文獻提出塔克拉瑪干沙漠大降水的雨跡主要出現(xiàn)在夏季（6—8月），占總次數(shù)的84.4%；春秋兩季雨跡出現(xiàn)頻次很少，只占總次數(shù)的15.6%。1988年1—12月在塔克拉瑪干沙漠腹地滿西（40°06′N，83°06′E）進行定位觀測[5]。年降水量為 84.9 mm；7，8月份最集中，占全年的61%；7月份最多，占全年的44%。從實測資料和通過衛(wèi)星監(jiān)測雨跡的次數(shù)對比分析可以清楚地看出:塔克拉瑪干沙漠降水集中于盛夏，可稱為“雨季”。此外，實測資料表明降水變量大。一次大降水強度大，降水量多。如1988年7月23—24日降水量達28.2 mm，而在夜間半小時內(nèi)降水達20mm，當時地面有積水。

計算塔里木盆地1961—2012年月際變化（圖2a）可發(fā)現(xiàn)該區(qū)域降水量全年12月、1月為低谷，7月為峰值，且其降水月際變化與新疆區(qū)域、天山區(qū)域特征十分吻合。另外，沙漠夏季降水量年際變化趨勢與新疆區(qū)域、天山亦有相似特征，但變化長周期峰值有超前現(xiàn)象（圖2b）。由表1可知塔克拉瑪干沙漠夏季降水與新疆區(qū)域有顯著相關(guān)，且與天山亦有很好的相關(guān)。

3 與大地形相互影響塔克拉瑪干沙漠盆地山谷風(fēng)效應(yīng)

塔里木盆地作為中國最大的內(nèi)陸盆地，三面為昆侖山、喀喇昆侖山與天山環(huán)繞，其周邊特殊的地貌構(gòu)成了塔克拉瑪干沙漠類似山谷風(fēng)的特殊日變化環(huán)流結(jié)構(gòu)。由于盆地特殊地形影響，上述天氣系統(tǒng)在這里的移動性差，某些天氣（現(xiàn)象）系統(tǒng)在盆地內(nèi)部滯留的時間長，水分（水汽、云，蒸發(fā)、降水量）在盆地內(nèi)部的循環(huán)比較明顯等。而且形成了一些獨特的天氣現(xiàn)象如盆地的過熱奇寒、穩(wěn)定溫度層結(jié)，氣壓日變化大，春季翻山大風(fēng)、陰霧天氣、類山谷風(fēng)等[6]。張學(xué)文分析認為，阿克蘇河上游地區(qū)的降水增加特別明顯，就是由灌溉蒸發(fā)量加大和類山谷風(fēng)共同作用造成的[7]。

表1 1961—2012年塔里木盆地沙漠區(qū)域夏季降水與天山區(qū)域、新疆區(qū)域夏季降水的相關(guān)系數(shù)

使用NCEP 6 h間隔的數(shù)據(jù)（UTC 00 06 12 18對應(yīng)當?shù)貢r06凌晨12中午18傍晚00深夜，后面描述全用當?shù)貢r），計算了2000—2012年7月新疆塔里木盆地沙漠以及周邊地區(qū)的緯向、經(jīng)向的溫度、位溫、比濕和風(fēng)速日變化距平的垂直剖面圖（圖3），可以很好的描述出該區(qū)域的邊界層的結(jié)構(gòu)以及日變化特征。塔里木盆地沙漠地區(qū)由于四周環(huán)山（西側(cè)帕米爾高原、東側(cè)阿爾金山、北側(cè)天山、南側(cè)青藏高原），無論緯向、經(jīng)向剖面圖的環(huán)流都表現(xiàn)為類似不同尺度“山谷風(fēng)”的特征。白天地表受到輻射加熱增溫，中午沙漠南側(cè)青藏高原加熱顯著形成增溫變化高值柱，盆地邊緣氣流沿兩邊山坡爬升為主。傍晚東—西向垂直剖面圖沙漠邊緣氣流沿兩側(cè)山坡爬升；南—北向垂直剖面圖沙漠南側(cè)青藏高原呈“加熱柱”出現(xiàn)沙漠區(qū)域與北側(cè)山地向青藏高原大范圍爬升的大尺度“山谷風(fēng)”。夜間高原地面輻射冷卻降溫明顯，冷空氣沿山坡下滑，盆地邊緣邊界層低層以下沉氣流為主，盆地的中間區(qū)域邊界層中上層剩余層中的白天暖空氣產(chǎn)生上升氣流。白天在盆地的中間區(qū)域邊界層存在冷空氣下沉，南—北向垂直剖面圖上可發(fā)現(xiàn)夏季越過青藏高原、天山兩側(cè)氣流在沙漠中部下沉，其與深夜環(huán)流方向相反，呈周邊山地與盆地沙漠間多尺度“山谷風(fēng)”效應(yīng)。

白天由于沙漠盆地干旱少雨，地面吸收太陽輻射強烈，地面感熱通量較強，使得對流邊界層（CBL）發(fā)展極為深厚，從傍晚計算的位溫各時刻平均值分析其結(jié)果可看出900～600 hPa具有明顯的混合層特征，垂直梯度較小，CBL頂部可以達到600 hPa高度左右（離地高度約3 000 m），大約600～500 hPa為夾卷層，位溫隨高度增加速度明顯加快（圖略）。

由于沙漠區(qū)域比濕的日變化主要受到大尺度比濕平流以及比濕垂直輸送和小尺度的湍流擴散兩方面的作用，夜間沿高山下滑的氣流相對于盆地邊緣是潮濕的，夜間持續(xù)的比濕平流以及比濕垂直輸送作用使得盆地邊界層低層濕度增加比較明顯，另一方面，夜間穩(wěn)定邊界層的層結(jié)使得地表的水汽難以通過湍流擴散向高層輸送，大氣處于比較穩(wěn)定的保守狀態(tài)，其邊界層大氣的比濕要比白天的高一些，這一點在高原表現(xiàn)的更為明顯；白天盆地沙漠環(huán)流特征與夜間相反，盆地干的空氣沿山坡爬升，流入盆地邊界層低層的是邊界層中上層相對干的下沉氣流，另一方面，由于盆地和高原的白天對流邊界層都發(fā)展深厚，地表的水汽通過湍流混合進入邊界層中上層，900～600 hPa混合層比濕的垂直梯度相對于夜間明顯減小，從距平圖上可以看到邊界層低層比濕是負距平，高層一般是正距平。

上述計算分析結(jié)果表明塔里木盆地沙漠邊界層輻射強日變化疊加上周邊高原大地形“山谷風(fēng)”效應(yīng)導(dǎo)致高山環(huán)抱盆地的獨特水、熱過程與局地環(huán)流的日變化特征。

4 塔克拉瑪干沙漠“C”型大地形熱源效應(yīng)及其與降水的相關(guān)特征

圖3 塔里木盆地及周邊山地2000—2012年7月世界時UTC

有關(guān)文獻指出由于塔里木河流域地形十分復(fù)雜，且塔里木河流域地處塔克拉瑪干大沙漠腹地，受西風(fēng)控制且處于季風(fēng)邊緣，三面環(huán)山，被一個背對西風(fēng)的C型大地（圖4）形包圍，形成了該地區(qū)獨特而復(fù)雜的區(qū)域地理特征。但大地形、西風(fēng)環(huán)流以及季風(fēng)在區(qū)域氣候形成中的相互作用關(guān)系尚不清楚[8]。

圖4 塔里木盆地C型地形圖

為探討西風(fēng)帶波流作用背景下C型大地形環(huán)抱的塔里木盆地沙漠區(qū)域特殊下墊面熱力過程響應(yīng)特征，本文將區(qū)域大氣熱源結(jié)構(gòu)分布作為切入點，通過計算1971—2012年整層視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）發(fā)現(xiàn)周邊大地形的塔里木盆地沙漠夏季為視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）的相對高值中心（圖5a、b），這現(xiàn)象反映了特殊周邊大地形包圍的盆地與沙漠下墊面呈區(qū)域性強輻射及其熱源極值特征；另外，由整層熱源東—西向垂直剖面圖（圖5c、d）亦可發(fā)現(xiàn)上述周邊為山地的塔里木盆地上空為柱狀視熱源（Q1）與水汽匯（Q2），且盆地上空兩類熱源呈非對稱結(jié)構(gòu)，其向C型東部開口處延伸（圖5c、d）。

計算分析可進一步揭示出1971—2012年上述盆地沙漠兩類視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）分別與夏季（6—8月）降水年際變化具有同位相特征，且熱源與降水年際變化的趨勢亦有相似特征（圖5e、f）；上述盆地沙漠視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）分別與夏季（6—8月）降水相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.115 1、0.124 2（圖5g，h），相關(guān)系數(shù)均達到95%信度水平，這表明周邊大地形的盆地沙漠其熱源是其區(qū)域降水的重要影響因子。

有關(guān)研究表明[9]，新疆年降水量存在顯著的6 a準耦合振蕩，北疆北部、中天山及吐魯番盆地、南疆西部具有5～8或8～10 a短周期等。有關(guān)文獻亦提出過去60 a以準3 a短周期為主，并認為近20 a的濕期已結(jié)束[10]，利用小波分析可得到變量在時間頻率域中的分布及多周期變化特征，本文計算了塔里木盆地區(qū)域1961—2012年夏季降水與視熱源（Q1）、水汽匯（Q2）周期特征，由上述三項小波分析可發(fā)現(xiàn)盆地夏季降水顯著周期集中在2～3 a和6～7 a；視熱源（Q1)同期顯著周期亦集中在2～3 a和7 a；水汽匯（Q2）顯著周期則集中約在2～3 a。由此可知塔里木盆地區(qū)域夏季降水亦與視熱源（Q1）顯著周期特征呈相近之處，此小波分析結(jié)果亦表明盆地夏季視熱源與降水年際變化周期特征存在顯著的相關(guān)性。但水汽匯（Q2）僅與降水、視熱源（Q1）在短周期有所相似（圖6a，b，c）。

5 盆地?zé)嵩唇Y(jié)構(gòu)與降水過程動力機制

考慮塔里木盆地夏季降水過程動力、熱力結(jié)構(gòu)分別與區(qū)域視熱源（Q1）、水汽匯（Q2）相關(guān)特征，本文計算了1971—2012年（6—8月）該沙漠降水、視熱源（Q1）、水汽匯（Q2）分別與該區(qū)域夏季各層渦度、散度及流場三維相關(guān)結(jié)構(gòu)，并對比分析盆地降水、視熱源（Q1）、水汽匯（Q2）三者與各動力物理量分量相關(guān)特征。圖7為該盆地沙漠區(qū)降水、視熱源（Q1）、水汽匯（Q2）與散度物理量、風(fēng)場（u、w）相關(guān)系數(shù)在緯帶（38°N）東—西向垂直剖面圖。由圖6a、b、c可發(fā)現(xiàn)兩側(cè)為山地的該盆地沙漠區(qū)夏季降水與該區(qū)域低層500 hPa強輻合與300 hPa以上高層強輻散呈顯著的上、下配置的正、負相關(guān)極值區(qū)（藍、紅色范圍均超過90%信度標準的相關(guān)區(qū)），這表明沙漠降水與該區(qū)域大氣動力結(jié)構(gòu)中高層強輻散、中低層強輻合動力效應(yīng)密切相關(guān)，對比圖7a、b、c亦可發(fā)現(xiàn)視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）相比較，前者相關(guān)的輻散、輻合結(jié)構(gòu)特征與該區(qū)域夏季降水動力結(jié)構(gòu)更為相似。這表明沙漠降水的啟動過程視熱源（Q1）是關(guān)鍵的熱力驅(qū)動因素。

本文還計算1971—2012年塔里木盆地夏季降水、視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）與渦度三維相關(guān)結(jié)構(gòu)，計算結(jié)果亦可揭示出兩者均與降水渦度動力結(jié)構(gòu)有顯著相關(guān)，且視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）相比較，前者的渦度物理量垂直相關(guān)結(jié)構(gòu)特征與降水動力結(jié)構(gòu)亦更為接近（圖略）。

另外，針對上述圖7b38°N緯向東—西向垂直剖面圖視熱源（Q1）與風(fēng)場（u、w）在高層（200～300 hPa）東側(cè)存在一垂直剖面上風(fēng)矢“匯合奇點”。

圖5 塔里木盆地1971—2012年多年平均夏季視熱源、水汽匯三維空間分布及其與降水的相關(guān)特征

圖6 1961—2012 年塔里木盆地夏季降水（a），視熱源（Q1）（b），水汽匯（Q2）（c）Morlet小波分析

本文還計算了盆地與沙漠上空夏季降水、視熱源（Q1）分別與 250 hPa、500 hPa的高低不同層次風(fēng)場相關(guān)矢量場，由圖8a、b可揭示出降水與視熱源（Q1）的高層（250 hPa）在沙漠與盆地上空為強反氣旋性相關(guān)矢環(huán)流，且沙漠與盆地上空正處于反氣旋相關(guān)環(huán)流東側(cè)的強輻散極值區(qū)，同樣在500 hPa中低層沙漠上空兩者（降水、Q1）與風(fēng)場、散度場相關(guān)亦對應(yīng)著氣旋性相關(guān)環(huán)流，且均處于相關(guān)環(huán)流中間的強輻合區(qū)，值得注意的是在盆地與沙漠兩者與輻散相關(guān)場為負相關(guān)極值區(qū)，其均強輻合中心區(qū)，且周邊對應(yīng)于C型高原山地區(qū)域強輻散區(qū)（圖8c，d）。

6 盆地降水過程水汽輸送通道及其水汽源

塔克拉瑪干沙漠大降水和水汽主要來自西方和北方，在一定環(huán)流形勢下，阿拉伯海、印度半島、孟加拉灣的水汽可以北涌越過青藏高原進入塔里木盆地，有充分水汽和持續(xù)的足夠強的上升運動才能形成沙漠大降水。造成塔克拉瑪干沙漠大降水的系統(tǒng)性云系分為5大類4種（冷鋒渦旋云系類；大槽、低渦云系類；南支槽盾狀云系類；副熱帶西風(fēng)急流云系類；短波云系迭加與南北云系結(jié)合類）。天氣事實和3 a的監(jiān)測結(jié)果表明:56.2%沙漠雨跡的產(chǎn)生是由兩種或兩種以上天氣尺度系統(tǒng)性云系結(jié)合或迭加的結(jié)果。具體表現(xiàn)為南北云系的結(jié)合和高低空云系的迭加及上下游云系的合并[11]。

圖7 塔里木盆地1971—2012年平均夏季降水量（a），視熱源（Q1）（b），水汽匯（Q2）（c）與各層散度相關(guān)的（38°）緯向垂直剖面圖

圖8 1971—2012年塔里木盆地夏季降水量（a），視熱源（Q1）（b）與250 hPa散度、風(fēng)速u、v的相關(guān)場及塔里木盆地夏季降水量（c），視熱源（Q1）（d）與 500 hPa散度、風(fēng)速 u、v的相關(guān)場

考慮整層水汽匯（Q2）不僅反映了空中水汽輸送與水汽局地變化的狀態(tài)，而且與大氣動力、熱力過程存在密切的相關(guān)，本文采用夏季該盆地區(qū)域整層水汽匯（Q2）與大范圍東亞區(qū)域整層水汽輸送通量（Qu、Qv）求取同期水汽輸送通量相關(guān)矢量場（圖9a），由圖9a可發(fā)現(xiàn)塔里木盆地沙漠區(qū)域夏季降水水汽源一支來自西部里海、黑海，可追溯至大西洋，另一支來自低緯阿拉伯海、印度半島、孟加拉灣，且南支與北支水汽通道相匯合北涌跨越青藏高原進入盆地，提供了該區(qū)域夏季沙漠空中水資源，并通過該區(qū)域強熱源形成的上升運動觸發(fā)機制，形成沙漠降水，甚至發(fā)生局地異常強降水。采用Flexpart模型追蹤塔里木盆地沙漠區(qū)域水汽后向軌跡，其盆地區(qū)域經(jīng)緯度范圍為 37°～40°N，75°～84°E，高度為 100～6 000 m，粒子群釋放時刻為降水過程2012年7月25日00時，后向軌跡模擬至2012年7月13日00時，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)水汽軌跡來源主要分為兩支，一支來自北側(cè)和西側(cè)的水汽流起了主要作用，另一支水汽流來自低緯阿拉伯海、印度半島、孟加拉灣的北涌跨越高原的南支氣流也輸送了部分水汽。圖9a、b描述了塔里木盆地降水的水汽流與后向軌跡某種程度存在相似之處。

7 討論與結(jié)論

（1）計算分析結(jié)果表明塔里木盆地沙漠邊界層輻射強日變化疊加上周邊高原大地形“山谷風(fēng)”效應(yīng)導(dǎo)致高山環(huán)抱盆地與沙漠區(qū)的獨特水、熱過程與局地環(huán)流的日變化特征。

（2）該區(qū)域降水量全年12月、1月為低谷，7月為峰值，且其降水月際變化與新疆地區(qū)、天山區(qū)域特征十分吻合。另外，盆地與沙漠區(qū)夏季降水量年際變化趨勢與新疆地區(qū)、天山區(qū)域亦有相似特征。

（3）通過計算 1971—2012年整層視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）發(fā)現(xiàn)周邊大地形的塔里木盆地沙漠區(qū)夏季為視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）的相對高值中心（圖5a、b），這現(xiàn)象反映了特殊周邊大地形包圍的沙漠下墊面呈區(qū)域性強輻射及其熱源極值特征。

（4）盆地與沙漠兩類視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）分別與夏季（6—8月）降水年際變化具有同位相特征，且熱源與降水年際變化的趨勢亦有相似特征（圖5e、f）；上述盆地、沙漠視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）分別與夏季（6—8月）降水相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.115 1、0.124 2（圖5g、h），相關(guān)系數(shù)均達到 95%信度水平，這表明周邊大地形的盆地與沙漠其熱源是其區(qū)域降水的重要影響因子。

（5）本文將區(qū)域大氣熱源結(jié)構(gòu)分布作為切入點，計算分析可進一步揭示出盆地與沙漠兩類視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）分別與夏季（6—8月）降水年際變化具有同位相特征，且熱源與降水年際變化的趨勢亦有相似特征，盆地夏季降水顯著周期集中在2～3 a和6～7 a；視熱源（Q1）同期顯著周期亦集中在2～3 a和7 a；水汽匯（Q2）顯著周期則集中約在2～3 a。此小波分析結(jié)果亦表明盆地夏季視熱源與降水年際變化周期特征存在顯著的相關(guān)性。這表明周邊大地形的盆地與沙漠熱源是該區(qū)域降水的重要影響因子。

（6）為探討西風(fēng)帶波流作用背景下C型大地形環(huán)抱的塔里木盆地沙漠區(qū)域特殊下墊面熱力過程響應(yīng)特征，通過計算1971—2012年整層視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）發(fā)現(xiàn)周邊大地形的塔里木盆地沙漠夏季為視熱源與水汽匯的相對高值中心，整層熱源東—西向垂直剖面圖亦可發(fā)現(xiàn)上述周邊為山地的塔里木盆地上空為柱狀視熱源與水汽匯，且盆地上空兩類熱源呈非對稱結(jié)構(gòu)，其向C型向東部開口處延伸。這現(xiàn)象反映了特殊周邊大地形包圍的C型盆地與沙漠下墊面呈區(qū)域性強輻射及其熱源極值特征。

圖9 塔里木盆地水汽追蹤

（7）發(fā)現(xiàn)兩側(cè)為山地的塔里木盆地與沙漠夏季降水與該區(qū)域低層（500 hPa）強輻合與300 hPa以上高層強輻散呈顯著的上、下配置的正、負相關(guān)極值區(qū)（范圍均超過90%信度標準），這表明盆地與沙漠降水與該區(qū)域大氣動力結(jié)構(gòu)中高層強輻散、中低層強輻合動力效應(yīng)密切相關(guān)，視熱源（Q1）與水汽匯（Q2）相比較，前者相關(guān)的輻散、輻合結(jié)構(gòu)特征與該區(qū)域夏季降水動力結(jié)構(gòu)更為相似。同時表明盆地沙漠降水的啟動過程視熱源（Q1）是關(guān)鍵的熱力驅(qū)動因素。

（8）考慮整層水汽匯（Q2）不僅反映了空中水汽輸送與水汽局地變化的狀態(tài)，而且與大氣動力、熱力過程存在密切的相關(guān)，本文采用夏季塔里木盆地與沙漠區(qū)域整層水汽匯（Q2）與大范圍東亞區(qū)域整層水汽輸送通量（Qu、Qv）求取同期水汽輸送通量相關(guān)矢量場（圖9a），由圖9a可發(fā)現(xiàn)塔里木盆地沙漠區(qū)域夏季降水水汽源一支來自西部里海、黑海，可追溯至大西洋，另一支來自低緯阿拉伯海、印度半島、孟加拉灣，且南支與北支水汽通道相匯合北涌越過青藏高原進入盆地，為該區(qū)域夏季提供了空中水資源，并通過該區(qū)域強熱源形成的上升運動觸發(fā)機制，形成沙漠降水，甚至發(fā)生局地異常強降水。采用Flexpart模型追蹤塔里木盆地沙漠區(qū)域水汽后向軌跡，亦印證了上述南北水汽流匯合特征。

圖10 1971—2012年塔里木盆地夏季降水量與春季整層視熱源（Q1）（a），整層水汽匯（Q2）（b）年際變化圖；1971—2012年塔里木盆地各年夏季降水量與春季整層視熱源（Q1）（c），整層水汽匯（Q2）（d）相關(guān)散點圖

上述研究表明青藏高原與天山環(huán)抱的C型塔里木盆地整層熱源（Q1、Q2）與夏季降水過程動力結(jié)構(gòu)呈顯著相關(guān)，且該盆地與周邊山地存在類似山谷風(fēng)等的相互作用。另外，大地形環(huán)抱的C型盆地亦具有動力、熱力過程及其水分內(nèi)循環(huán)的相對“封閉性”特征。本文計算了該盆地春季視熱源（Q1）、水汽匯（Q2）與夏季降水量相關(guān)關(guān)系，由圖10可發(fā)現(xiàn)上述周邊特殊地形背景下塔里木盆地春季整層熱源對其夏季降水量亦有很好的相關(guān)特征，春季盆地視熱源（Q1）、水汽匯（Q2）與夏季降水量相關(guān)系數(shù)R2達0.127、0.064 7，均達到90%以上信度標準，尤其春季盆地整層視熱源與夏季降水年際變化相關(guān)矢表明盆地?zé)嵩磳ο募窘邓嬖陲@著的前兆性相關(guān)“強信號”。

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