氣候變化背景下高海拔地區(qū)流場變化特征分析

王琳璐　梁虹

摘 要：本文使用1980—2013年月平均NCEP/NCAR再分析資料，以青藏高原為例，利用爬流和繞流的方程將高原的表層風(fēng)場分解為繞流和爬流兩個分量，得出了青藏高原地表面實際風(fēng)場的繞流和爬流，從而分析青藏高原季節(jié)流場演變的特征。

關(guān)鍵詞：流場特征;青藏高原;季節(jié)變化;爬流;繞流

中圖分類號：P426.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）20-0147-03

Analysis of Flow Field Change Characteristics in High Altitude

Area under Climate Change Background

WANG Linlu1 LIANG Hong2

（1.Dehong Mangshi Airport，Mangshi Yunnan 678400;2.Guigang Meteorological Bureau，Guigang Guangxi 537100）

Abstract： Based on the monthly mean NCEP/NCAR reanalysis data from 1980 to 2013， taking the Qinghai-Tibet plateau as an example， this paper used the equations of creeping flow and flow around to decompose the surface wind field of the plateau into two components of flow and creep， and obtained the flow and creep of the actual wind field on the Qinghai-Tibet Plateau， thus analyzing the characteristics of the seasonal flow field evolution of the Qinghai-Tibet plateau.

Keywords： flow field characteristics;Qinghai-Tibet Plateau;seasonal changes;climbing current;flow around

本文使用的是1980—2013年NCEP/NCAR提供的再分析資料。所需的要素數(shù)據(jù)包括月平均sig995層的表層風(fēng)場的繞流和爬流以及地表面的位勢高度，水平分辨率為2.5°×2.5°。NCEP/NCAR供應(yīng)的sig995層風(fēng)場再分析資料代替了數(shù)值模擬所需要的地表面實際風(fēng)場資料。

1 研究思路和計算方法

本文采用錢永甫和張耀存等人提出的研究方法[1，2]，通過數(shù)值模式分解最底層的風(fēng)場，從復(fù)雜流場分解風(fēng)場的繞流分量和爬流分量。其間分別獨立分析兩者的作用，然后比較兩者在季節(jié)循環(huán)條件下高原區(qū)域的強度，從而得出高原地區(qū)流場的特征。水平氣流分解為繞流和爬流兩個分量，設(shè)[Vs]為地面水平風(fēng)矢量，[Zs]為地形高度，則有：

[Vs=Vr+Vp]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[Vr]為地表層風(fēng)場的繞流分量;[Vp]為地表層風(fēng)場的爬流分量。[Vr]和[Vp]為正交關(guān)系。

繞流方案為：

[μr=μs?Zs?y2-vs?Zs?x?Zs?y/Zs2]? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

[vr=vs?Zs?x2-μs?Zs?x?Zs?y/Zs2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中，[μr]、[vr]分別為地表層風(fēng)場矢量的繞流矢量分量在東西、南北走向上的分量。

爬流方案為：

[μp=μs?Zs?x2-vs?Zs?x?Zs?y/Zs2]? ? ? ? ? ? ?（4）

[vp=vs?Zs?y2-μs?Zs?x?Zs?y/Zs2]? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式中，[μp]、[vp]分別為地表層風(fēng)場矢量的爬流矢量分量在東西、南北走向上的分量。

2 年平均條件下繞流和爬流的分布特征

2.1 年平均條件下繞流和爬流的經(jīng)緯分量的空間分布特征

由圖1可以看出，年均繞流矢量模在青藏高原存在南面密、北面稀疏的空間分布態(tài)勢，這表明青藏高原南面梯度較大、強度高。從繞流的分量分布可以看出，流場緯向分量主要沿山脈主體由西往東繞行，而經(jīng)向分量氣流主要由北向南繞行，青藏高原則主要是東西走向。

青藏高原上爬流的矢量模的地域性更加顯著。山脈主體的東南部呈現(xiàn)由南向北的爬流形式，西北部呈現(xiàn)西北—東南的走向。青藏高原的繞流和爬流年平均矢量模和各自緯向分量和經(jīng)向分量的空間的分布如圖1所示。

2.2 年平均條件下繞流和爬流的流線特征

由圖2可以看出，青藏高原本體為反氣旋的繞流流場。繞流的年平均流線可以分為南北兩支，分支點在青藏高原主體西部。南分支為氣旋形式，北支流為反氣旋形式。繞流的流線分布在34°N處附近分界，此處北面主要偏西北風(fēng)，南面主要偏向西南風(fēng)。青藏高原的西南側(cè)，有來自印度洋的氣旋式氣流與來自青藏高原偏西南的氣流在印度北部附近輻合。

爬流的年平均流線分布情況為：青藏高原的西北部存在西北—東南的山脈地形走向的輻散，向北的輻散分支在塔里木盆地處與高緯度的偏西北氣流匯合，構(gòu)成了東西走向的輻合中心帶。青藏高原以及周邊繞流和爬流年平均流線的流場空間分布如圖2所示。

86°E的東側(cè)山脈主體區(qū)主要是由南向北，但是山脈的南部區(qū)域主要是由北向南。橫斷山脈區(qū)域為由南向北的爬流。

3 季節(jié)平均條件下繞流的空間分布

3.1 季節(jié)平均條件下繞流流場的空間分布

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，在青藏高原主體區(qū)域，西風(fēng)的繞流占主導(dǎo)地位，春季分支點在坐標(biāo)（30°N，77°E）處。夏季，繞流季節(jié)平均流線的分布在高原主體的上空以偏東風(fēng)的流場為主，分支點并不明顯。秋季，高原主體上空繞流流線可以看作類似反氣旋的環(huán)流，喜馬拉雅山南側(cè)上空主要有沿著山脈走向的向西的環(huán)流。

3.2 季節(jié)平均條件下繞流分量的流線空間分布

夏季此區(qū)域偏北處有爬流的輻合，其他季節(jié)沿著山脈地形走向有爬流流場的輻散，而在春季，32°N以北的高原區(qū)域主要為偏北的爬流流場，以南為偏南風(fēng)爬流流場。夏季與春季相差不大，但是在32°N附近形成了一個東西走向的巨大輻合場。秋季高原主體的爬流主要為偏南風(fēng)，塔克拉瑪干沙漠形成了西南—東北走向的輻合區(qū)，青藏高原東南部、橫斷山脈附近也有沿著山脈南北走向的輻散區(qū)。冬季與秋季類似。

4 結(jié)論

本文利用NCEP/NCER再分析資料中的sig995層風(fēng)場資料，通過繞流和爬流公式計算出地表面層風(fēng)場的繞流和爬流的大小，分析了兩者在高原空間上和時間上的分布特征。研究表明，青藏高原的主體主要呈現(xiàn)反氣旋式流場，高原向西南分支的氣流與來自印度洋的氣旋氣流在印度北部產(chǎn)生輻合，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟邓龆?爬流的年平均流場高原的西北部存在西北—東南的山脈地形走向的輻散;高原繞流的季節(jié)平均流線北面相比南面的季節(jié)轉(zhuǎn)化更加顯著，夏季為偏東的繞流，而其他季節(jié)則都為偏西繞流，冬季強度最強;高原西側(cè)的繞流經(jīng)向隨季節(jié)變化的特征比高原東側(cè)更加顯著;根據(jù)爬流的季節(jié)平均流線圖可知，高原南面主要為夏強冬弱的特征，北部在春夏季節(jié)為下坡爬流，秋冬為上坡爬流。

本文僅僅通過繞流、爬流的公式討論了青藏高原的季節(jié)循環(huán)流場的空間變化，沒有討論地形對氣壓場造成的變化，也沒有討論青藏高原對北半球的流場影響，這些都有待進一步探討分析。

參考文獻：

[1]錢永甫，顏宏，王謙謙，等.行星大氣中地形效應(yīng)的數(shù)值研究[M].北京：科學(xué)出版社，1988.

[2]張耀存，錢永甫.青藏高原隆盛作用于大氣就臨界高度的數(shù)值研究[J].氣象學(xué)報，1999（2）：157-167.

[3]王安宇，王謙謙.青藏高原大地形對冬季東亞大氣環(huán)流的影響[J].高原氣象，1985（2）：109-120.

[4]葉篤正，羅四維，朱抱真.西藏高原及其附近的流場結(jié)構(gòu)和對流層大氣的熱量平衡[J].氣象學(xué)報，1957（2）：108-121.

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