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天气尺度暴雨过程和气候变化之间的联系是洪涝灾害预测的关键性研究内容。本论文利用中国气象局756个地面观测站资料和两套再分析资料分析了我国夏季暴雨的年代际异常转换及其对应的大尺度环流异常,并通过主观统计方法得到了1960~2011年近52年我国夏季典型暴雨过程的大量样本,以此分析区域性和季节性暴雨的大尺度环流配置特征、异常和演变,诊断了在“鞍”型大尺度环流及其异常下中小尺度垂直对流不稳定系统中的垂直涡度的发展与大尺度系统间的相互作用的物理机制,建立了中国夏季暴雨年代际跃变的大尺度环流的异常配置及影响模型,并清晰了中国夏季暴雨典型“鞍”型大尺度环流相互作用下导致暴雨发生发展的影响机理。全文主要结论如下: (1)中国夏季暴雨分别在1970s末和1990s初发生了显著的年代际跃变,其具有显著的空间异常分布特征,以1970s末和1990s初的经向“三极子”反转为主要特征,表现为:1970s末的跃变是江南和华南地区暴雨减少(-)、江淮流域和四川盆地暴雨增加(+)、黄淮和华北地区暴雨减少(-);而1990s初的跃变大致反相,即江南和华南地区暴雨增加(+)、江淮流域和四川盆地暴雨减少(-)、黄淮和华北地区暴雨增加(+)。与此相应,中国东部夏季暴雨纬向平均的年代际演变表现为:P1时段(1960~1979)华南和华北暴雨偏多(+)、江淮流域暴雨偏少(-)的“三极子”异常分布;之后的P2时段(1980~1991),南方和华北暴雨偏少(-)、江淮流域暴雨偏多(+)的反相“三极子”异常分布;至P3时段(1992~2011),南方暴雨显著偏多(+)、华北暴雨持续偏少(-),逐渐形成“偶极子”异常分布,导致近十多年我国夏季“南涝北旱”的整体格局。 中国东部夏季暴雨的两次跃变可能受到大尺度环流调整的影响。1970s末(1990s初)跃变相关联的大尺度环流异常配置:东亚夏季风减弱(增强),南亚高压的增强南移(北抬),西太平洋副高的增强西伸(北抬),以及蒙古高原中低层的气旋式(反气旋式)环流异常。与此同时,低层局地环流也发生变异调整:华北和黄淮地区为反气旋式(气旋式)环流异常,华南和江南地区也为反气旋式(气旋式)环流异常,而江淮流域和四川盆地受控于风场切变(辐散)异常;相对涡度发生相应变化,南北方大部分地区的负(正)涡度异常不(有)利于低涡的发展,而江淮流域和四川盆地的正(负)涡度异常有(不)利于低涡的发展,进而引发江南和华南暴雨减少(增加)、江淮流域和四川盆地暴雨增加(减少)、黄淮和华北暴雨减少(增加)的经向“三极子”跃变。 (2)中国夏季暴雨存在典型“鞍”型大尺度环流配置,即“两高两低”的“鞍”型大尺度环流配置特征,表现为:“两高”为WPSH和伊朗高压,同时包括青藏高原大地形及其上空高层的SAH;“两低”为中低纬阿拉伯海至孟加拉湾及WPSH西南侧的中低层低压环流系统,中高纬中低层的长波槽脊东传过程中低压系统的南侵。 中国夏季暴雨的“鞍”型大尺度环流的异常可分为北方阻塞型、长江流域切变型、南方低压型和华西型,其演变特征表现为:WPSH的北抬和西伸变化;阿拉伯海至孟加拉湾至南海的中低层低压环流异常发展;中高纬中低层长波槽东移发展的作用;伊朗高压对中高纬中层急流、中低纬高原西侧的绕流和暴雨区上空的低空急流形成的作用;SAH具有季节内的异常特征,同时在暴雨发生日出现显著的位置跃变和强度激增。 (3)动力诊断结果表明:在“鞍”型大尺度环流及其异常下,暴雨发生发展的湿对流不稳定系统中垂直涡度的强烈发展受到正压不稳定和斜压不稳定加强的共同作用;气旋性垂直涡度的剧烈发展导致对流层低层呈现正涡度大值中心区并对应于暴雨落区;“鞍”型大尺度环流控制着暴雨过程中的主要水汽输送通道及低层水汽通量散度的分布;中低纬的暖湿气团向北发展和中高纬中低层的长波槽引导的干冷气团间的相互作用是导致暴雨发生发展的湿对流不稳定发展机制。同时,青藏高原大地形东侧的绕流作用和SAH的高层抽吸作用有利于湿对流不稳定下垂直涡度发展并加强。 湿位涡(MPV)的诊断结果表明在“鞍”型大尺度环流的异常下,导致暴雨的湿对流不稳定系统中垂直涡度的强烈发展受大气湿垂直对流不稳定和湿斜压性加强的共同作用。“鞍”型大尺度环流的异常使大气▽θe增大,导致大气湿垂直对流不稳定性和湿斜压性加强。同时,在湿位涡(MPV)守恒机制下,中国夏季暴雨过程中的湿位涡一致表现为垂直分量MPV1<0和水平分量MPV2>0,表明暴雨发生发展的过程存在正压和斜压能量的转换机制,但不同的“鞍”型大尺度环流异常对应着不同的转换过程。此外,▽θe的诊断结果表明暴雨的发生发展与▽θe经向垂直变化的急剧增大有关,其主要来源于中高纬干冷空气对中低纬暖湿空气的对流层中层的侵入作用,被“冷舌”分割后的下层暖湿气团具有强的垂直对流不稳定性,而上层暖湿空气除了堆积作用还有SAH的抽吸作用,因而高低层暖湿空气对“冷舌”的共同“切断”作用是导致▽θe垂直变化急剧增大的主要机制;而▽θe的纬向垂直变化的剧烈增长在北方阻塞型暴雨中不显著,其在长江流域切变型YHR暴雨中表现为高低层暖湿空气的强“切断”作用和SYR暴雨中低层强盛暖湿空气的“切入”作用。