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本文利用2002~2006年夏季(6~8月)的TRMM多卫星降水分析(TMPA)资料,采用合成分析和谐波分析的方法分析了青藏高原及周边地区夏季降水量的日变化特征。同时利用1993~2002年欧洲中尺度数值预报中心的ERA-40再分析资料,分析了高原及其周边地区水平风速、垂直风速、比湿和温度场的日变化特征,并讨论了不同要素日变化之间的关系。
青藏高原及周边地区降水量和降水频率的合成分析及谐波分析的振幅表明,高原地区的降水活动存在显著的日变化特征,其中高原中部地区降水量的日变化最显著。合成分析和谐波分析的位相说明,高原地区降水量最大值出现的时间具有选择性,在高原中部,降水活动通常在傍晚前后18~20时达到最大值,在清晨前后达到最小值。在高原的边缘及以东地区,降水量通常在夜间达到最大值,尤其是四川盆地的降水量在后半夜达到最大值,而长江上游和中下游地区降水量的最大值则分别出现在上午和下午。高原及其以东地区降水量日循环达到最大值的时间依次滞后的现象,反映了高原地区降水量日变化不同于其它陆地地区,具有自西向东传播的信号。这种波动的传播,说明对流系统通常在高原中部的正午到傍晚前后频繁生成,受西风带影响向东移动,在夜间影响到高原的边缘及以东地区。在后半夜到达四川盆地,使该地区降水活动频繁发牛在夜间,形成当地著名的"夜雨"现象。高原地区降水量的准周期性振荡以日变化为主,同时还显示出半日变化的特征,而且降水量半日变化的强度比周边地区强。
青藏高原的高大地形作用,使其四周边缘地区降水量的日变化特征类似于海陆边界,同时高原以东的部分陆地降水量,呈现出类似于海洋的日变化特征。高原大地形在降水量日变化上的这种类似于海陆边界的作用,对中国东部陆地天气活动的影响非常重要。四川盆地夏季的"夜雨"现象是高原地形作用于对流系统,影响四川盆地的天气活动,形成当地降水活动特殊日循环的结果。对高原地区水平风速日变化的分析说明,经向风和纬向风在傍晚与清晨两个时次的差异分别表现在东西和南北方向相反的变化上。高原地区傍晚时水平风速的日变化,导致高层气流辐散,和近地面层气流辐合的同时加强。相反清晨时,水平风速相反的变化,导致高空辐散和低空辐合同时减弱,形成大气环流明显的日循环特征。高原地区大气环流最强烈的日变化特征表现在垂直风速上,尤其是在高原中部地区的400~550hPa高度层上,傍晚时最强烈的上升运动和清晨最弱的上升运动,形成垂直风速显著的日循环现象。水平经向风从低空到高空,在方向和强度上的日变化,导致埃克曼抽吸作用强弱的日变化,和垂直风速的日变化。
高原地区比湿值的分布表明,受高原地形作用的影响,从孟加拉湾向北伸出的湿舌受高原的阻挡,使高原南部的水汽含量比高原北部偏高。高原地区比湿值显著的日变化现象,表现为傍晚时比湿值比清晨显著升高,大气水汽含量增加,尤其是在高原的南部地区。高原地区傍晚时显著增加的比湿,为傍晚前后频繁出现的降水活动提供了充足的水汽条件,为降水量的日变化奠定了物质基础。
高原地区是北半球气温场日变化最显著的地区,体现了高原地形独特的热力学特征。从低空到高空,气温的日变化以高原中部为中心,正午到傍晚前后的气温维持日最高值,清晨的气温值较低,夜间的气温最低。高原不仅在夏季是热源,在冬季是冷源,而且在夏季的傍晚是个显著的热源,在夜间到清晨形成冷源,冷、热源中心的位置从低空到高空由高原中部向高原的西部偏移。高原地区傍晚与夜间两个时次的气温差与降水量日变化有密切的关系。高原中部地区气温场的变化与降水量的日变化强度的关系,表现在气温场的日平均值越高,降水量日变化强度越强。
总之,青藏高原地区热源的日变化为高原地区大气环流的日变化提供了能量,驱动了高原地区大气环流的日变化。高原地区水平风速的日变化使高原地区傍晚时低空辐合增强,高空辐散增强,导致气流辐合上升的垂直运动增强。同时傍晚时高原地区的大气环流运动强烈的上升运动,与充足的水汽条件相配合,有利于傍晚时大气不稳定性发展,对流系统活跃,降水活动在傍晚前后频繁发生,相反清晨时对流活动较少发生。高原地区降水活动显著的日变化特征,是高原地区温度场、湿度场和大气环流运动共同作用的结果。因此高原上空的温度、湿度和环流场特征,在日变化的范围内,互相配合与协作,共同作用,促进了降水活动在傍晚时比清晨明显偏强,形成显著的日变化。