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青藏高原作为典型的自然地理单元,独特的地形地貌使其具有不同的水汽源或水循环过程。青藏高原水汽主要来自南亚季风的输送,但高原大地形阻挡了水汽由南向北的传输。青藏高原孕育的冰川和湖泊是气候变化的敏感指示器,一方面受气候变化影响,另一方面又影响着气候变化。受全球气候变暖影响,高原冰川主要以消退为主,湖泊普遍扩张,水环境呈暖化趋势。青藏高原的冰川和湖泊都是区域甚至全球水循环的重要组成部分,冰川和湖泊的变化会影响甚至改变高原下垫面格局,进而影响局地能量和水循环过程。 本文利用CloudSat云卫星资料分析了青藏高原东部云的垂直结构,探讨了季风期水汽的传输特征以及冰川对水汽传输的影响;利用WRF数值模式通过敏感性试验,分析高原地区水环境对降水和局地环流的影响。以上研究有助于进一步了解高原地区气候变化,为改进高原地区降水预报能力提供科学指导。 本文的主要研究结论如下: (1)青藏高原东部夏季云垂直结构的研究 青藏高原东部云水含量纬向分布表现为在26.5°~30.5° N附近存在一个明显的峰值区,经向分布表现为95° E以西云水含量低于以东,说明来自海洋的水汽主要通过雅鲁藏布江大峡谷进入高原东部。但由于青藏高原大地形的阻挡,来自海洋的水汽在翻越念青唐古拉山一带时(30°N附近)已大量消耗。冰川区垂直运动强烈,多发生深对流降水。水汽在经过冰川区时,多会产生降水从而补给冰川。 (2)青海湖湖泊效应模拟 利用WRF模式对秋季青海湖流域湖泊效应模拟发现,湖泊的水体效应可通过动力或热力等条件影响甚至改变天气特征,并且这种影响范围很广。湖泊的存在激发了降水的发生,增加了降水强度。在距离湖泊外围10km范围内,湖泊分别贡献了其降水量和降水频次的40%和30%。当距离湖泊外围超过50km时,青海湖对降水量和降水发生频率的贡献低于10%。湖泊虽然对中雨以上等级的降水影响很大,但是环湖周围主要以小雨为主,小雨的发生频数和降水总量要远远多于中雨和大雨。湖面及环湖周围降水主要集中在夜间,受降水天气影响,9月份夜间湖泊的暖湖效应相对10月份并不明显。10月份受西风环流影响,湖泊9月份对局地环流的影响要明显于10月份,西风环流可能会破坏或削弱湖泊对局地环流的影响。 (3)湖泊升温对气候的影响 距离青海湖较近的刚察和共和站1960-2014年记录的气象数据表明,青海湖在经历一个变暖过程,湖泊的暖化向周围大气提供了大量水汽,从而增加了局地大气的湿度。其中对青海湖流域2009年09月份的模拟发现,湖泊表面温度升高2℃可造成湖泊外围10km以内降水量增加15%~21%。湖面升温导致湖泊向大气输送的湍流通量增加,大气边界层升高。然而白天湖面为下沉气流,边界层的升高更加降低了湖面垂直方向的湍流混合,可将有限的水分和热量保存在湖区周围较低边界层,限制水汽向更远的区域传输。因此湖面温度的升高虽然造成来自水面的大量水汽进入大气,但并不会造成全局性降水增加,反而会使一些地区降水减少,如龙羊峡水库以西,累积降水量减少超过了30mm。 对青海湖2005年03月31-04月02日的一次降雪事件探讨分析发现,湖泊升温(降温)对应降水的增加(减少),但是湖泊升温对降水的空间分布几乎没有影响。降水的空间分布主要受地形、大气环流以及湖泊地理位置的影响。湖面暖化虽然增加了湖面向大气热量的输送,但不能激发对流,造成强降水。湖区周围降水的增加主要是由于湖面温度升高,为降水提供了大量水汽。湖泊的水体效应造成湖区周围的上升和下沉运动随湖面升温增强,导致周围区域的降水向两极发展。