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关于青藏高原大气热源及其影响的研究进展

关于青藏高原大气热源及其影响的研究进展

古鑫

摘要:对于全球的气候来讲,影响它的主要因素就是高原大气热源。通过对青藏高原大气热源的分析和探索,可以对其热源影响有一个更加深层次的了解和认知,进一步推动高原地区天气系统和降水体系预测能力的提升。本文通过对青藏高原大气热源相关知识进行整理,分析高原大气热源的特点,对其分布及演变特征做出归纳,并在此基础之上,对青藏高原大气热源以及相关知识进行更加深层次的探索,并制订一系列的计划,希望可以为相关学者的理论研究提供帮助。

关键词:青藏高原大气热源影响气候

Abstract: For the global climate, the main factor affecting it is the plateau atmospheric heat source. Through the analysis and exploration of the atmospheric heat source in the Qinghai Tibet Plateau, we can have a deeper understanding and cognition of the impact of its heat source, and further promote the improvement of the prediction ability of the weather system and precipitation system in the plateau. By sorting out the relevant knowledge of atmospheric heat source in Qinghai Tibet Plateau, this paper analyzes the characteristics of atmospheric heat source in Qinghai Tibet Plateau, and summarizes its distribution and evolution characteristics.And on this basis, it makes a deeper exploration of atmospheric heat source and related knowledge in the Qinghai Tibet Plateau, and formulates a series of plans, hoping to provide help for the theoretical research of relevant scholars.

Key Words: Qinghai Tibet Plateau; Atmospheric heat source; Influence; Climate

在20世紀中叶之前,高原地形会对大气气候和环流产生影响,但还是止步在机械的作用上,并没有对高原大气热源方面的其他知识作出进一步的阐述。一直到了1957年,叶笃正首次对夏季高原热源作用和冬季部分地区的冷源作用进行了较为详细的叙述。从此,也使得高原气象的研究有了一个质的飞跃,并拓宽了研究渠道,指明了发展方向。而且,在不断的探索中,高原大气热源作用的研究也取得较大的进展。

1高原大气热源的特征

1.1高原大气热源的时空分布特征

冬季冷源、夏季热源是高原大气十分明显和主要的特征。在进入到6月份之后,由于内在的热源起着主要作用,导致6月份的高原热源与7、8月份有所差异。在高原地区,垂直分布与地域分布是高原大气的主要分布特征[1]。一般来讲,若是高原大气的热源中心处在了高原地区的东、西、南部、东北部或是克什米尔地区,那么这就属于水平方向上的大气热源,同时,南部要较东北部的大气热量高,若是进入春天,那么高原地面的热源分布将会呈现出“东弱西强”的特点。如果高原大气的热源分布在了东、西、中大气对流层的下方,那么就说明它是垂直方向的。据相关数据显示,冬季高原上,天空不只存在冷源,还有非绝热加热正值区在高原的东南地区以及西侧天空上。

1.2高原大气热源的时空演变特征

依据相关资料可以得出,高原地区的冬季是冷源,到了4月份就转换成为了热源,7月份表现最强。高原大气在每一年的总加热当中,都有两次热源和冷源的相互转化。高原地区的早上热源要低于晚上的热源,所以,高原大气热源的日变化的特点充分体现了出来。在进入下半年的时候,高原大气热源的日变化幅度通常在1~2℃/d左右。高原热源的演变特征主要是通过感热通量的变化来体现的。感热通量的变化随着风速极值和地气温差的强弱而改变,当高原的平均风速降低时,气温降低,会使得感热的强度减弱,速度值为2%/(10a)。因此,就会使得高原大气的热源出现下降,并且,在秋冬两季的热源强弱变化较为显著。通过相关数据显示,高原地区的地表感热空间在春季会出现“东西反向”和“全场一致”的变化特征。

2高原大气热源的获取

2.1高原大气热源的计算

第一,通过正算法计算高原大气的热源。正算法还有另一个名称,叫做直接计算法,通过对相关参数化方案的有效应用,又或是依据有关公式对辐射、潜热、感热等分量进行计算,然后对其进行累加,进而求出总和。这种算法的优势是计算起来较为简单便捷,同进还可以对它们3个的分量变化规律有一个较好的掌握。第二,倒算法计算高原大气热源。倒算法还有两个名字,一个是间接计算法,另一个是残差诊断法,同时它也是当前相关学者们最喜欢运用的一种大气热源计算法。它的优势在于,所有的物理量资料都是经过系统分析同化后采用的,并且与大气物质能量的平衡守则相适应。温压湿风等资料经过实践检测和同化,包括了经过分析资料的正算法输出与加热厂资料不同的数据信息[2]。由此可以看出,对资料再分析方法的应用是目前高原大气热源研究的主要渠道,并且也是对大气热源进行获取和计算的一个重要方法。

2.2高原大气热源的表面特征

大气的冷热源不是独立存在的,它的组成部分分别是由降水凝结潜热、地面有效辐射、地面感热、太阳短波辐射和大气顶向外放射的长波辐射5个分量。通常情况下,高原大气热源是由非绝热加热强度表现出来的。高原与大气主要是通过地面感热的通量进行彼此作用呈现出来,并且大气热源的变化是随着地面感热变化而变化。在进入夏天时,高原地面感热随着风速的改变呈现不同的变化,而进入到了冬天,主要由地热温差来体现,从而更加深一层次地阐述了高原热源的变化。另外,还可以利用卫星遥感资料和地表气象资料来计算气温和地表温度差,进而得出感热通量强度的变化[3]。卫星所采集到的数据信息不仅涉及领域较大,而且有效性和精准度较高,同时,还打破了区间的约束,可以对特殊条件下高原因垫面而造成的资料缺失进行弥补。所以,高原潜热通量和辐射加热的强度是通过射出长波辐射来呈现的。射出的长波辐射能对高原大气热源的相关数据信息进行采集,通过对相关数据信息的分析和处理,充分地反映出大尺度垂直运动信息,还能把对流活动的强弱进行全面的体现,进而来取得大气辐射的冷却项。除此之外,射出长波辐射还可以对降水情况有一个良好的反映。在降水时会致使凝结潜热被释放,所以,通过长波辐射可以间接得出表征凝结潜热的分布规律。

3青藏高原大气热源的影响

3.1青藏高原大气热源对东亚季风的影响

高原大气热源和亚洲季风二者是息息相关的。海陆之间产生的热力差异和季节变化形成季风,在全球季风系统当中,亚洲季风系统是最为强烈的,不仅受着海陆热力差异的影响,高原地形也会对其产生影响。夏天的时候,高原会产生加热作用,这在一定程度上会影响亚洲季风区的环流体系,这个过程和季风的爆发过程类似。亚洲季风的爆发是有规律可循的,主要的决定因素就是高原热力和相关的机械作用,并且会出现区域性和阶段性,同时,也是控制亚洲季风的主导力量。高原的气温差与季风的建立有着密切的联系,并且在季风建立之前,就出现了高原气温差的增加。通过高原隆升的数值试验显示,高层大气通过高原的加热导致东亚地区的南北热力温差较大,增强了东亚夏季风的强度,若是高原大气的非绝热加热作用降低,那么,随之季风也会减弱。

3.2高原大气热源对南亚高压的影响

无论是我国的气候还是降水,都会受到南亚高压不同程度的影响。夏天的时候,在高原加热的作用下,高原上空会出现南亚持续高压中心,依据相关实践研究表明,南亚高压的形成主要是由高原热力作用决定的,并且高原大气热源还促进了南亚高压的增强[4]。另外,相关研究者们也对南亚高压的动态特征给予了高度的关注,通过观察夏季高原大气热源的一系列反应,发现它与南亚的高压纬向运动低频周期有着相同的变化,并且以南亚高压中心为热源的震荡方向。由此可以看出,南亚高压的形成主要是由高原大气的热源作用决定的,而且影响也十分的显著。

3.3高原大气热源对高原上降水的影响

依据有关实验显示,高原的热力动力强迫作用与高原周边地区的环流、加热场特征有着密切的联系。高原大气运动有其自身的规律,特征也较为明显,主要是由非绝热加热的环流变化所影响,因此,高原热力是随着高原上高低层环流场的变化而变化的。高原降水也是有規律的,主要呈现特点是“全区一致”和“南北反向”。降水出现日变化特征主是与热力作用息息相关[5]。在7月之前,高原的主体降水较之前多,这与高原的强感热加热有着必要的联系,高原的地面感热加速了上空空气的运动频率,使得较低层的空气被迅速聚集到高原上空,进而形成强降水。

3.4高原大气热源对我国其他地区降水的影响

首先,我国东部的夏季降水主要是受着高原热力对水汽输送的作用,进而对降水量产生影响。在春季,高原的感热可以对东部降水变化进行良好的预测,依据相关数据显示,高原热源与长江流域降水成正比关系,热源增强,长江流域降水就会随之增多。其次,处在我国西南部的川渝地区位于高原的东侧。在夏季,降水主要呈现出东涝西旱和东旱西涝两种态势,导致这种现象出现的主要原因是高原大气热源作用[6]。与我国东部的降水一样,川渝地区的降水同样和高原热原成正比,热源强度可以有效对降水进行预测和指示。最后,我国西北地区出现较为严重的干旱也是由高原的夏季热源作用引起的,主要是由于外围的下沉运动。根据有关资料显示,相关学者已经对西北的降水问题进行了较多的研究,并且通过研究显示,高源热力可以很好地预测西部地区的降水情况,而且西北地区的降水和高原地区的表面温度是反比例关系。高原东部的热源会引起环流垂直结构的变化,导致高原北部上升,使得西北地区的东部降水增多。另外,高原的感热还会增加新疆的降水量。依据这一方面可以看出,高原大气的热源变化对我国降水有着十分重要的影响,对其进行充分的研究具有重大的意义。

3.5降水对高原大气热源的反馈作用

依据相关研究表明,通过对环流异常、降水异常以及大气非绝热加热异常的研究,制定了高原大气热源的反馈体系。高原上空的大气在输送过程中,它的稳定性是由高原的感热作用决定的,进而导致降水,降水再通过潜热的释放使得高原上空出现较强南亚高压,并不断加强,还会改变高原地表温度的加热场,调整大气环流,最终导致降水发生改变。降水过程中释放出的潜热同样会对大气热源进行影响和作用。由此可以看出,大气流场的调整会导致降水,从而对高原大气热源进行反馈。然而,到目前为止,反馈机制还有待完善,需要进一步优化。

4结语

综上所述,通过对高原大气热源的分析,对其热源的变化和规律进行阐述,同时,还对降水产生异常的原因进行了解释。要对大气热源的优势和作用进行充分合理的利用,并且要从客观的自然条件出发,加以利用,不能违背自然规律;还要对大气热源与气候、降水等其他因素作用进行深入的分析和研究,从而推动高原大气热源研究达到质的飞跃。

参考文献

[1]姚秀萍,张硕,闫丽朱.青藏高原大气热源及其影响的研究进展[J].大气科学学报,2019,42(5):641-651.

[2]赵萌初.青藏高原大气热源变化及其对北半球夏季环球遥相关的影响[D].南京:南京信息工程大学,2020.

[3]董李丽.青藏高原“敏感区”地表通量、水汽输送结构对长江中下游梅雨期异常降水的综合影响特征[D].北京:中国气象科学研究院,2019.

[4]杨凯.青藏高原冻融过程与地表非绝热加热异常对东亚气候影响的研究[D].兰州:兰州大学,2020.

[5]贾巧.夏季青藏高原大气热源准双周振荡的传播途径及可能机理[D].南京:南京信息工程大学,2020.

[6]赤曲.近57a雅鲁藏布江中游河谷夏季气候暖干化趋势及其可能的原因[D].南京:南京信息工程大学,2020.

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