论文总字数：17851字

目 录

摘要 3

Abstract 4

1.研究背景 5

1.1研究目的及意义 5

1.2国内外研究现状及主要研究内容 5

1.3研究的手段和存在的问题 6

2.模拟试验设计 6

2.1云分辨模式的方法介绍 6

2.2云降水过程的模拟 8

2.3 地表热通量对夏季青藏高原东部地区云系的影响 8

2.4模拟结果分析 9

三．结论与展望 16

3.1模式研究主要结论 16

3.2存在的不足和展望 16

参考文献 17

致谢 19

云分辨模式对青藏高原东部夏季云系的模拟研究

韩焱军

，China

Abstract：In this paper, two-dimensional cloud resolution model (CRM) is used to study the summer cloud system in eastern Qinghai-Tibet Plateau. The time period selected from June 3, 2010 to July 3rd, longitude 90 degrees E~100^ degrees E, latitude 30 degrees S~37.5 degrees S is selected by the eastern Tibet Plateau area. In the summer of the eastern Tibetan Plateau cloud in large scale by using the ECMWF re analysis data of ERA-interim calculated by the forcing field, combined with surface heat flux data driven cloud resolving model, cloud and precipitation process on the Tibetan Plateau in summer the eastern region clouds was simulated, and TRMM satellite data, CERES satellite data and comparison analysis found over the eastern Tibetan Plateau Region shallow, high frequency, low altitude, with less water features, and found that the eastern plateau region frequent precipitation, precipitation is weak, and the surface heat flux on the precipitation process and promote the contribution of latent heat flux is larger than the sensible heat flux contribution.

Key words: cloud resolution simulation (CRM); cloud precipitation; surface heat flux

研究背景

1.1研究目的及意义

青藏高原面积占我国陆地面积四分之一以上，是中国最大，世界海拔最高的高原，平均海拔4000m,南起喜马拉雅山脉南部边缘，北至昆仑山和祁连山北部边缘，西部直至帕米尔高原和喀喇昆仑山脉，东及东北部并与秦岭山脉和黄土高原相接，有“世界屋脊”之称。青藏高原特殊的地形、地貌导致了大范围异常的高原热力、动力作用及其地-气物理过程，由此形成了青藏高原独特的气候特点。目前的研究发现，青藏高原正面临着日益严重的变暖威胁^[1]，这将进一步对青藏高原的云降水过程产生影响^[2]。而云系在一定的大气条件下形成，能反映出形成区域内的气候状况，同时云系也能直接影响到太阳辐射的吸收和反射并能调节地表与大气的水循环，是全球气候研究中的重要参数^[3]，要想理解青藏高原地区气候的变化必须对我国青藏高原云系展开系统的研究。

1.2国内外研究现状及主要研究内容

夏季时期，青藏高原由于其表面存在着强烈的地表热力作用，导致了夏季青藏高原的对流活动屡屡发生。较为频繁的对流活动能够将青藏高原地表附近的水汽输送到高层，在西风气流的引导下将水汽向下游地区输送，例如长江中下游地区。目前的研究表明，夏季在我国东部发生的降水和洪涝灾害均和青藏高原有着相当密切的联系^[4,5,6,7]。与此同时，云降水过程能够对地-气系统的辐射收支进行调节，并且通过降水过程将大气和地表的水循环联系到了一起^[8]。

青藏高原由于有着极高的海拔高度，意味着其大气层相对来说较为浅薄；同时其大面积裸露的地表处于中纬度对流层的中上部，地面感热能直接加热对流层中部大气，对云降水过程有着重大影响^[9]。李伟平等^[10]在研究中指出，对于青藏高原地区，近地面大气加热的主要分量是由地表感热通量所引起的垂直扩散，并且夏季青藏高原地区的非绝热加热项是正值, 且边界层内出现了最大加热率。赵声蓉^[11]等指出，夏季青藏高原的东南部地区，凝结潜热占了很大的比例。根据1998年6月到7月长江流域暴雨过程的卫星云图资料集的分析可见^[12]，长江流域洪涝期间青藏高原的东部和中部发生了爆米花状的对流云突发现象，并且发现青藏高原的东部和中部有着对流云团的发生、发展与云团群体东移的特征。以上的研究结果表明，青藏高原地区的积雨云在夏季活动很频繁，且会发生东移现象^[13]。

东亚季风对我国东部地区夏季的降水过程产生了极大的影响，所影响的程度从南到北有一定的差异。最先受到东亚季风和西太平洋副高影响的是紧靠我国南海的华南地区，这两方面因素的影响被认为是导致华南地区各种极端天气以及各种极端气候事件的重要因素^[14]。在这种大尺度环境中，对流的发生和发展极为迅速，并且极易触发湿对流活动^[15]。暖湿气团在季风环流的影响下向北推进，并在六月到七月期间在长江中下游地区和冷空气团相汇合，导致了著名的梅雨峰天气系统的形成，并在我国长江中下游地区以及淮河地带产生了中尺度对流系统^[16]。在研究中我们发现，在梅雨时期的长江中下游地区，处于对流层中部的对流系统在一定的条件下能够进行发展，并且能够发展成深对流系统^[17]。由于江淮地区在低空有着较强的低空涡旋与更为平坦的下垫面，导致在其区域内的对流活动比华南地区更为强烈^[18]。

在对天气系统的研究中，云是研究过程中的一个重要环节。宏观上看来，在地面大气系统收支环节中，云系能通过对短波辐射的吸收和反射、长波辐射的吸收和发射的特性对其产生较大的影响，另一方面，在地表与大气的水循环中，云系也能通过影响降水对其产生影响^[19,20]。从微观上来看，大气在垂直方向上的热力结构也被云系中所存在的微物理过程（例如释放凝结潜热过程）所影响^[21,22,23]。

地表热通量也是我们在研究青藏高原云降水过程中重要的一环。与云系对云降水过程影响不同，地表面是通过对辐射的吸收和发射来影响云降水过程^[24]。夏季时期，青藏高原强烈的地表加热加速了云的形成以及云系的发展。这是由于在青藏高原地区，较为强烈的地表加热导致了垂直上升运动，这有利于在底层形成辐合，形成了从南部海洋到青藏高原的环流，这带动了水汽从南部的热带海洋向青藏高原输送。强烈的地表加热作用在一定的条件下对云系的形成有着促进作用，与此同时，在研究中也发现地表热通量的变化会影响到夏季青藏高原地区的云降水过程。

1.3研究的手段和存在的问题

在大气科学的研究中，除了我们熟知的观测研究和理论分析以外，数值模式已经成为了目前最为有效，使用最为广泛的研究手段之一。本文中着重研究的对象是夏季青藏高原云系中的云降水过程，所讨论的问题也是围绕云降水过程进行。在本文的研究中，根据研究的对象的特殊性，本文采用了云分辨模式Cloud-Resolving Model(CRM)对夏季青藏高原东部区域云系特征展开了进一步的研究。

青藏高原的云降水过程早在十几年前就已经得到了相当广泛的关注，在研究中发现，高原内的对流运动对云降水过程的发生发展有着相当显著的影响^[25,26]。与此同时，通过对青藏高原的降水量的统计分析，可以发现其存在相当显著的地区性差异^[27,28]。但是，在当今阶段，我国青藏高原具有长时间和较高的时空分辨率的数据集的收集颇为有限 ^[29,30]，相比于其他地区而言，对青藏高原的云降水过程特征的研究较少。

在本文的研究中，利用了云分辨模式，对我国青藏高原夏季云系的东部的云系的云降水过程进行了为期一个月的模拟，并对高原东部区域云系和降水特征展开了讨论。

模拟试验设计

2.1云分辨模式的方法介绍

在本文的研究中，我们采用了Yanai等^[31]人提出的视热源（Q₁）和视汽水汇（Q₂）诊断量来分析夏季青藏高原云系中的云降水过程。第一步，我们定义干静力能（s）和湿静力能（h）分别为：

（1）

（2）

这里公式1和公式2中为空气定压比热容，T为温度，g为重力加速度，z为海拔高度，L为相变潜热，q为大气绝对比湿。从而得出，干静力能即是大气的热焓与位势能之和，干静力能与相变潜热之和为湿静力能。由于一个干绝热过程的干静力能守恒，即有公式3：

(3)

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