科研進展

JGR-A: PV-Q观点揭示冬季青藏高原影响下游天气过程的新机制

  在大氣科學領域的衆多成果中,垂直運動方程和位渦理論是中緯度天氣、氣候動力學中最基本的兩個成就。近期,我所吳國雄院士團隊通過提出一個新的准地轉垂直運動方程,將垂直速度的發展與非絕熱加熱和准地轉位渦平流聯系在一起,並以2008年1月18-22日長江中下遊地區的極端降水事件爲例,解釋了冬季青藏高原大地形如何影響下遊天氣過程的發展。

  研究發現,青藏高原對其地表附近的位渦具有重構作用,使得高原東側地表附近位渦增強(圖1)。高原地表附近增強的位渦在西風帶中向下遊輸送,造成對流層中下層氣旋式環流和偏離等熵面位移的垂直速度(ωID)的發展。上升的ωID激發低空輻合和南風的發展。一方面,發展增強的南風攜帶著水汽沿自南向北傾斜的等熵面向上運動,造成沿等熵面上滑的垂直速度(ωIG)的發展,加強了上升運動;另一方面,南風造成對流層低層經向負位渦平流增強,加強了對流層中下層准地轉位渦平流隨高度增加的環流背景,進一步加強了ωID。隨著上升運動的不斷發展,水汽凝結釋放潛熱,導致與非絕熱加熱有關的垂直速度(ωq)的發展。在降水發生發展的過程中,垂直速度的三個分量之間存在著相互影響、相互作用的過程,非絕熱加熱對垂直速度和位渦平流具有非常強的反饋作用,也正是位渦平流及其與非絕熱加熱之間的反饋過程主導了降水的發生發展過程(圖2)。

  以上研究成果应邀发表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres为庆祝AGU成立一百周年而出版的“Grand Challenges(大挑战)”特刊上,得到国家自然科学基金(41730963, 91637312, 41905068和91937302)和中國科學院前沿科学重点研究项目(QYZDY‐SSW‐DQC018)共同资助。

  文章信息:

  Guoxiong Wu, Tingting Ma, Yimin Liu, Zhihong Jiang, 2020: PV-Q perspective of cyclogenesis and vertical velocity development downstream of the Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125, e2019JD03912. DOI: 10.1029/2019JD030912.

  文章鏈接(開放獲取):

  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019JD030912

图1 2008年1月17日00时(世界时)至18日18时位涡(阴影, 10-6 K m2 s-1 kg-1)、位温(等值线,K)和风场(矢量, m s-1)沿33oN的垂直剖面(原文中圖2)

图2 高原东部地表附近位涡重构及后续位涡平流引起下游气旋式环流发展的示意图。第一阶段(ST I):高原东部地表气流辐合使得该地区位涡密度增强,引起相对涡度正异常和小雨的发生;第二阶段(ST II):由于大气静力稳定度的降低,向东移动的相对涡度正异常加强。对流层中层的纬向正位涡平流和低层南风引起的经向负位涡平流加强了上升运动、气旋式环流和降水的发展;第三阶段(ST III):当经向负位涡平流中心恰好位于纬向正位涡平流中心下方时,上升运动和降水发展到最强;第四阶段(ST IV):经向负位涡平流中心趋于与纬向正位涡平流中心重叠在一起相互抵消,上升运动降低,降水消亡(原文中图12)。

 
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