青藏高原地形对中高纬亚太地区大型波涡形成变化的动力作用研究

The special terrain of Tibetan Plateau (TP) strongly affects atmospheric circulation, weather and the climate of the Asia-Pacific area even all around the World. Many previous researches on TP focused on its thermal effect and paid more attention on middle and low latitudes area. By adopting the methods of data diagnoses, theoretical analysis, numerical tests and rotating-table test, this project will study the terrain dynamic effects of the Tibetan Plateau on the large wave and vortex motions over the Asia-Pacific region of middle-high latitudes. In wave aspect, we will evaluate the contribution of terrain dynamic effect of TP on the East Asian Though and the trough of Central Pacific. In eddy aspect, we will evaluate the dynamic influence of the TP terrain on the formation and change of the blocking high over the Ural Mountains and Ferrell eddy circulation. Furthermore, we will quantitatively calculate the energy dispersion of terrain Rossby waves and momentum flux and heat flux transports of steady waves, transient waves induced by TP dynamic effect. Then we will evaluate its contribution on formation and change of the large wave and vortex over the Asia-Pacific region in middle and high latitudes. Based on these researches, we will depict the clear physical image of the large wave and vortex motion over the Asia-Pacific region in middle-high latitudes. These researches would deepen our understanding of the dynamical effect of the plateau terrain on the weather and climate systems of the Asia-Pacific and provide a theoretical base on the mid- and long- term forecasts and climate prediction in this region.

青藏高原特殊地形对亚太乃至全球的大气环流和天气气候都有重要影响。过去的研究偏重于高原的热力效应以及高原对中低纬度天气气候的影响。本项目通过对高原地形动力效应的资料诊断，理论分析，数值试验和转盘试验来研究高原地形动力效应对中高纬亚太地区大型波涡形成和变化的作用。波动方面主要研究高原地形动力效应对东亚大槽和洋中槽形成变化的影响，涡动方面主要研究高原地形动力效应对乌拉尔山阻高和费尔涡动环流形成和变化的作用。本项目拟定量计算由高原动力效应引起的定常波、瞬变波的动量通量和热量通量的输送，分析这些地形效应的波动对亚太地区大型波涡形成变化的贡献，以期描绘出亚太中高纬度地区大型波涡形成变化的清晰物理图像。本研究不仅能够科学地深入理解高原动力效应对亚太天气气候系统形成变化的影响，而且为亚太地区中长期预报和气候预测奠定理论基础。

在基金委重大研究计划《青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应》的背景下，我们申请了青藏高原地形对中高纬亚太地区大型波涡形成变化的动力作用研究。主要研究青藏高原动力效应对冬季东亚大槽形成变化的影响；研究青藏高原大地形动力效应对乌拉尔山阻高形成变化的作用；研究青藏高原动力效应对费尔环流形成和强弱变化的影响。通过改变BCC模式中青藏高原的高度，发现高原高度降低时，位势高度增加，使东亚大槽减弱。高原升高时，东亚大槽位势高度降低，使东亚大槽增强。当高原高度变化时，东亚大陆定常波传播变化大，北美大陆定常波变化小。高原地形的存在对阻塞高压的形成有明显的促进作用。高原的地形偏低时，没有阻塞高压的形成，随着高原的增高，阻塞高压的存在越来越明显。当高原高度降低时，东亚上空定常波的传播减弱；当高原高度升高时，东亚上空定常波的传播增强。研究了地形造成的重力波，特别研究了多地形相互影响下的特征，发现在多山地形下上游山高对下游重力波的传播以及位相倾斜影响都很大。从实际资料上分离出的重力波上看，这种高原重力波具有维持时间较长的特点。研究了高原大地形的改变对定常波能量的影响。当地形抬升时东亚地区定常波斜压发展增强，急流核两边的正压发展和耗散有很大的不同。高原的存在有利于自身区域的环流圈发展，同时高原北侧的辐合阻碍了 Ferrel环流上升支的发展。高原上空的热量通量，使该区域对流层上层变暖下层变冷，从而加强Ferrel环流的下沉支的发展。高原区上空动量通量的辐合，有利于纬向风的发展，平衡Ferrel环流。利用1951-2010年的降水和蒸发观测资料，研究了高原南侧梯度地形条件下的农业气候带，揭示出巴基斯坦最高温度每年都在增加，同时由于高原地形对冷空气的阻挡作用使巴基斯坦干旱继续增加。研究了阻塞高压前西风槽引起的高原下游的降水，提出了非均匀饱和大气二阶位涡，并利用二阶位涡对降水进行了成功的诊断，显示了新的不变量对降水有很好的指示和预报意义。