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青藏高原对大气环流的影响三青藏高原对天气系

来源：高原气象 【在线投稿】 栏目：期刊导读 时间：2021-03-05

3期罗四维：青藏高原对大气环流的影响(续高原气象，88年第2期《青藏高原对大气环流的影响》)三、青藏高原对天气系统的影响大气环流是各种不同尺度环流系统的总和，它们之间是互相影响的，一般很难把各个因子严格地分开。但各种尺度的环流系统还有各自的发展规律和特点，先分别对它们进行研究，然后研究他们之间的相互影响，这既有利于我们了解具体的天气系统，也有利于我们了解大．气环流的全貌。从这个观点出发，我们具体的·了解青藏高原对天气系统的影响是很有意义的。地形对于气流和系统的影响很广，国外关于弧立中小型山系对于气流影响作了大量的研究，如山谷风，背风坡等。这些无疑是很重要的，它们不但对局地的天气气候有影响，即使对较大的环流也是有影响的，这些方面已有不少的总结，这里不重复。第一，这方面的内容很多，需要作专门的介绍，第二，它们的尺度较小，我们一时还难于取得这方面的资料进行研究，第三，我们的高原尺度较大，应该首先注意一些尺度较大而更重要的现象，这是我们目前有条件进行研究的课题。高原是外来天气系统改造的场所，也是许多重要天气系统生成的源地。我国有大量工作是支持这一看法的，下面就几个主要的方面予以总结。'．高原东侧天气系统高原作为一个巨大的障碍物对于附近的气流必然要产生影响，我们首先考虑高原对于它的高度以下天气系统的影响，在高原的西侧；和南侧由于我们掌握的资料很少，并且这鹦地区的系统对我国天气的直接影响较小，智不讨论。高原北边的地形复杂，对气流有着各种明显的影响，如地形西北坡对冷空气的阻挡作用，常使冷锋停留在阿尔泰山；的西边，天山．的北边，；高原主体北边和祁连山习匕边等，在南疆有冷空气绕过天山从东边流入塔里木盆地，在一些峡谷中经常形成强大拓风口”产生巨大的风速，还有青海湖的地形铜田锋，柴达木的热低压，河西的小高压及其偏东风等次天气系统，这些都对当地的天气会产生严重影响，都吊值得研究的问题。；由于高劂匕边人烟稀少，其对国民经济所产生的影酶相对于高原东边的天气系统来讲是次要的。下面着重讨论---下高原对它东边天气系统的影响。；(1；)冷锋：我国高原的范围及走向都与北美的洛矶山不同，它们的影响也是很不-—样的，西风气流在我国是绕过高原为主C273，；而在北美是以爬越洛矶山为主的。在北美冷空气可以侵入很南的地方，；在我闰就相对的偏北一些，尤其在靠近高原边缘是如Jq；。如在云，贵、川一带(夏季除外)经常有偏南的暖湿气流北上而形成这一地区的糖静止锋‘28)，阻：止了冷空气继续南侵，使西昌一带冬季不很冷，能生长亚热带植物，是世界上储生长亚热带植物度最北的地区C29]o；：!?关于我国东部锋面的分析，五十年代以来有过一些工作，但多着眼于锋面本身的结构，没有把它的发展与地形影响连系起来考虑，并和世界其它地区比较，突出其特点，形成概念。．(2)背风坡气旋：国外对于地形背风坡气旋的生成发展，从资料分析到理论研究作了大量的工作，在最近的AIpex计划中还在继续进行研究C30J。其主要条件是要求气流爬越山脊，但在我国西风气流主要是绕过高原的，这样在我国地形对气旋生成的影响，也可能是下一样的·。Chu簿S(s”：6；玥Y2一真98Q年)的统计指出在亚洲的背风坡气旋强度碉很不典型，·经高原气象2卷常停留不动。我国早期的预报经验也指出在我国大陆上很少见到较强的气旋，而经常见到的西南低涡停留在四川云南一带，只有当它东移之后才带来较严重的天气。袁信轩cs2，指出高原东侧春季江淮气旋波不但弱，而且与北美及欧洲的结构也不相同。这些都说明我国高原东侧的低涡和低压与一般的背风坡气旋是不同的。关于西南涡我国虽然对它进行过一些统计分析和个例分析C35]，提出了一些初步的看法，但远没有形成结论和概念，还应继续作一些基础的资料分析工作，提出较清楚的概念模式，使研究高原地形对低涡的形成、发展建立在可靠的基础上。；另外，在我国和北美还有一个突出不同的天气现象，在北美4—6月的龙卷风很多，是美国有名的灾害性中小尺度天气系统，而在我国这种龙卷风的危害，虽然尚无详细的资料，但可以定性地估计比美国要少得多。这也可能与我国高原地形及北美洛矶山地形的影响作用不同，和两国海陆分布的具体情况不同有密切的关系。这里顺便谈一下分析方法问题，因为不同的分析方法可以得到不同的现象和系统。由于高原平均海拔4—5公里，这一地区的平面图如地面图、850mb图等很难分析，这对我国西南地区(高原东侧边缘)低压系统的认识会有一定的影响，有时我们很难判别这些系统是在高原边缘产生的，还是从高原上移出来的。最近汤懋苍[34，提出在高原地区分析地面图，把高原上的地面气压场订正到海平面，但这里要解决两个问题；1)要用大量的统计数字说明这种图上的系统是客观存在的，2)阐明高原上的低压系统如何在斜坡上发展o(；3)700mb切变线低祸：早在五十年代叶笃正等css)发现在700mb平均流线图上，当西风从南北两侧绕过高原后，!在它的东侧边缘附近存在岫对对称的涡旋，北边在兰州附近，南边的在西昌；附近÷这很象流体绕过圆柱后的定常情况。后来罗四维‘26，进一步发现在高原东侧700mb流场经常出现切变线、低涡，并在南北方向摆动。涡旋都发生在高原的边缘，·然后沿切变线东移，有的低漓发展较大，其结构与温带气旋完全不同，而类似于热带气旋c9Y)。由于气流受到高原的绕流作用影响，使近地面的反气旋中心平均不在高原北侧的蒙古人民共和国，而在高原东侧的长江流域C38]o·：；这种切变线除了冬季有一部分与锋面有关，夏季有一部分与西太平洋副热带高压有一定关系外，它主要与高原地形的侧向摩擦有关。可以初步设想高原东部边缘附近有一个类似于经典流体力学中的边直层，；上述切变线；低涡类似于流体绕过圆柱时产生的尾流现象，但这里的情况要复杂得多，；它与气流的方向、风速的大小、斜压性的强弱及温度的层结等都有关系。当然与降水潜热的释放也是有关的。如果不了解切变线，低涡发展的物理过程和机理，很难作好我国东部降水预报。2．高原地区600mb切变线低涡我国关于高原地区500mb夏季切变线低涡的研究比较多，一、因它是高原地区主要降水系统，；二、因为它是高原上的特产，在500mb图上世界其它地方是投有的。1964年罗四维c38]首次指出在高原地面夏季存在一条切变线，它与印度北部的季风槽同时并存。陈乾、吴永森等~39-40J指出高原上经常有低涡移出，但对于低涡产生的源地有不同的推测。最近的研究指出cdl：，低涡主要生成于高原西部申札、定日及改则之间，以后沿切变线东移略有发展，而大多数消失于高原的东部下坡处，只有少数能移出高原地区。它移出的条件是什么?为什么大多数在高原上消失?是低涡因离开高原失去了生成的条件而消失呢?还是低涡沿坡下沉到较低的地方了呢?它对高原东侧的天气有什么影响?这些都值得进一步研究，罗四维：青藏高原对大气环流的影响钱正安C41)等还初步认为低涡的生成条件是：地面的感热加热大，空气中水汽多，垂直风速切变小，近地面的相对涡度大，正压不稳定等因子都有利于低涡的生成。在一定的环流条件下，由于不均匀的非绝热加热，涡动有效位能不断累积，在正压不稳定的启动下，、通过涡动有效位能向扰动动能转换使低涡产生和发展。夏季高原地面是热源和气流辐合区，高空是气流掘散和能最消耗的场所，切变线低涡是这时盛行的天气系统，它们对于这种能量的向上输送起什么作用?与高空大尺度环流之间相互影响如何?这也需要进一步研究。·3．高原对500mb外来系统的影响最近的初步研究指出c423，夏季较强的冷空气在适当的环流条件下可以侵入高原西部主体，并形成较强的冷锋，但气团变性很快，1—2天后冷锋就消失了。500mb_k的动力性高压，从伊朗东移进入高原的主体，同样也是减弱移走cd3)。这些现象说明高原地面的加热作用可能很强，使系统很快得到了改造，但至今还缺乏详细的分析和理论探讨。在天气分析经验中，我们感到高原地区很少出现大槽大脊，尤其没有见到切断低压和阻塞高压，起码比同纬度其它地区要少得多，这说明南北空气在高原上空直接大规模的交换机率很少。通过对天气系统的影响，高原可能对更高层的气流甚至西风急流的活动，带来影响。个例分析指出C443，高原对于西风槽的影响明显，当它移入高原地区之后，很快被切断成两段，并可以影响到高层西风急流的分支。；：4．100mb青藏高压”’早在六十年代初期陶诗言cds，等就指出lOOmb高压围绕高原上空东西摆动，并影响500mb太平洋副热带高压在我国大陆上的进退。1974年罗四维C463等进一步指出它的脊线位置及东西部流型与我国大范围降水分布和旱涝有密切的关系，并对它的结构及移动规律进行了讨论·，以后国内外对它的形成原因及活动规律进行了广泛的讨论。．：这些研究归纳起来是：兰州高原大气所的研究认为这个高压是暖性的，中心下面为上升气流，虽然它基本上是由于海陆热力差异所形成的，但其中心的平均位置又与高原的热力作用有关，随着热源分布的变化而东西移动。叶笃正、张捷迁E473等的模型实验支持这种观点，并指出只有当西风带零线位于热源上空时，才能在热源上空形成反气旋。Manabe、王安宇及张俊根c16—183等的数值模拟也支持了这种观点。模型实验还指出高压的东西移动也与高原及其附近的加热状况有关。后来张可苏的研究又指出西风带有一类长波调整也可以引起高压的东西摆动。郭其蕴和朱福康[48—493的工作指出，lOOmb高压的北上高原主要是全球行星系统的季节性北移，与西风带的调整关系密切。张基嘉c503和张鸿材c513的研究则强调乎流层的影响是主要的。但这些工作都属个别年份的情况，且论证很不充分。朱抱真C52)提出了另一个有意义的观点，认为西风带的移动波与高原的固定扰动的互相作用是lOOmb高压在高原上建立的主要原因，但这里的固定扰动似乎强调高原的动力作用过多，而对高原热力作用估计过低。单独和孤立的强调高原的热力作用对lOOmb高压的季节性建立和大尺度环流季节变化的影响是片面的，因为尺度更大的海陆热力差异的季节性影响是背境。反过来；，青藏高原的热力作用虽然只是叠加在海陆热力差异中的一个矗法码”。但如何恰当地估价它在季节变化中的具体作用，很值得注意。·总之，关于高原对~OQmb青藏高压的形成，维持和移动规律的影响还要进一步的研究；，高原气象2卷最后还值得一提的是高原热力影响日变化很明箍、罗四维早在1964年的资料分析中就指出了这一现象，最近钱永甫、王谦谦(53--55}在数值实验中指出了这种日变范围和地形尺度的关系以及对环流的影响，四、研究途径和方法和其它研究工作一样，关于青藏高原对环流影响的研究大致也有三个方面，即资料分析，理论探讨和模型模拟实验。1．资料分析资料分析是我们认识地形影响的第一步，前面谈到的许多事实和现象的分析都是属于这一类工作。这是我们研究工作的基础。随着研究的深入需要了解地形的某种特殊影响而进行的观测试验，这是目前气象研究中经常采用的一种方法。如1979年的季风试验和1982年的阿尔卑斯山试验都是这一类的观测试验。这种观测试验都是有组织有目的和有明确的科学问题的，事先要在理论上及技术上进行充分的准备和计划。1979年5—8月青藏高原科学试验也是属于这一类的研究。这一次试验的目的主要是慎补空白，了解高原的热源分布及高原西部的天气系统，从而加深高原对环流和天气系统的认识。以后在适当的时候还要进行类似的研究。目前我国关于青藏高原的研究，主要都是资料分析，今后应当加强理论方面的研究。；2．理论研究；；；在资料分析的基础上，对于揭露出来的事实及现象必须从理论上进行研究加深认识，利用大气动力学方程组和控制大气运动的一些基本规律、或简化的模式对现象给以定性的解释，使我们了解现象的本质，为进一步的研究提供理论依据和指导，这是很重要的。下面要谈封的模型实验、数值模拟及数值预极等都是在这些理论的指导下进行的。；关于地形影响的理论研究在国外做得较多，已有专门的总结c1：，这里从略。但我国在这方面的研究比较缺乏，这是应该注意的。目前的理论研究还有很大的局限性，．离解决实际问题还有很大差距，这是因为大气中的现象主要都是非线性的，而我们用解析方法解非线性阿题的能力又很差；现在人们想用数值方法来弥补这个缺点，下面我们作一些简单的讨论。瘤．实验方面的研究、．(1)模型实验：像其它物理实验一样，把大气中的现象放到实验室来进行研究，这是研究手段之一，也已取得了一些成绩。关于地形影响的流体力学实验研究，P．·G．Baines和P．A．D8／vies(56~已有专门总结。虽然模型实验有较大的局限性，但随着实验技术的提高，在研究地形的影响方面，·它还是尸种比较好的方法之一。我国目前的这类实验多偏重于大尺度地形的影响，以后应增加较小尺度地形影响的实验研究，更紧密的结合我国的具体情况。，·(·2)，数值模拟及数值预报：通过资料分析及理论研究，我们可以对地形影响的某些天气现象初步得到定性酌认识和解释，但是否正确还要通过实践来检验，最好的办法是厨数值模式来进行对比模拟实验，以了解哪些物理因子是重要的或比较重要的和哪些因子是不重要的。·在作数值模拟时，和模型实验一样，我们可以控制这些因子或者那些物理因子，在某种意义上讲，数值模拟实验比模型实验更方便更有效，也是更有发展前途的研究方法。在国外的气象研究中得到了广泛的应用÷·我国；也开始普遍重视。我们过去在青藏高原气象的研究中3期罗四维：青藏高原对大气环流的影响许多现象深入不下去，与没有很好地应用这一研究方法有关。·数值预报实际上也是一种数值模拟实验，不过这里模拟的对象是实际的观测事实，用观测到的实况作初始场，然后又用实况来比较，通过数值预报可以检验数值模式，改进预报模式，加深地形影响天气气候的认识。资料分析、理论研究和数值模拟或数值天气预报，；都是我们在认识青藏高原对大气环流和天气影响中不可缺少的方法，他们是一个整体，缺少任何一种方法，我们的认识就很难前进，就不能作好天气预报。目前数值预报中主要问题之一，在模式中真实的处理地形有技术上的困难c：)，对于青藏高原附近的天气预报来讲，这个问题更为突出，目前日本和我国的数值天气预报在高原附近的准确性很差，就是与处理地形的影响有关。钱永甫‘s，，等的模式在处理地形上有特点，；比较接近实际情况，但分辨率太低，尤其在水平方面5。X5。径纬度的格点太大，很难用来模拟高原对它附近天气系统的影响。五、总结大量的研究指出，青藏高原对全球大气环流有明显的影响，地形影响与海陆热力差异的影响具有同等的重要性，而青藏高原又是地形影响中最主要的，尤其在对东亚环流和它的季·节变化的影响中更大。青藏高原是我国许多重要天气系统的发源地，和对外来天气系统改造的场所，对它附近的天气系统产生巨大影响，严重地影响我国的天气预报，：与世界其它地形影响有许多不同之处。过去在理论上和实验上研究青藏高原的影响不够，尤其在高原对环流的季节变化及天气系统的影响方面是如此，距解决实际预报问题的距离较大。这一方面由于要解决的气象问魑是非线性的，而我们目前解决非线性问题的水平有限，另一方面我们在数值模式中真实地处理地形存在技术上的困难。以后关于青藏高原对天气和环流的影响应从以下三方面进行研究：(．，1)在理论和实验研；究中，要把问题简化只保留最主要的物理过程来了解地形影响最主要的枬丽，(2)在进行区域性或全球性的数值试验时，要注意改进地形的处理和与地形有关的物理过程，如边界层影响和地形性的对流活动等，．(3)通过模拟技术和诊断方法对与地形有关的主要天气与气候事实进行现象学的研究。当然也还要对于地形影响的事实和现象进一步揭露，甚至进行观测实验研究。；；；·；—参考文献亡13AkiraKaSahara，InfluenceOf；orographyOn‘he 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series》a．23,235——293．(57)钱永甫等，大气科学，M．2，9工——102,1978。3期颜宏等：全球大气研究计划(GARP)第一次全球试验(FGGE)67全球网格资料(1EVEL置b)及其使用方法第二部份：资料的识别与解码读取方法简介RECORD：58LABEL：6C4F0FF0024CD07CTYPE二10(T)Y．M．D．T二L二100MBN二5A二．E+03SOUTHERNHEMISPHERERECORD：59LABEL，0“00C4F0FF0024CDC9FAlC0000FFFTYPE二28(WP)Y．M．DT=L=100MBN二一10A二．E一03NORTHERNHEMISPHERERECORD；60LABEL：6乙4F0FF0024CDC9FAlC0000FFFTYPE=28(WP)Y．M．D．T=?9820L二100MBN二一10A号．E一03SOUTHERNHEMISPHERERECORD：6lLABEL：A9882l0000126乙4F0FF0024C37F100B00000000TYPE二1(Z)Y．M．D．T=L二150MB；N二11A二．E+05NORTHERNHEMISPHERERECORD；62；-LABEL：A26C4F0FF0024C37F100B．00000000TYPE=l(Z)Y．M．D．T=L二150MBN摹11A二．E+05SOUTHERNHEMISPHERERECORDs63—LABEL：A6C4F0FF00“C10AA8F0000TYPE二30(U)Y．M．D．T二 l二15QMB；，N二6A二．E+02NORTHERNHEMISPHERERECORD‘64-LABEL：?A26C4F0FF0024C10AA8Fp0000TYPE嚣S0(U)Y．M．D．T二798 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