第七章--海温变化对东南沿海地区降水的影响研究-环境模型与数值模拟课件.ppt

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1、第七章 海温变化对东南沿海地区降水的影响研究7.1 7.1 引言引言7.2 7.2 数值试验的模式、方案及资料数值试验的模式、方案及资料7.3 7.3 模拟结果（南海和北印度洋海温的模模拟结果（南海和北印度洋海温的模拟）拟）7.4 7.4 小结小结7.1 7.1 引言（模拟背景）引言（模拟背景）7.1.1影响东南沿海地区降水的主要海区的诊断分析（研究现状）7.1.2 模拟研究原因目的全球温度变化全球温度变化-区域差异区域差异来来源源：I IP PC CC C第第三三次次评评估估报报告告温度变化导致的中纬度降水变化温度变化导致的中纬度降水变化 温度越高，大气的持水能力越强（温度越高，大气的持水能

2、力越强（C-CC-C定律），定律），全全球和许多流域降水量可能增加，但同时蒸发量也球和许多流域降水量可能增加，但同时蒸发量也增加。这使气候的变率增加，即有更强的降水和增加。这使气候的变率增加，即有更强的降水和更多的干旱，从而使水循环加速。更多的干旱，从而使水循环加速。温度升高区域不均衡性可使降水在中纬度减少温度升高区域不均衡性可使降水在中纬度减少，目前中高纬度地区增温大于低纬度地区，减少经目前中高纬度地区增温大于低纬度地区，减少经向梯度和西风强度，减少了中纬度地区由海洋向向梯度和西风强度，减少了中纬度地区由海洋向大陆的输送。大陆的输送。19011901至至20052005年间（年间（a a），

3、（单位：），（单位：/100/100年）和年）和19791979至至20052005年间年间（b b），（单位：），（单位：/10/10年）陆地上年）陆地上年降水量的线性趋势分布。灰色区年降水量的线性趋势分布。灰色区域表示尚无足够多的数据计算出可域表示尚无足够多的数据计算出可信的趋势。（信的趋势。（c c）19001900至至20052005年全年全球陆地年降水量距平的时间序列。球陆地年降水量距平的时间序列。距平变化相对于距平变化相对于19611961至至19901990年的平年的平均值。平滑曲线表示不同数据集的均值。平滑曲线表示不同数据集的年代际变化。年代际变化。（a）（a）（b）（c）图1

4、图图2 2 右图：观测的每右图：观测的每1010纬带平均的年降水量（细黑线）和纬带平均的年降水量（细黑线）和5050个模拟的集合个模拟的集合降水曲线（细兰线），直的虚黑与红线，分别是趋势线。降水曲线（细兰线），直的虚黑与红线，分别是趋势线。中国降水格局的变化中国降水格局的变化 南涝北旱南涝北旱的降水分布的降水分布 从从19701970年代末中国降水带发生了明显的年年代末中国降水带发生了明显的年代际变化，代际变化，夏季主要雨带由华北夏季主要雨带由华北1950-19701950-1970年代，逐渐南移到长江流域和华南地区。年代，逐渐南移到长江流域和华南地区。根本改变了中国降水分布的格局，使北方根本

5、改变了中国降水分布的格局，使北方出现了长达出现了长达2020多年的长期干旱。多年的长期干旱。近40年中国夏季降水变化趋势分布（Xu et al.,2006）图111870-2003东亚季风指数长期变化（IPCC,2007）图14 为什么亚洲与东亚的夏季风减弱，从而造成中国降水分布格局的变化呢？研究表明：（1）热带热带海表温度的变化海表温度的变化是一个主要原因，如热带中东太平洋海温自1978年末以来，明显增温使厄尔尼诺事件更频繁的发生。其中1978年与1992年有两次强烈增温事件。这恰好对应于中国雨带的两次南移。（2）另一个原因是1978年前后高原冬春积雪明显增加高原冬春积雪明显增加使高原以及高

6、原的加热（热源）减弱。这两个因素都减小了夏季海陆温差。从而减弱了亚洲夏季风的驱动力。几个问题几个问题1.1.东南沿海降水变化的特征东南沿海降水变化的特征2.2.影响东南沿海降水的海温高响应区域及影响东南沿海降水的海温高响应区域及其可能的机制其可能的机制3.3.模式怎么实现海气相互作用模拟模式怎么实现海气相互作用模拟1.1.东南沿海降水的特征东南沿海降水的特征2.2.东南沿海地区的降水存在明显季节性变化，该地区东南沿海地区的降水存在明显季节性变化，该地区夏季主要受热带海洋气团或变性热带海洋气团、变性夏季主要受热带海洋气团或变性热带海洋气团、变性赤道气团影响；冬季则主要受变性大陆气团和变性热赤道气

7、团影响；冬季则主要受变性大陆气团和变性热带海洋气团、变性赤道气团影响，因而对该地区的降带海洋气团、变性赤道气团影响，因而对该地区的降水变化必须分季节来讨论。水变化必须分季节来讨论。观测资观测资料料1951-2003年中国740个站的降水资料及同时段的英国气象局哈得来气候中心月平均还表温度资料；NCEP/NCAR 高斯网格的地标观测资料及高空观测资料（地表物理量及大气环流状况分析）分析时间分析时间 1951-2003年冬季（12,1,2月）、春季（3,4,5月）、夏季（6,7,8月）、秋季（9,10,11月）分析方法（统计方法）分析方法（统计方法）奇异值分解法（奇异值分解法（SVD)透过求解两变

8、量空间与时间资料交互协方差矩阵获得两透过求解两变量空间与时间资料交互协方差矩阵获得两变量变量(或多变量）间最高相关系数下之时时空分布特征，亦即呈现此两变量或多变量）间最高相关系数下之时时空分布特征，亦即呈现此两变量（或多变量）间主要耦合型态。（或多变量）间主要耦合型态。各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方法）法）法）法）冬季冬季南海、北印度洋、及赤道东太平洋等地区异性相关系数绝对值可超过0.6，同时，东南沿海地区冬季

9、降水对海温的变化也很敏感，南海、北印度洋等地区的冬季海温异常降低（升高），导致冬季冬季风减弱（增强），则我国东南沿海地区的冬季降水可能随之减少（增加）。春季春季东南沿海地区春季降水与同时期印度洋和赤道东太平洋之间也存在明显得响应关系，异性相关系数最高可超过0.6，但春季降水的高响应区比冬季南移。南海、北印度洋等地区的春季海温异常降低（升高），导致东亚夏季风增强（减弱），则我国东南沿海地区的春季降水可能随之增加（减少）。夏季夏季夏季的海温强响应区主要出现在赤道西太平洋、南海、北印度洋地区，相关系数绝对值可超过0.6，而中国东部降水对这些区域海温变化的响应呈现正-负-正相间的分布特点。北印度洋、南

10、海等地区是影响东南沿海地区降水的关键区域，在诊断、预测时北印度洋、南海等地区是影响东南沿海地区降水的关键区域，在诊断、预测时须重点关注。须重点关注。各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方各季节影响东南沿海降水的海温高响应区域诊断分析（统计方法）法）法）法）观测资观测资料料1998年和1994年东南沿海地区典型旱涝年的气候资料。分析时间分析时间 降水（1998年春季）-降水（1994年春季）降水（1998年夏季）-降水（1994年夏季）分析结果分析结果无论春季还是夏季，无论

11、春季还是夏季，1998年长江中下游降水都要比年长江中下游降水都要比1994年多，而在东南沿海年多，而在东南沿海地区的夏季降水则比地区的夏季降水则比1994年少；表明东南沿海与江淮流域的夏季降水变化年少；表明东南沿海与江淮流域的夏季降水变化基本呈现反位相关系基本呈现反位相关系。（原因解释见书）。（原因解释见书）海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析1998年与年与1994年季风强弱程度年季风强弱程度 1998年夏季风较之年夏季风较之1994年弱年弱1998年与年与1994年海温变化差

12、异年海温变化差异1998年春夏季海温明显比年春夏季海温明显比1994年偏高，尤其是东海、南海等环东亚大陆海域年偏高，尤其是东海、南海等环东亚大陆海域海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析海温变化影响东南沿海降水的物理机理分析海温变化影响东南沿海降水的物理机理：海温变化影响东南沿海降水的物理机理：海温变化影响东南沿海降水的物理机理：海温变化影响东南沿海降水的物理机理：春夏季中低纬度地区海温升高（降低）导致该年东亚夏季风减春夏季中低纬度地区海温升高（降低）导致该年东亚夏季风减春夏季中低纬度地区海温升高（降低）导致该年东亚夏

13、季风减春夏季中低纬度地区海温升高（降低）导致该年东亚夏季风减弱（增强），并使得江淮流域降水增加（减少），而东南沿海弱（增强），并使得江淮流域降水增加（减少），而东南沿海弱（增强），并使得江淮流域降水增加（减少），而东南沿海弱（增强），并使得江淮流域降水增加（减少），而东南沿海地区降水出现相反变化。地区降水出现相反变化。地区降水出现相反变化。地区降水出现相反变化。3.3.模式怎么实现海气相互作用模拟模式怎么实现海气相互作用模拟海洋和大气都是流体，其运动是相互联系相互影响的，大海洋和大气都是流体，其运动是相互联系相互影响的，大尺度的海气耦合相互作用对气候的形成和变化都有重要影尺度的海气耦合相互作用

14、对气候的形成和变化都有重要影响。响。海洋主要向大气输送热量海洋主要向大气输送热量(尤其是潜热尤其是潜热)来影响大气。主要来影响大气。主要是热力作用。是热力作用。大气通过风应力驱动海洋，提供动量，改变洋流及重新分大气通过风应力驱动海洋，提供动量，改变洋流及重新分配海洋的热含量。主要是动力作用。配海洋的热含量。主要是动力作用。以公共的方式以公共的方式传递大气和海洋传递大气和海洋模式模式之间的参数之间的参数低纬度海气相互作用典型模拟形式低纬度海气相互作用典型模拟形式u气气候候学学研研究究中中，为为考考察察海海表表温温度度的的异异常常对对大大气气的的强强迫迫作作用用，常常利利用用SSTSST强强迫迫气

15、气候候模模式式，这这类类试试验验假假设设了了在在海海气气相相互互作作用用过过程程中中，海海洋洋对对大大气气的的强强迫迫是是主主要要的的，而而大大气气对对海海洋洋的的反反馈馈过过程程则则可可以以忽忽略略。这在热带海洋上可能是一个合理的近似。这在热带海洋上可能是一个合理的近似。东南沿海地区降水与海温变化密切相关，对东南沿海地区降水与海温变化密切相关，对于不同季节的降水，海温强影响区和时间存于不同季节的降水，海温强影响区和时间存在差异。在差异。了解东南沿海地区不同季节降水的高响应区了解东南沿海地区不同季节降水的高响应区域及其可能的机制。域及其可能的机制。7.1.2 模拟研究原因目的模拟研究原因目的7

16、.2 7.2 数值试验的模式、方案及数值试验的模式、方案及资料资料模拟步骤：模拟步骤：预处预处理理过过程；程；第一步：定第一步：定义义模模拟拟区域和网格区域和网格间间距，并把距，并把陆陆地地类类型和高程数据内插到模型网格点上；型和高程数据内插到模型网格点上；第二步：第二步：产产生模生模拟过拟过程中用到的初始条件和程中用到的初始条件和边边界条件文件。界条件文件。RegCM；第一步：第一步：选择选择合适的物理合适的物理过过程参数化方案程参数化方案选项选项，模，模拟拟日期，日期，时间时间步步长长和和输输出出频频率等；率等；第二步：第二步：编编写程序，将写程序，将读读入的研究区域的海温入的研究区域的海

17、温资资料修改料修改为为增加（或者降低）增加（或者降低）1度后的度后的值值；第三步：开始模拟；第三步：开始模拟；或第四步：或第四步：restart模模拟拟后后处处理。理。第一步：从第一步：从SIGMA坐坐标转换标转换到到压压力坐力坐标标；7.3 7.3 模拟结果模拟结果7.3.1海温变化对环流形势的影响7.3.2 海温变化对东南沿海地区降水的影响7.4 7.4 小结小结几点结论：几点结论：（1）南海、北印度洋海温变化通过影响大气环流、水汽输送等进）南海、北印度洋海温变化通过影响大气环流、水汽输送等进一步影响东南沿海地区降水。一步影响东南沿海地区降水。（2）各个季节海温变化对东南沿海降水的影响不同

18、，模拟结果基）各个季节海温变化对东南沿海降水的影响不同，模拟结果基本与诊断分析保持一致。本与诊断分析保持一致。（3）夏季南海海温变化对东南沿海地区降水的影响要大于北印度）夏季南海海温变化对东南沿海地区降水的影响要大于北印度海温变化对其的影响。海温变化对其的影响。（4）东南印度洋夏季海温变化对长江中下游地区降水影响明显，）东南印度洋夏季海温变化对长江中下游地区降水影响明显，而对东南沿海地区影响则不明显。而对东南沿海地区影响则不明显。冰雪圈、陆面过程、海洋与大气相互作用对东亚降水的影响模拟练习学会修改regcm2中的相关参数来实现区域、精度、参数化方案等等在前处理过程中的选定。都属于敏感性试验，但同时控制试验也是必不可少的，掌握控制试验的主要作用。了解东亚降水变化机理分析的对象：环流形势场题目XX气候模式研究进展对所选定模式作介绍对所选定模式在东亚区域气候模拟方面的研究做归纳总结