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青藏高原复杂地形激发的重力波可以增强东亚春季降水

已有 533 次阅读 2024-2-28 15:34 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

中国气象科学研究院徐祥德院士和南京大学徐昕副教授的最新研究发现,青藏高原复杂地形与副热带西风相互作用产生的地形重力波拖曳,通过驱动一种新型动力气泵,对下游东亚地区的春季降水具有重要影响。《中国科学:地球科学》中英文版2023年11期发文报道了该成果。

春季持续性降水是东亚夏季风来临前的主要雨季。以我国华南地区为例,春季降水可占年降水量的35%左右,给农业和工业用水带来丰沛的水资源,但也可能造成暴雨和洪涝。中国气象科学研究院徐祥德院士和南京大学徐昕副教授指出:"以往研究表明,青藏高原大尺度地形的动力和热力作用对东亚春季持续性降水的形成具有重要影响,但是对青藏高原小尺度地形的作用知之甚少"。研究团队利用WRF模式开展敏感性数值试验,分别关闭青藏高原的次网格地形重力波拖曳(TP_NoOGWD)和地表感热(TP_NoSH),发现我国华南地区的春季降水分别减少约24%和34%(图1)。该结果表明青藏高原小尺度地形激发的重力波对东亚春季降水具有重要影响,甚至与高原大地形的感热气泵作用相当。

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图1 2000~2017年东亚春季降水的空间分布. (a) CMORPH; (b) CTL; (c) TP_NoOGWD; (d) TP_NoSH试验

研究团队进一步分析诊断了地形重力波的动力作用,发现地形重力波破碎产生的纬向拖曳使得青藏高原上空的副热带西风急流减速(图2a, 2b),从而破坏大尺度气流的地转平衡并驱动跨越高原的非地转经向次级环流。在高原南侧,非地转风向极地方向运动,在对流层中层产生低压中心和垂直向上的气压梯度力,从而将低层空气动力抽吸至中上层,跨越高原后在北侧下沉形成高压中心(图2c)。高原南侧的低压扰动能够增强经向气压梯度力和西南季风,将更多水汽输送至下游地区,最终导致东亚春季降水的增多(图3)。

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图2 (a) CTL试验2000~2017年春季500hPa次网格地形重力波拖曳矢量及强度. (b) CTL和TP_NoOGWD试验500hPa位势高度与水平风和水平风速的差异. (c) CTL和TP_NoOGWD试验的85~95°E纬向平均位势高度差异和纬向风差异,填色为地形重力波拖曳

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图3 青藏高原地形重力波拖曳影响东亚春季降水的概念模型

该研究提出了一种新的气泵效应,与青藏高原大地形的感热气泵类似,但是由小地形激发的重力波拖曳驱动。该研究有助于更全面地了解青藏高原多尺度地形的气候效应,为东亚地区西风-季风协同作用提供了新的视角。

了解研究详情,请登录期刊官网阅读原文

中文版:李闰秋,徐昕,徐祥德,Shepherd T G,王元. 2023. 青藏高原地形重力波对东亚春季降水的重要作用. 中国科学: 地球科学,53(11): 2639–2647

英文版: https://www.sciengine.com/SCES/doi/10.1007/s11430-023-1204-6

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