四川盆地降水时空变化特征及其对地形和大气气溶胶变化的响应

摘要

利用2001-2017年TRMM卫星3B42RT数据对四川盆地近年来降水时空分布特征进行分析，并在此基础上利用2001-2015年MODIS中AOD资料分析四川盆地大气气溶胶特征，探索降水变化与高浓度气溶胶之间的关联。为了研究四川盆地特殊地形背景下降水变化及其气溶胶影响机制，我们利用在线大气化学模式WRF-Chem模拟了2012年7月20日-21日发生在四川盆地西北部的一次典型西南涡暴雨过程，并分别设置填充四川盆地地形和去除人为气溶胶排放的敏感性试验，试图揭示四川盆地大地形和大气气溶胶在暴雨过程中的重要作用及影响机理。主要研究结论如下: (1)四川盆地降水变化与高浓度气溶胶之间的关联 TRMM卫星2001-2017年降水数据分析表明:近年来四川盆地区域内小雨（0.1-10mm）及中雨（10-25mm）频率有所减少，而大雨(25-50mm)、暴雨（50-100mm）、大暴雨(100-250mm)以及特大暴雨(＞250mm)频次均有所增加。空间上，四川盆地西北部降水呈显著增加趋势，而西南部呈显著减少趋势，盆地南部降水波动最明显。AOD高值区与降水显著变化区域空间上一致，降水变化可能与高浓度气溶胶分布有关。将各等级降水与AOD做相关分析，发现大雨、暴雨、大暴雨均与AOD呈显著正相关关系，证实四川盆地日益增加的气溶胶增多了强降水的发生频率。 (2)四川盆地特殊地形在暴雨过程中的影响机理 盆地地形效应的敏感性模拟试验表明:盆地低凹地形的存在虽然延迟强降水出现时间，但却增强降水强度。其影响机制主要表现在:1）西南气流自南向北经过盆地时，在四川盆地南部形成正涡度扰动中心，延迟水汽、能量到达盆地西北部的时间，使强降水出现时间偏晚;2）盆地内多出的水汽、热量使低层大气积聚较多湿静力能，低层能量到达盆地西北部迎风坡后受地形抬升与正涡度扰动共同作用激发了强烈的对流;3）盆地西北部大气强烈对流运动及其携带盆地内大量的水汽有利于云系的垂直向发展，雨滴、雪晶、霰粒子质量浓度明显增大，使降水强度增强至大暴雨量级。 (3)大气气溶胶对四川盆地降水的影响作用 大气气溶胶减弱降水过程前期盆地内降水，增强降水过程后期盆地西北侧山坡降水。降水过程前期，降水发生在四川盆地区域内，高浓度气溶胶抑制云滴凝结过程，从而释放较少的潜热，减弱云内垂直速度。雨滴、雪晶及霰粒子的相关转化过程受到抑制，降水粒子生成得少，降水强度较弱。降水过程后期，系统随偏南风北移，降水落区逐渐转变为盆地西北侧山坡。无人为气溶胶排放的敏感性试验由于前期生成大量降水粒子的下沉拖曳作用，在迎风坡并没有出现很强的垂直速度;而拥有高浓度气溶胶的控制试验则在迎风坡的地形作用下发生强烈垂直运动，云滴凝结过程增强，且向雨滴、雪晶及霰粒子转化，各水凝物粒子大量生成，增强了降水强度。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究目的与意义

1．2相关研究进展

1．2．1四川盆地的降水变化

1．2．2地形对降水的影响

1．2．3大气气溶胶对降水的影响

1．3研究内容

1．4结构路线图

第二章四川盆地降水时空变化及其与气溶胶相关关系的观测分析

2．1研究资料和方法

2．1．1 TRMM卫星资料

2．1．2 MODIS卫星资料

2．1．3分析方法

2．2研究结果与讨论

2．2．1四川盆地降水时空变化特征

2．2．2四川盆地AOD特征

2．2．3降水与AOD的相关关系

2．3本章小结

第三章四川盆地暴雨降水个例的WRF-Chem模拟

3．1 WRF-Chem模式介绍

3．2个例选取

3．3参数化方案选取

3．4模拟效果评估

第四章四川盆地地形对降水影响的敏感性模拟研究

4．1地形效应-敏感性试验的设置

4．2结果与讨论

4．2．1动力学机理

4．2．2近地面层能量累积

4．2．3云中水凝物粒子特征

4．3本章小结

第五章气溶胶对降水影响的敏感性模拟研究

5．2结果与讨论

5．2．1气溶胶对降水过程前期的影响

5．2．2气溶胶对降水过程后期的影响

5．2．3气溶胶影响效应中宏观和微观贡献的定量估算

5．3本章小结

第六章结论与展望

6．1主要研究结论

6．2主要创新点

6．3研究展望

致谢

参考文献

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