青藏高原春季土壤湿度的变化与中国东部夏季降水关系的研究

摘要

土壤湿度对降水的反馈作用一直是降水发生机理的研究热点之一。由于青藏高原的特殊位置和地形，其春季的地表非绝热变化对中国东部夏季降水的影响是一个值得重视的科学问题。本文通过统计诊断和数值模拟方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系。首先，对GLDAS土壤湿度资料在青藏高原地区的质量进行了检验，在此基础之上，利用SVD统计诊断了青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度与中国东部不同地区夏季降水在空间和时间上的异常特征，并进行了Mont-Carlo显著性检验，得到了青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的相关关系；然后利用合成分析方法，比较分析了青藏高原春季土壤湿度异常大、小值年，中国东部大气环流的变化特征，并利用t检验进行显著性检验；最后，运用数值模式CESM1.2.0，设计了两组敏感性试验验证了上述统计关系。得出了以下初步结论：　　（1）青藏高原地区春季土壤湿度异常与中国东部地区的夏季降水有显著的相关关系。青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同，但10-40cm、40-100cm、100-200cm深度层春季土壤湿度与中国东部夏季降水相关关系较一致。　　（2）青藏高原东北和西北等大部分地区0-10cm深度层（表层）春季土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关，而与华南地区为负相关；青藏高原中部及南部等大部分地区0-10cm表层春季土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强的负相关；青藏高原北部及东部等大部分地区10-200cm深度层（深层）春季土壤湿度与华北、华中地区的夏季降水为正相关，而与东南沿海夏季降水为负相关；青藏高原中东部等大部分地区10-200cm深层春季土壤湿度与华南地区夏季降水呈负相关关系。　　（3）合成分析结果表明，青藏高原地区春季土壤湿度值较小时，中国东部大部分地区夏季降水显著减少，仅中国南部沿海小部分地区夏季降水增加；青藏高原地区春季土壤湿度值较大时，中国东部大部分地区夏季降水显著增加，仅中国南部沿海小部分地区夏季降水减少。　　（4）增加青藏高原春季土壤湿度的数值模拟结果表明，当青藏高原中北部大部分地区春季土壤湿度增加时，中国东南沿海地区的夏季降水减少，相反东北、华北平原地区的夏季降水异常增加；当青藏高原中东部和东南部地区春季土壤湿度异常增加时，长江中下游及华北、华中大部分地区的夏季降水显著增加，与利用SVD方法得到的结论基本一致。　　（5）青藏高原地区春季土壤湿度异常通过地表非绝热加热作用，对南亚高压、西太平洋副热带高压、夏季风等系统的变化产生影响，进而对中国东部夏季降水异常产生影响。当青藏高原春季土壤湿度异常增大，地表非绝热加热作用减弱，南亚高压多处于西部型过程，南亚高压中心位置相对偏西、强度相对较弱；西太平洋副热带高压相对较弱、偏东；中国南部地区850hPa风场强度相对较强，相对湿度、比湿较大，水汽含量较多，南亚夏季风、东亚夏季风系统强度相对较强，进而导致中国东部大部分地区夏季降水通常较多，仅东南沿海地区降水相对较少；反之亦然。