中国南亚热带典型季风区雨季水汽空间分异特征研究

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降水过程是一个地区气候旱涝更替的主要影响因素,而水汽输送是制约降水过程的关键环节,分析影响“干湿”气候状况的水汽来源及输送状况,对于进一步认知区域降水时空分异特征至关重要。本论文以位于典型亚热带季风区的中国云南省和广西壮族自治区组合地带为研究区域,以稳定同位素示踪、HYSPLIT模式应用及SOFM非线性分类器构建等为研究手段,开展雨季降水过程的时空变化特征、不同季风环流水汽输送过程及其交互影响区域的界定研究。创新性基于多元数据构建SOFM非线性分类器对西南和东南水汽通道交汇区位置作了进一步明确和重新认知,得出分异界线在哀牢山东侧的结论。理论价值主要体现在有助于深入理解我国亚热带季风区域的旱涝灾害形成,实践意义则是能够促进气候区划修订和国家防灾减灾战略制定。论文沿着“降水分异-水汽来源-输送路径-水汽交互影响界定”的总体思路展开研究,主要工作及研究结论如下:(1)辨识雨季开始期特征,阐明了雨季降水时空格局。应用16个气象台站1971-2016年日降水数据,基于ArcGIS平台,辨析雨季来临时间相位时空格局;探讨雨季降水构成特征(降水量、日数、强度)的年际、月际变化趋势及不同等级降水强度对降水量贡献的分异特征;阐明雨季降水空间关联特征与演变规律。结果表明,1971年到2016年间的研究区雨季降水区域分异显著,大体以哀牢山为界,东部地区稍早于西部地区进入雨季,降水量总体趋势是自东西两侧向中部区域逐渐减少,降水强度随时间波动呈现东减西增趋势,降水量年际波动东部地区稳定性明显高于西部地区,且有自东向西逐步降低之趋势。(2)揭示雨季降水来源分异特征,探讨了其交互影响区域。应用2014年降水氢氧稳定同位素实测数据,借助稳定性同位素技术,研究雨季全期及一次降水过程δD和δ18O的衰减过程,及水汽输送空间格局,探讨大气降水氢氧稳定同位素空间突变的降雨量效应和大陆效应,分析西南水汽和东南水汽的交互区域。结果显示,整个雨季及一次典型性暴雨过程的氢氧稳定同位素空间分布格局基本一致,展示出了来自西南方向的孟加拉湾水汽、来自东南方向的南海水汽的大气降水重同位素分别自西向东和自东向西不断递减现象。南海季风向西运移途经研究区东部的过程中,西来的孟加拉湾水汽越过哀牢山后在红河、个旧附近与其相遇,共同造成该区域稳定同位素量值减少较快,即空间分界特征较为清晰。(3)阐明雨季水汽输送路径及来源,揭示了水汽传输的时空演变规律。应用全球资料同化系统GDAS格式的2013-2016年风向数据,基于HYSPLIT后向轨迹模式从月尺度追踪各站点的雨季水汽输送路径及各方向水汽对降水量贡献的时空演变规律;结合聚类分析,从雨季尺度进一步探讨西南水汽和东南水汽的交互影响区域。结果显示,研究区东、西部分别受南海水汽和孟加拉湾水汽影响且存在差异。影响研究区西部地区雨季的水汽以来自西南方向的孟加拉湾水汽占绝对优势,而东南方向的南海水汽和西南方向的孟加拉湾水汽都是影响东部地区雨季的主要水汽,即哀牢山以东地区的雨季不仅受南海水汽控制,还受到了孟加拉湾水汽明显作用。(4)构建SOFM非线性分类器,定量描述了雨季水汽来源分异特征。建立多元数据的水汽来源分异量化表征体系,利用神经网络技术构建非线性分类器(SOFM),定量描述中国典型亚热带季风区雨季水汽来源分异规律,辨识分异界线。结果显示,基本以哀牢山为界,以西地区雨季主要受孟加拉湾水汽控制;哀牢山以东地区位置靠西的红河、个旧、蒙自除主要受南海水汽影响外,还明显受到孟加拉湾水汽影响,而再往东的砚山以东区域则显著受南海季风控制。得出哀牢山山脉东侧的个旧、蒙自附近是研究区内的南海水汽和孟加拉湾水汽交互影响区域,是西南夏季风和东南夏季风的分界地带。
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