青藏高原的动力作用及其对中国天气气候的影响

青藏高原的动力作用及其对中国天气气候的影响

乔钰1，2 周顺武1，2＊ 马悦1，2 王传辉3 李强4

【摘 要】摘要 回顾了20世纪50年代以来有关青藏高原的动力学作用及其对我国天气、气候影响方面的研究工作，对高原动力学研究方面取得的成果进行综述。主要结果归纳为：①高原热力和动力作用对大气的影响存在季节性差异，冬、春季动力作用强于热力作用；②高原动力作用主要体现在绕流方面，冬、春季北半球中纬度西风经过高原的绕流与爬坡现象明显，而夏季则主要以绕流作用为主；③高原对寒潮、西南涡、热带气旋等天气系统有阻挡和屏障作用，对其系统的发生发展和移动路径都有重要影响；④高原对气候系统的阻挡和对季风的牵引作用，形成我国西北干旱，江南、华南湿润的气候背景。 【期刊名称】气象科技 【年(卷),期】2014(042)006 【总页数】8

【关键词】关键词 青藏高原 动力作用 绕流 爬坡

引言

青藏高原（以下简称为高原）雄踞亚洲大陆中南部，平均海拔高度在4000m以上，其高度约占中纬度对流层厚度（10～12km）的1／3，高原周围群山环绕，山体高大，是全球海拔最高、地形最为复杂的高原。它形成于早第三纪，第四纪以来高原大幅度上升。高原的隆起不仅改变了其本身的天气和气候，而且通过对大气环流的动力和热力作用，对其邻近地区乃至全球的环流系统和天气气候均产生显著影响［1－3］。

高原作为一个抬升的热源，其热力作用表现在感热加热和潜热释放，造成高原

及其邻近地区气流的上升或下沉运动，从而影响东亚大气环流和全球气候［4－5］。高原的动力作用主要是指由于高原地形机械阻挡和摩擦引起的大气动力过程的变化，主要表现在气流经过高原时的爬坡和绕流作用［1，6－7］。 早在20世纪40、50年代，许多气象学家就开始对高原的作用进行研究，早期的研究主要集中在其机械作用。Bolin［8］和 Yeh［9］对地形绕流效应进行研究，结果表明，高原冬季对西风气流的分支作用是形成东亚大槽的重要原因。低层西风带在高原西端分支，东端汇合，形成较强辐合线。在对流层中低层，当西风从南北两侧绕过高原后，在其东侧边缘附近形成一对对称的涡旋对［10］。近30年来，在高原动力作用方面也有大量研究成果：孙淑清等［11］通过数值模拟揭示高原地形可以影响季风环流的强度和走向，从而改变原低空急流的方向和强度。同时，李维京和罗四维［12］指出高原的动力作用有助于在高原附近生成新的中尺度天气系统，如西南涡、高原东侧的切变线和北侧的小高压等。徐裕华和濮梅娟［13］也证实了高原大地形对高原低涡的发生发展有特殊影响。钱正安和焦彦军［14］指出高原地形使东移槽移速明显减慢，使槽轴转为东北－西南向，继而可能断裂为南北两段。陈玉春和钱正安［15］研究发现高原东侧的偏南风急流是西伸的西太平洋副热带高压西侧较强的东南风气流遇高原地形东边界壁障后，沿其绕流并进一步加速后形成的。此外，刘式适等［16］从理论上分析表明：高原大地形的高度、合适的地形坡度和地形加热都可以促进中高纬低频振荡的形成。祁莉和何金海［17］研究中还发现在高原内东南侧存在一个常年南风区，具有显著的季节变化特征，并对我国东部天气气候有关键作用。

高原热力作用一直是青藏高原气象学研究的重要课题之一。早在1950年代，

Yeh［18］就发现，高原大气冬季是冷源，夏季是热源。冬季，高原热汇异常强时可以激发出低空异常强反气旋环流［19］，形成了东亚沿海强冬季风，并可通过低纬对流、亚澳季风、赤道西风等一系列的环流系统，最终影响El Ni?o的产生。1979和1998年分别开展了2次青藏高原大气科学试验，为高原气象的研究提供了丰富的高原实测资料。许多学者通过对这些资料的分析，揭示了高原地面热源的某些重要特征及其对大气环流的影响［20］。吴国雄和张永生［21］通过数值模拟证明高原加热状况所驱动的上空大气运动犹如一个巨大气泵，调节着亚洲季风的变化。夏季高原感热气泵（SHAP）在南亚地区上空低层造成了负涡度和辐散异常，使南亚地区的夏季降水减少，加强高原东侧的东亚夏季风，使其向北发展，南亚夏季风减弱［22］，可见夏季高原的热力强迫对亚洲气候格局和亚洲季风多尺度变率有着不可或缺的作用［23－24］。 高原总面积约为240万km2，相当于我国陆地总面积的1／4，对中国天气和气候有明显的影响。中国每年受干旱、暴雨、洪涝等极端天气、气候事件影响的人口多达6亿多人次，平均每年因气象灾害造成的经济损失占国民经济总产值的3%～6%［25］。因此，研究高原对中国的天气气候效应十分必要。近些年来，很多学者着力于研究高原对中国气候的影响，并获得了一定进展。吴统文和钱正安［26］研究发现，由于高原及深居内陆的环境造成了西北干旱背景，而高原的热力、动力作用、环流特征等各因子逐年之间的差异则造成西北干旱区的干、湿年。刘晓冉［27］及钟珊珊［5］指出高原冬、春季地面热源场的变化是影响中国降水的重要因子。王同美等［4］指出，高原的动力和热力作用对中低纬地区环流影响明显。冬季的动力和春、夏季的加热作用，对江南春雨的形成，孟加拉湾季风的最先爆发，以及其后东亚季风的向北推进都起到了重