基于自组织映射方法的长江中下游地区夏季天气分型及其降水气候特征

摘要

本文利用ERA-Interim逐日再分析资料和国家气候中心CN05.1格点化观测数据集，基于自组织映射(SOM)方法对1979-2015年长江中下游地区夏季海平面气压场进行分型，分析该地区25种SOM天气型的空间、频率特征及其主要转移路径与雨区变化的联系，并利用K-means聚类方法对25种SOM天气型进行二次聚类，对比分析了不同类别区域极端降水事件以及持续性极端降水事件的环流特征，得到如下结论: (1) SOM分型得到长江中下游地区夏季的25种地面天气型，发现天气型的稳定、转移与天气系统强弱有关。高低压系统越强，天气型停滞频率越高，天气型越稳定;反之，天气型越不稳定。基于SOM天气型转移概率，发现三条与局地降水联系的系统演变路径，其中1号路径暖空气势力强盛，副高北上，推动锋面北抬，产生江北降水型，多发生在7月份;路径2反映冷空气势力强盛推动锋面南下的天气过程，产生沿江降水型，该天气型在6、7月份均易发生;路径3表现为台风移动变化对长江下游江南地区降水的影响，为江南降水型，且集中在8月份。 (2) K-means聚类方法将与SOM天气型有关的区域极端降水事件分为三类。第一、二类区域极端降水事件发生频率最高，持续性更强，且多发生在6，7月;第三类区域极端降水事件发生频率最低，持续性也较弱，8月份多发生第三类事件。第一类事件占极端降水样本总数40.3％，最大值降水中心位于湖北安徽等地;第二类事件为53.0％，降水最大的区域位于湖南江西北部;第三类占总样本的6.7％，中心主要位于长江下游浙江附近地区和湖北省。总体来看长江以北区域极端降雨频率低于南部;中东部区域极端降雨频率高于西部。 (3)从环流特征来看，第一类极端降水事件中江北地区低层受到异常气旋环流控制，高层受异常反气旋环流控制，具有良好的高低空斜压结构，促进江北地区的极端降水事件发生。第二、三类事件里中低层异常气旋环流偏南，高层的异常反气旋环流更偏西，促进江南地区的极端降水事件发生，其中，第三类事件的垂直环流的异常垂直运动最强，上升中心达到20Pa/s。三类事件的共同特点是来自孟加拉湾的西南暖湿气流亦是长江流域极端降水事件的主要水汽来源。 (4)在第一二类持续性（超过1天）极端降水事件中，西太平洋副高和南亚高压在事件发生前均有相向而行，发生后又背道而驰的特点，且事件的发生和维持均与副热带高压的稳定形势以及南亚高压的位置密切相关。差异主要体现在:在中高层极端降水发生时，第二类极端降水事件比第一类的副高系统偏东偏南，因此极端降水落区偏南;第二类极端降水事件发生前后副高和南亚高压移动较慢，系统稳定性较好，极端降水的持续性更强。低层来看，第一类极端降水事件的中断与700hPa上华北地区产生的高压有关，第二类持续性极端降水随该地区气旋减弱而减少。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究的目的和意义

1．2 长江中下游地区夏季降水及其环流特征

1．3 区域极端气候事件群发性研究进展

1．4 天气分型方法

1．5 本文主要研究内容

第二章 资料和方法

2．1 资料

2．1．1 ERA-Interim再分析资料

2．1．2 格点资料

2．2 方法

2．2．1 SOM方法介绍

2．2．2 分型数目的确定

2．2．3 天气型转移概率计算

2．2．4 区域极端降水事件定义

2．2．5 相关、合成分析与显著性检验

2．2．6 K-means聚类

2．2．7 物理量计算

第三章 基于SOM的长江中下游地区夏季天气分型

3．1 引言

3．2 SOM天气型空间特征

3．2．1 海平面气压场

3．2．2 位势高度垂直结构

3．3 SOM天气型频率特征

3．4 本章小结

第四章 长江中下游地区夏季天气型转移及其与雨区变化的联系

4．1 引言

4．2 SOM天气型转移路径

4．3 各天气型地面降水特征

4．4 天气型转移及其与雨区变化的联系

4．5 天气型月变化与降水的联系

4．6 本章小结

第五章 与长江中下游区域极端降水事件联系的环流型及其降水特征

5．1 引言

5．2 二次聚类及其与区域极端降水事件的联系

5．2．2 天气型聚类与极端降水事件的联系

5．3 与区域极端降水联系的环流特征

5．3．1 极端降水事件空间特征

5．3．2 极端事件环流异常

5．3．3 极端事件水汽输送异常

5．4 持续性极端降水事件环流特征

5．5 本章小结

6．1 研究内容总结

6．2 特色与创新

6．3 讨论与展望

参考文献

致谢

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