气候变化背景下高海拔地区流场变化特征分析

王琳璐　梁虹

摘 要：本文使用1980—2013年月平均NCEP/NCAR再分析资料，以青藏高原为例，利用爬流和绕流的方程将高原的表层风场分解为绕流和爬流两个分量，得出了青藏高原地表面实际风场的绕流和爬流，从而分析青藏高原季节流场演变的特征。

关键词：流场特征;青藏高原;季节变化;爬流;绕流

中图分类号：P426.6 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）20-0147-03

Analysis of Flow Field Change Characteristics in High Altitude

Area under Climate Change Background

WANG Linlu1 LIANG Hong2

（1.Dehong Mangshi Airport，Mangshi Yunnan 678400;2.Guigang Meteorological Bureau，Guigang Guangxi 537100）

Abstract： Based on the monthly mean NCEP/NCAR reanalysis data from 1980 to 2013， taking the Qinghai-Tibet plateau as an example， this paper used the equations of creeping flow and flow around to decompose the surface wind field of the plateau into two components of flow and creep， and obtained the flow and creep of the actual wind field on the Qinghai-Tibet Plateau， thus analyzing the characteristics of the seasonal flow field evolution of the Qinghai-Tibet plateau.

Keywords： flow field characteristics;Qinghai-Tibet Plateau;seasonal changes;climbing current;flow around

本文使用的是1980—2013年NCEP/NCAR提供的再分析资料。所需的要素数据包括月平均sig995层的表层风场的绕流和爬流以及地表面的位势高度，水平分辨率为2.5°×2.5°。NCEP/NCAR供应的sig995层风场再分析资料代替了数值模拟所需要的地表面实际风场资料。

1 研究思路和计算方法

本文采用钱永甫和张耀存等人提出的研究方法[1，2]，通过数值模式分解最底层的风场，从复杂流场分解风场的绕流分量和爬流分量。其间分别独立分析两者的作用，然后比较两者在季节循环条件下高原区域的强度，从而得出高原地区流场的特征。水平气流分解为绕流和爬流两个分量，设[Vs]為地面水平风矢量，[Zs]为地形高度，则有：

[Vs=Vr+Vp]                                    （1）

式中，[Vr]为地表层风场的绕流分量;[Vp]为地表层风场的爬流分量。[Vr]和[Vp]为正交关系。

绕流方案为：

[μr=μs∂Zs∂y2-vs∂Zs∂x∂Zs∂y/Zs2]                  （2）

[vr=vs∂Zs∂x2-μs∂Zs∂x∂Zs∂y/Zs2]                     （3）

式中，[μr]、[vr]分别为地表层风场矢量的绕流矢量分量在东西、南北走向上的分量。

爬流方案为：

[μp=μs∂Zs∂x2-vs∂Zs∂x∂Zs∂y/Zs2]             （4）

[vp=vs∂Zs∂y2-μs∂Zs∂x∂Zs∂y/Zs2]               （5）

式中，[μp]、[vp]分别为地表层风场矢量的爬流矢量分量在东西、南北走向上的分量。

2 年平均条件下绕流和爬流的分布特征

2.1 年平均条件下绕流和爬流的经纬分量的空间分布特征

由图1可以看出，年均绕流矢量模在青藏高原存在南面密、北面稀疏的空间分布态势，这表明青藏高原南面梯度较大、强度高。从绕流的分量分布可以看出，流场纬向分量主要沿山脉主体由西往东绕行，而经向分量气流主要由北向南绕行，青藏高原则主要是东西走向。

青藏高原上爬流的矢量模的地域性更加显著。山脉主体的东南部呈现由南向北的爬流形式，西北部呈现西北—东南的走向。青藏高原的绕流和爬流年平均矢量模和各自纬向分量和经向分量的空间的分布如图1所示。

2.2 年平均条件下绕流和爬流的流线特征

由图2可以看出，青藏高原本体为反气旋的绕流流场。绕流的年平均流线可以分为南北两支，分支点在青藏高原主体西部。南分支为气旋形式，北支流为反气旋形式。绕流的流线分布在34°N处附近分界，此处北面主要偏西北风，南面主要偏向西南风。青藏高原的西南侧，有来自印度洋的气旋式气流与来自青藏高原偏西南的气流在印度北部附近辐合。

爬流的年平均流线分布情况为：青藏高原的西北部存在西北—东南的山脉地形走向的辐散，向北的辐散分支在塔里木盆地处与高纬度的偏西北气流汇合，构成了东西走向的辐合中心带。青藏高原以及周边绕流和爬流年平均流线的流场空间分布如图2所示。

86°E的东侧山脉主体区主要是由南向北，但是山脉的南部区域主要是由北向南。横断山脉区域为由南向北的爬流。

3 季节平均条件下绕流的空间分布

3.1 季节平均条件下绕流流场的空间分布

由圖3可以发现，在青藏高原主体区域，西风的绕流占主导地位，春季分支点在坐标（30°N，77°E）处。夏季，绕流季节平均流线的分布在高原主体的上空以偏东风的流场为主，分支点并不明显。秋季，高原主体上空绕流流线可以看作类似反气旋的环流，喜马拉雅山南侧上空主要有沿着山脉走向的向西的环流。

3.2 季节平均条件下绕流分量的流线空间分布

夏季此区域偏北处有爬流的辐合，其他季节沿着山脉地形走向有爬流流场的辐散，而在春季，32°N以北的高原区域主要为偏北的爬流流场，以南为偏南风爬流流场。夏季与春季相差不大，但是在32°N附近形成了一个东西走向的巨大辐合场。秋季高原主体的爬流主要为偏南风，塔克拉玛干沙漠形成了西南—东北走向的辐合区，青藏高原东南部、横断山脉附近也有沿着山脉南北走向的辐散区。冬季与秋季类似。

4 结论

本文利用NCEP/NCER再分析资料中的sig995层风场资料，通过绕流和爬流公式计算出地表面层风场的绕流和爬流的大小，分析了两者在高原空间上和时间上的分布特征。研究表明，青藏高原的主体主要呈现反气旋式流场，高原向西南分支的气流与来自印度洋的气旋气流在印度北部产生辐合，导致当地降水增多;爬流的年平均流场高原的西北部存在西北—东南的山脉地形走向的辐散;高原绕流的季节平均流线北面相比南面的季节转化更加显著，夏季为偏东的绕流，而其他季节则都为偏西绕流，冬季强度最强;高原西侧的绕流经向随季节变化的特征比高原东侧更加显著;根据爬流的季节平均流线图可知，高原南面主要为夏强冬弱的特征，北部在春夏季节为下坡爬流，秋冬为上坡爬流。

本文仅仅通过绕流、爬流的公式讨论了青藏高原的季节循环流场的空间变化，没有讨论地形对气压场造成的变化，也没有讨论青藏高原对北半球的流场影响，这些都有待进一步探讨分析。

参考文献：

[1]钱永甫，颜宏，王谦谦，等.行星大气中地形效应的数值研究[M].北京：科学出版社，1988.

[2]张耀存，钱永甫.青藏高原隆盛作用于大气就临界高度的数值研究[J].气象学报，1999（2）：157-167.

[3]王安宇，王谦谦.青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响[J].高原气象，1985（2）：109-120.

[4]叶笃正，罗四维，朱抱真.西藏高原及其附近的流场结构和对流层大气的热量平衡[J].气象学报，1957（2）：108-121.

[5]盛华，陶诗言.青藏高原和落基山对气旋的动力影响[J].气象学报，1988（2）：130-142.

[6]邹坚峰，大地形附近气流爬流运动的一个动力学分析[J].气象学报，1989（1）：27-36.