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青藏高原对于北半球的大气环流的形成有着重要作用,其热力作用是亚洲季风的爆发和维持的关键,准确地估算青藏高原的热源是研究青藏高原加热与亚洲季风关系的基础。本论文使用两种新方法对青藏高原大气热源的时空分布定量化;分析了云和升温在高原热源减弱中的作用;从时空分布和年代际变化方面评估了再分析资料对青藏高原热源的估算能力,并探讨了再分析资料应用于高原的不足;最后在区域数值模式(WRF-ARW)中引入微波卫星陆面同化系统的土壤水分产品改善对高原地表能量分配的模拟,揭示其对我国夏季季风降水的影响。论文的主要结论包括: 本文使用了两套新方法估算高原大气热源。一种方法结合了台站观测、卫星辐射产品和陆面过程模型等手段;另外一种方法的理论基础是能量循环和水循环的内在一致性,所用数据直接来自于有空间代表性的卫星观测和河流径流资料,克服了因为台站空间代表性不足所引起的误差,计算简单准确。两套方法估计的春夏季热源均比传统基于台站观测的方法要强。特别是第二套方法可以估计缺少台站资料的高原西部的热源。结果显示,高原东西部的热源均有减弱的趋势,且东部的趋势更强。 青藏高原大气层顶出射的短波辐射和长波辐射显著增强是大气辐射冷却增强的主要原因,从而导致了青藏高原大气热源近三十年的减弱。高原上大气层顶短波出射辐射的增强主要是由于低云云量的增加,反射了更多的短波辐射到太空中。这种作用在夏季尤其明显,因为高原上夏季的低云容易发展成深对流云。大气层顶长波辐射的增强则主要是来自于高原地气系统迅速升温的作用,同时高原上总云量的减少进一步增强了长波辐射的出射。正是这种不同高度云量变化的不同和气候变暖引起了青藏高原大气层顶出射辐射的增强。 进一步,我们基于新估计的高原大气热源资料,评估了两套再分析资料(ERA-Interim和JRA-25)在高原上对大气热源的估算能力。结果显示再分析资料估算的大气热源在高原上偏大,这主要是由于再分析资料估算的降水偏多,相应的凝结潜热释放偏大造成的。从水循环角度评估发现再分析资料降水偏大的原因有两个:一是再分析资料中高原上水汽输送偏强,二是高原上局地水循环过强。再分析资料在年代际尺度上也不能重现高原大气热源减弱的趋势。从能量分量的角度看主要是由于再分析资料不能够反映出观测到的大气层顶出射辐射的增强,可能是因为再分析模型难以准确模拟高原云量(尤其是总云量)变化趋势所致。 为了准确反映高原地表热源对中国东部气候的影响,有必要将可靠的土壤水分作为气候模拟的下边界条件,因为土壤水分是会强烈地改变地表能量平衡。考虑到目前数值模式对青藏高原土壤水分的模拟普遍存在很大误差,本研究将微波卫星陆面同化系统输出的高原土壤水分产品引入了区域数值模式(WRF)中。模拟结果显示,WRF原模式在高原上模拟的土壤湿度明显偏大,更新土壤水分下边界条件后,有效减少了模式在高原上对地表通量的模拟误差。同时还发现,高原上合理的土壤水分在模式中会产生更强的地表感热通量强迫,加强了季风期南亚高压的强度,并在江淮地区引起一个气旋式的环流异常,减弱了西南气流的水汽输送,导致降水减弱,减少了原模式在江淮地区降水模拟的正偏差。