基于台风影响类型的京津冀极端降水水汽来源研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张旭 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 吴绍洪 ; 张弛 |
| 关键词 | 京津冀 台风 极端降水 水汽来源 机器学习 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 气象学 |
| 英文摘要 | 极端降水事件往往会对一个地区的经济、社会产生巨大影响。在全球持续变暖的背景下，一方面大气中水汽含量增加，大气水循环加剧，全球和局地的蒸发、降水、径流等过程发生了显著变化，表现之一就是暴雨洪涝灾害事件频发。另一方面，西北太平洋台风活动呈现新的变化趋势，台风路径北移，其诱导的年平均降水也呈现长期增加的趋势，这种变化可能导致台风对中高纬度地区的影响增强、极端降水事件的频率和强度进一步增加。京津冀地区作为我国重要的政治经济区域，农业生产量大，人口密集。近年来，该地区极端降水事件屡见不鲜，对社会经济、城市安全和生态环境造成严重威胁。然而，现有研究多聚焦于单一台风降水个例，缺乏对基于台风影响类型的极端降水的系统性对比分析，特别是在水汽来源这方面，台风相关的降水机制尚未得到全面理解。 本研究将1981~2020年期间京津冀地区的极端降水事件基于台风影响类型（无影响、间接、混合、直接）进行分类，结合FLEXPART（FLEXible PARTicle dispersion）水汽追踪模型、Sodemann水汽源诊断分析技术以及机器学习方法分析水汽来源及其驱动机制，并选取2023年7月京津冀极端降水事件（‘23-7’京津冀暴雨）作为代表性案例进一步分析。最终得到如下结论： （1）台风活动显著增强海洋水汽输送，改变水汽来源结构。京津冀极端降水的水汽源地呈中心化分布，40年来，源地空间模式既有恒定不变之处，也有动态变化之面，陆地水汽占主导地位。从水平分布来看，极端降水受台风影响的程度越深，水汽源地越分散且越依赖于海洋水汽，同时台风的间接效应明显加强了陆地水汽的重要性。不受台风影响和受台风间接影响的极端降水中，陆地水汽占主导；而受台风混合影响和间接影响时，海洋水汽占主导。随着台风影响的深入，西北太平洋南部提供越来越多的水汽，欧亚区域的重要性不断减弱。从垂直结构来看，四种极端降水都是中层（700-400 hPa）水汽贡献占主导，低层（1000-700 hPa）次之，高层（400-200 hPa）最少。降水受台风影响程度越大时高层的水汽贡献越多，当从受台风间接影响过渡到混合影响时，中层水汽贡献的占比显著减少，低层显著增多。 （2）与一般降水事件相比，‘23-7’京津冀暴雨更多依赖低层海洋水汽。一般降水中大陆水汽占主要地位，而‘23-7’京津冀暴雨中海洋水汽的占比超过55%。‘23-7’京津冀暴雨存在两条显著的水汽输送通道：南亚季风水汽通道和东亚季风水汽通道。这两条通道在南海汇合后，向北输送至京津冀地区。垂直结构分析表明，‘23-7’京津冀暴雨的水汽主要来自低层大气，而一般降水主要来自中层大气，约占76%。低层大气的强上升运动和高层大气的加速上升运动共同促进了极端降水的形成。 （3）四种极端降水的驱动特征存在共性与个性。经度、纬度显著影响四种极端降水，2米气温对于四种极端降水都是在一定范围内起促进作用。不受台风影响的极端降水的独特重要特性是低植被的叶面积指数，受台风间接影响的是南海地区的水汽贡献，受台风混合影响的没有独特的重要特性，受台风直接影响的是北极涛动。不受台风影响与受台风间接影响的主要驱动特征的SHAP值（Shapley Additive exPlanations）趋势类似，受台风混合影响与受台风直接影响的相比，经度的SHAP值趋势一致，年份的SHAP值趋势相反。在全球变暖的背景下，受台风混合影响的极端降水呈减少趋势，同时，受台风直接影响的极端降水呈增加趋势。年份作为驱动特征，在两种情形下SHAP值呈现相反趋势，揭示了近年来台风活动带来的复杂效应。 本研究的创新之处在于，成功构建了能够区分台风影响类型的极端降水的一体化算法，同时在运用机器学习模型模拟降水时，引入水汽贡献特征，基于此建立起一套“台风影响分型-水汽输送追踪-机器学习驱动分析”三位一体的方法体系。未来可通过扩大数据样本、提高模型精度、引入更多驱动特征等进一步完善极端降水事件的研究框架。 |
| 学科主题 | 气象学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 101 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/215689]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张旭. 基于台风影响类型的京津冀极端降水水汽来源研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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