[论文解读] The 2010 and 2014 floods in India and Pakistan: dynamical influences on vertical motion and precipitation

Daniel A. Shaevitz, Ji Nie+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2016

Climate variability and models被引用 4

一句话总结

本研究利用准地转ω方程分解2010年和2014年印度与巴基斯坦洪水期间的垂直运动，结果表明，非绝热加热是大尺度上升运动的主要驱动力，而喜马拉雅山脉的地形强迫则是对流的主要触发因素。11年数据的分析证实，极端降水与高柱水汽含量及强烈的地形强迫密切相关。

ABSTRACT

Devastating floods in northeast Pakistan and northern India occurred in July 2010 and September 2014 as a consequence of extreme precipitation events. The 2010 and 2014 flood events had similar synoptic flow patterns that led to an anomalously high moisture content in the flood region. The quasi-geostrophic omega equation is inverted in order to attribute components of the large-scale vertical motion profile to synoptic forcing, diabatic heating, and mechanically forced orographic ascent. The results show that diabatic heating is the dominant contributor to the large-scale vertical motion, and suggest that the orographic forcing by flow over the Himalayas is the dominant mechanism by which the convection that produces the heating is forced. Analysis of a longer data record shows that instances of extreme precipitation in this region over the last eleven years are closely associated with simultaneously large values of orographic forcing and column-total precipitable water vapor.

研究动机与目标

• 理解2010年和2014年喜马拉雅地区极端洪水事件背后的动力机制。
• 量化天气尺度强迫、非绝热加热和地形抬升对大尺度垂直运动的贡献。
• 评估相同的动力因素是否能解释该地区更长时期内其他极端降水事件。
• 验证准地转ω方程在喜马拉雅山这类复杂高海拔区域的应用有效性。

提出的方法

• 通过反演准地转ω方程，将垂直运动分解为天气尺度强迫、非绝热加热和地形强迫的贡献。
• 使用再分析数据（如NCEP/NCAR）获取风场、温度和位势高度等大气场。
• 利用行星边界层顶（550 hPa）的地转风与地形坡度计算地形垂直速度。
• 采用两种下边界条件（550 hPa和700 hPa）应用ω方程，以评估其敏感性。
• 将模型计算的垂直速度剖面与再分析数据对比，以验证方法的有效性。
• 分析11年季风季节数据，识别极端降水与地形强迫及水汽含量之间的关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2010年和2014年洪水期间，非绝热加热、天气尺度强迫和地形抬升对垂直运动的相对贡献如何？
• RQ2 准地转ω方程在高海拔喜马拉雅地区是否能准确捕捉观测到的垂直运动？
• RQ3 2010年和2014年识别出的动力机制是否具有代表性，可解释该地区其他极端降水事件？
• RQ4 极端降水事件与高柱水汽含量及强地形强迫的相关性有多大？

主要发现

• 在2010年和2014年洪水事件中，非绝热加热是大尺度垂直运动的主导贡献因素。
• 地形强迫是触发对流的主要原因，机械抬升在喜马拉雅山脉区域引发上升运动。
• 由涡度平流和温度平流引起的天气尺度强迫相对较弱，重要性次之。
• 尽管地形复杂，准地转ω方程的解与再分析垂直速度剖面高度吻合，验证了其在该区域的应用有效性。
• 过去11年中，极端降水事件与高柱总可降水量及强地形强迫密切相关。
• 2014年事件与2010年第二次洪水事件具有相似的环流型和水汽来源，均通过东南风从孟加拉湾输送水汽。