青藏高原春季感热源持续减弱趋势及其对亚洲夏季风的影响外文翻译资料

 2022-11-14 16:22:25

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青藏高原春季感热源持续减弱趋势及其对亚洲夏季风的影响

ANMIN DUAN, FEI LI, MEIRONG WANG, AND GUOXIONG WU

State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

(Manuscript received 25 January 2011, in final form 7 May 2011)

摘要：利用2004-08年新增数据扩展的数据集，重新检验了1980-2008年青藏高原（TP）73个气象站的显热通量趋势（SH），并研究了其对周围地区季风降水的影响。与持续的气候变暖相比，尽管2004-08年地面空气温差急剧增加，但在大多数高原上，SH的减弱趋势持续存在。SH在TP上的减弱趋势主要是对东亚大陆大规模变暖的空间不均匀性的反应，其特征是中高纬度地区的变暖幅度比热带和亚热带地区大得多。此外，被抑制的空气泵效应（由SH在TP上驱动并作为强强迫源）导致沿高原南坡和东坡的降水量减少，印度东北部和孟加拉湾的降水量增加。在东亚或南亚夏季风的总体趋势或年代际变率中，TP上的SH源之间没有显著稳定的相关性。

  1. 介绍

许多以前的研究已经调查了青藏高原（TP）对亚洲夏季风（ASM）的发生和维持以及北半球夏季气候模式的影响 （例如Yeh等人，2005年），该高原是一个巨大、强烈和高温的热源 （1957年；Flohn 1960年；Hahn和Manabe 1975年；Yanai等人1992年；Zhao和Chen 2001年；Duan和Wu 2005年）。春季，TP上方的空气柱从一个散热器变为一个热源，在季风开始前，由显热（SH）的主要贡献驱动（例如Yeh和Gao 1979；Duan和Wu 2008，以下简称DW2008）。SH驱动的气泵在TP上方可以调节ASM，因为沿斜面的加热效应使下层空气从周围区域聚集，上升气流穿过等熵面并补偿表面SH（Wu等人1997, 2007）。

随着全球变暖，TP已证实了大量的地表和对流层变暖（例如Liu和Chen 2000；Zhu等人2001年；Niu等人2004年；Duan等人2006）。然而，自20世纪80年代以来，原位SH通量呈显著下降趋势，其中最显著的趋势出现在春季和夏季。虽然潜热呈小幅度上升趋势，但在1980-2003年（DW2008）期间，TP上方的春季大气热源强度有所下降。

热源对TP对东部ASM（EASM）年际变化的影响有很好的记录。例如，在长江流域和淮河流域的春季热源与随后的夏季风降水之间发现了明显的正相关，而在华北地区的春季热源强度与夏季降水之间则存在负相关（例如，Zhao和Chen 2001；Duan 等人。2005）张等人（2004）调查了TP上春季积雪深度的十年变化及其对EASM的影响。结果表明，3-4月，TP地区积雪深度的年代际增长与长江流域的湿润夏季以及中国东南沿海和印度支那半岛的干燥夏季密切相关。Zhu等人（2007）认为，TP上方的大气热源和冬春雪与中国东部夏季降水的十年型变化密切相关[典型的南（洪）–北（旱）型]。然而，Wang等人（2007）报告称，东部TP的春季热源与EASM之间的负相关仅在1978年之前发现；自该日期起，这种关系变得模糊。这些研究结果之间的差异可归因于数据集的不同来源和长度以及国家环境预测中心国家大气研究中心（NCEP-NCAR）TP区域非绝热加热变量再分析数据的总体内在可靠性极限。使用更长的观测数据集，需要获得更可靠的结果，以澄清热状态对TP对ASM中长期趋势或年代际变化的可能影响。

这项工作的目的是重新估计SH源相对于TP的长期趋势，并确定高原上SH的变化与ASM的年代际变异性或长期趋势之间可能的联系。论文的其余部分组织如下：第2节简要介绍了本工作中使用的数据和分析程序。第3节介绍了上海相对于中部和东部TP（CE-TP）和西部TP（W-TP）的最新趋势。在第4节中，我们研究了TP的SH趋势与大规模变暖之间的关系。第5节评估了春季SH对TP可能对ASM年代际变化的影响。最后，第6节给出了讨论和总结。

  1. 数据和方法

本研究中使用的数据包括：

1）中国气象局对TP地区进行定期地面气象观测（质量控制）。每天收集4次变量[0200、0800、1400和2000当地时间（LT）；时间比UTC早6小时]，包括地面空气温度（Ta）、地面温度（Ts）和地面以上10米处的风速（V10）。在CE-TP中，1979-2008年有71个台站和1960-2008年有37个台站的记录，这足以评估该领域的趋势。在W-TP中，2004-08年普兰岛的地面温度（30.28°N，81.25°E；平均海平面以上3900 m）的数据不可用；因此，我们仅在两个站点计算了SH：1980-2008年石泉河（32.50°N，80.08°E，4278m）、盖泽（32.15°N，84.42°E，4415m），与CE-TP 的71站相同。

2）月平均气温、位势高度、纬向和经向风速场来自于月平均NCEP-NCAR再分析（Kalnay等人1996年），NCEP-NCAR再分析资料2 [NCEP/能源部（DOE）；Kanamitsu等人2002年]，以及日本气象局（JMA），进行了日本25年的重新分析（JRA-25；Onogi等人2007）。NCEP-NCAR和NCEP/DOE在17个标准压力水平下的水平分辨率为2.5°x 2.5°。对于JRA-25，水平分辨率为1.25°x 1.25°，采用23个标准压力水平。NCEP-NCAR再分析数据集可从1948年至今使用；NCEP/DOE和JRA-25数据集可从1979年至今使用。对于所有三个数据集，我们分析1979年12月至2009年2月的期间，以获得1980-2008年期间的气温、气压、纬向和经向风速的季节平均趋势（使用给定年份12月和次年1-2月的数据平均冬季）。在年代间变异性方面，我们利用了1960-2008年的NCEP-NCAR再分析数据。

3）1980-2008年的月平均降水量数据来自全球降水气候学项目2.1版（GPCP；Adler等人。2003年）分辨率为2.5°x 2.5°，全球降水气候中心（GPCC）分辨率为1.0°x 1.0°（Rudolf 2005年）。前者覆盖全球陆地和海洋，后者仅在陆地上可用。我们使用整体空气动力学方法计算SH，如下所示：

SH=Cprho;CDHV10（Ts-Ta），（1）

式中，Cp=1005 J·kg-1·k-1为干燥空气定压比热，rho;为空气密度，随海拔高度的增加呈指数递减，CDH为热阻力系数，V10为地面以上10米处测得的风速。这里，我们选择了rho;=0.8 kg· m-3（Yeh和Gao 1979），CDH=4 x 10-3（Li等人对于CE-TP，CDH=4.75 x 10-3对于W-TP（Li等人2000）。对于给定的位置，rho;和CDH随时间的变化预计很小。采用线性回归方法计算线性变化趋势，采用滑动t检验检验年代际相关性和突变点的显著性。除非另有说明，所有报告的变化在95%的置信水平下都是显著。

3.春季SH来源相对于TP的最新趋势

图1显示了71个站点Ta、Ts、Ts - Ta、V10、SH平均值的时间序列，以及1980-2008年春季CE-TP的相应线性变化趋势（LVT）[3-5月平均值（MAM）]。与DW2008报告的1980-2003年情况类似，Ta和Ts在2004-08年期间有所增加，整个期间（1980-2008年）的Ta和Ts的LVT分别为0.43和0.61℃ decade-1，超过了99%的置信水平（表1）。2004-08年，Ts（1.6℃ decade-1）中的LVT比Ta（0.33℃ decade-1）中的LVT大得多；因此，（Ts - Ta）显示出强劲的增长趋势（1.6℃ decade-1）。相比之下，V10的下降趋势仍在继续（2004-08年为-0.36 m s-1 decade-1），而1980-2008年的相应LVT在99%的置信水平下是显著的。根据式（1），SH中的时间变化或导数取决于（Ts - Ta）dV10/dt和V10d（Ts - Ta）/dt。在图1中，（Ts - Ta）和V10的值是正的，前者总是大于后者，因此SH的趋势主要取决于V10的变化。换言之，V10的下降趋势将导致SH相对于TP的下降趋势。根据本文计算，在1980-2008年期间，春季SH对CE-TP的LVT为-5.7 W m-2 decade-1。

W-TP的情况与CE-TP有些不同。全年最热的年份(2004年)在2004-08年期间，总雨量及总雨量有轻微下降的趋势。然而，SH的下降趋势与CE-TP记录的下降趋势相似(图2)。在1980-2008年期间，W- TP两个站点的SH热源平均值呈现出-5.0 W m-2 decade-1的减弱趋势，相对变化率为每十年-10%。春季Ta、Ts、Ts - Ta、V10的趋势在99%水平下显著，而SH的趋势由于均值较高，低于95%置信水平。事实上，在CE-TP上，SH的下降趋势(超过99%的置信水平)在各个季节都有(表1)，而在W-TP上，SH只有在夏季[6 - 8月平均(JJA)]和秋季[9 - 11月平均(SON)]才有显著变化。冬季W-TP期间SH有明显的上升趋势，与DW2008的结果相似。

由于本分析考虑的域大，地形复杂，TP趋势可能呈现空间变化。为了比较不同气象变量间振幅的变化，图3为1980-2008年CE-TP上Ta、Ts、V10、SH的LVTs空间分布。CE-TP区Ta和Ts的增加趋势、V10和SH的减少趋势基本一致，南部和中部CE-TP区大片区域SH出现显著变化。事实上，Ta、Ts、V10、SH在95%水平上，分别有65个、54个、59个、46个台站(台站总数71个)出现了显著的变化趋势。

一般来说，所有变量的趋势都与海拔有关，海拔越高，振幅越大。在春季，除Ta(表2)外，所有变量都存在这种关系，但在其他季节并不总是存在这种关系。例如在夏季，29站平均趋势(海拔3000-4000米)Ta为正，V10、SH为负;在海拔3000米以下和4000米以上的气象站则相反(结果未显示)。

图1. 春季CE-TP（MAM）上71个测站的Ta、Ts、V10和SH平均值的时间序列。实线和虚线分别显示了1980-2008年和2004-08年的线性变化趋势。垂直线表示作为本研究一部分添加到数据集的5年数据的起始点。

表1.趋势Ta(℃ decade-1)、Ts(℃ decade-1),Ts - Ta(℃ decade-1),V10(m s -1 decade-1)和SH通量(W m-2 decade-1). TP期间1980-2008。95%和99%水平上的显著性分别用一个星号和两个星号表示。DJF =12月至2月

图2. 如图1所示，但对于春季W-TP上的两个站点平均值

4. SH变化与非均匀大尺度变暖的关系

TP平均高度约为600hPa，表层流主要受对流层中东亚副热带西风急流(EASWJ)控制。Duan和Wu(2009)报道高原表层风和相关SH的变化趋势与EASWJ的变化有关。证

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