热带强迫对冬季喜马拉雅西部的极端降水的影响外文翻译资料

 2022-12-03 11:32:37

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热带强迫对冬季喜马拉雅西部的极端降水的影响

摘要：在喀喇昆仑和喜马拉雅西部，冬季西风带扰动的降雪维持该地区积雪和冰川融化，它的季节性维持下游人口的水资源，全球大气变率和热带-温带相互作用影响了WD活动和随后的降水量。在年际尺度上，与厄尔尼诺有关的热带非绝热加热的变化在亚洲西南部引起了罗斯波的响应，这与WD和有效水分的动力强迫增强有关。因此，极端地形降水事件在厄尔尼诺期间比拉尼娜或中性条件更为频繁。在季节尺度上，MJO产生了类似的热带非绝热加热空间模式。与厄尔尼诺现象相比，在亚洲西南部， 罗斯波对MJO活动的响应在空间上不太均匀，而且在较短的时间尺度上也有变化。研究发现，MJO与WD和KH降水的关系比ENSO更为复杂。MJO传播周期的各阶段有利于WD的动态增强，同时抑制亚洲西南部的有效水分，反之亦然。因此，KH的极端降水事件在MJO的大部分阶段发生频率相似，然而，随着MJO的发展，WD中的动力强迫和水汽的相对重要性向KH地形降水的相对重要性发生了转变。这些发现通过极端降水事件与全球大气变化的关系，深入了解了极端降水事件的动态和可预测性，是评估亚洲水资源的一个重要考虑因素。

关键词：极端降水事件·热带强迫·卡拉克拉姆·马登-朱利安振荡·厄尔尼诺南方涛动。

  1. 引言：

11月至4月影响亚洲西南部的温带气旋是影响喀喇昆仑和西喜马拉雅(KH)非季风月份主要的气候（Singh等人，1995年；Lang和Barros，2004；Barlow等人，2005年；Dimri等人，2015年)。在KH年降水量超过50%的每年冬季只有不到十个这样的“冬季西风扰动”(WD)事件(Lang and Barros ，2004；Barlow等人，2005; Barros等人，2006;Bookhagen and Burbank ，2010; Cannon等人，2014).它们的相关锋面系统与地形相互作用，产生大量的地形降水，而下降速度保证了降水量会随着降雪而下降。越过KH的高山，产生的降雪随着WD保持区域积雪和冰川(Anders等人， 2006; Tahir等人，2011; Bolch 等人，2012; Ridley等人，2013; Cannon等人，2015),对下游人口的水资源至关重要(Immerzeel等人，2009年；Bolch等人，2012年；休伊特，2014年)。

WD活动与亚洲西南部(北纬25-40°；东经40-80°)和全球模式气候多变性存在重要的关系，包括：马登-朱利安振荡(MJO)(Barlow等人，2005年；Hoell等人，2012年；厄尔尼诺南方涛动(ENSO)(Syed等人，2006年；Yadav等人，2010年；Hoell等人，北极涛动/北大西洋涛动(NAO)(龚等人，2013年，2001年；吴和王，2002；Yadav等人，2009年；Syed等人，2010年；菲利皮等人，2014年)和欧亚大陆极地格局(LANG和Barros 2004)。在北半球的冬季，亚洲西南部，特别是喀喇昆仑，在副热带高层西风带(Krishnamurti 1961年)作为斜压波导(Wallace等人，1988年)，亚洲西南部高空急流的变化，以及随后的切变、最大风速和形变的变化，与WD活动有着复杂的关系(Barlow等人，2005年)。大气环流的大规模变化，例如ENSO(Rasmus-son和Carpenter 1982，1983)、NAO(Barnston和Carpenter 1982，1983)，(Livezey 1987)和MJO(Madden和Julian 1972，1994)显著改变了WD的频率和强度，从而改变了高亚洲的季节降水总量(Yadav等人，2009年；Dimri和Dash，2012年；Filippii等人，2014年)。此外，这些模式影响低水平的环流和水分条件，导致与单个WD相互作用的背景大气的重要差异。看来，全球变率模式对KH降水的影响比以前所认识到的要复杂，因为亚洲西南部的上层动力学和热力学条件都可以得到独特的修改，从而以迄今为止关于该地区气候的文献中没有充分记载的方式改变WD和地形降水的发展(Canon等人，2015年)。

以往的研究通常探讨了KH中的降水如何与月度或季节尺度上的全球气候变率模式相关（例如Archer和Fowler，2004; Lang and Barros 2004; Dimri和Dash 2012; Filippi 等人，2014; Cannon等人，2014)。

WD存在于天气尺度上，在2天到7天之间，因为它使用每日数据调查这些数据很重要，那些试图量化区域降水的研究发现，绝大部分的季节性降水都是由这些因素造成的(Hewitt，2005；Filipi等人，2014年；Canon等人，2014年，2015年)。(Cannon等人，2015年)调查单个WD事件并演示重大事件对事件影响,1979-2013年期间高空环流和低层水汽对KH极端降水的贡献差异。研究发现，大气季节变化调节了WD系统的动力和热力学成分对地形降水生成的相对重要性。

热量、水分和动量交换使大气季节内和年际变化与天气异常和极端降水联系在一起，这对于了解MJO和ENSO如何影响风暴轨迹至关重要(Lee和Lim，2012年)；热带地区与亚洲西南部地区之间联系的基础是热带地区对流层上部静止非绝热加热异常的强迫罗斯波响应（Barlow等人，2005），类似于Gill-Matsuno的相似响应（Matsuno 1966; Gill 1980）。在印度洋东部增强对流过程中，当地的高层发散加剧并迫使西南亚地区异常下沉。ENSO和MJO都在热带地区产生了类似的异常非绝热加热的温度模式，但亚洲西南部地区的时间尺度和罗斯波响应的巨大差异使其与该地区的气候有着不同的关系。

在年际尺度上，罗斯波对厄尔尼诺的响应通过减弱该地区的气候沉降而增加了亚洲西南部的降水(Hoell等人，2013年)。MJO在季节内尺度上也产生了罗斯波的响应，并且由于区域上升异常导致西南亚地区降水量增加（Barlow 等人，2005）。 然而，与厄尔尼诺现象相比，罗斯波对MJO活动的响应在亚洲西南部的空间上均匀性较低，而且存在的时间尺度要短得多。因此，这种模式与WD和KH降水的关系更为复杂。虽然KH位于较大的西南亚洲区域内，同样依赖WD来提供降水，但我们将说明，相对于以往研究整个西南亚的结果，季节内尺度上对热带强迫的响应是独特的(例如Barlow等人，2005年；Hoell等人，2012年)，主要是由于KH的极端地形和位置。在这里，我们对热带强迫对KH冬季风暴的作用进行了全面的研究。这篇手稿讨论了ENSO和MJO不同阶段KH极端降水事件的发生频率，以及内部的个别机制。

将MJO和ENSO大规模热带强迫与KH极端地形降水有关的WD事件。了解MJO和ENSO对WD的独立和综合影响背后的动力学,KH区的变率和极端降水是了解该地区水文学的必要条件。这些天气和气候之间的关系将有助于更好地预测冬季风暴（Schubert等人，2002; Barlow等人，2005）以及西南亚洲和KH地区水资源的长期可预测性（Immerzeel 等人，2009; Ridley 等人，2013）。

2数据

2.1降水数据集

来自地形复杂的高亚洲地区稀疏台站网络的气象数据是有限的。此外，由于抽样误差或偏差，现有数据可能具有边际质量(Anders 等人，2006; Bookhagen and Burbank.，2010）。在KH降水是采用一套气象站维护巴基斯坦气象部门和另外的调查巴基斯坦电力发展局。TRMM 3B42V7是一个多卫星数据集，在1998 - 2015年期间以3小时为间隔提供了接近全球的0.25°分辨率降水估计值（Huffman 等人）。TRMM在估算轻质降水和固态降水方面具有众所周知的缺陷（Bar-ros 等2000,2006; TRMM工作组摘要）。APHRODITE（Yatagai 等人，2009）是在台站观测之间使用距离加权内插法制作的，并且在1951-2007年期间每天以0.25°的分辨率在亚洲获得。这一产品被作为一种额外的稳健性衡量标准，但在高亚洲地区的表现并不理想，因为观测资料稀少，地形复杂（Anders等人l，2006; Bookhagen and Burbank 2006）。在0.5°水平分辨率下的CFSR降水过于粗糙，无法解决KH中地形降水的复杂性，但与TRMM和Aphrodite一起用于极端事件的时间评价。（Cannon等人， 2014年，2015年）利用这些降水数据集进行类似研究，并进一步记录了它们在研究区域的功效。 另外，(Norris等人，2015 a，b)使用天气研究和预报模型(Skamarock等人，2008年)对TRMM降水进行了评估，而不是动态地缩小降水规模。在研究区域内，发现它们的总体分布与COR有着显著的相关性，尽管与(Norris，2008年)等人有关,高海拔地区降水产品的一致性较低。在这项研究中也采用了12个位于巴基斯坦北部海拔1260至4440米的实地台站的数据（类似于Palazzi等，2015）。

表1.图1.所示12个气象站的台站名称、纬度、经度、海拔、收集机构和日期范围指数

表1详细说明了观测站的高度、坐标、时间分辨率和管理机构的主要特征，其位置和研究区域的参考地图如图1所示,在这里，我们考虑了1960年至2012年期间7个PMD站的日累积降水量。此外，我们利用巴基斯坦水利和电力开发局(WAPDA)维护了印度河上游消融区5个气象站15年（1995 - 2009年）的日累计降水量。WAPDA台站用于在重叠期间验证较长的PMD记录，并表明在极端事件的时间（此处未显示）中有良好的一致性。 在这里，我们假设在KH站（Hewitt，2014），台站降水量的现存偏差在时间上是恒定的，因此不会影响相对于记录中所有其他日期的极端事件的选择。

图1显示西喜马拉雅和喀喇昆仑的气象站位置，从中获取降水数据。灰影显示地形，还包括一些主要的地理特征、国名和边界。内嵌图显示研究区域(黑匣子)在彩色阴影上的位置。

2.2再分析气象资料

来自国家环境预测中心（Saha 等人，2010）的CFSR数据被用来研究大尺度气候和WD的动态。 1979年至2013年期间，CFSR的水平分辨率为0.5°，CFSR是根据其空间分辨率，现代资料同化系统，以及大气，海洋，陆地和冰模型在6小时猜测场中的耦合情况来选择的，从中可以初始化再分析（Saha 等人，2010）。与先前的大多数再分析相比，这些进展是独一无二的。与高亚洲观测（台站和无线电探空仪）的多重分析比较发现,CFSR是表现最好的产品之一（Bao和Zhang，2012; Wang和Zeng，2012）。在近地表、850 hPa、500 hPa和200 hPa水平上进行了位势高度、欧米茄、风、湿度和温度的分析，并进行了逐日时间分辨率分析。异常场是通过去除时间序列的平均季节周期而得到的。

2.3长波辐射

这项研究使用美国国家海洋和大气管理局，每日气候资料记录PSD插值版本的出射长波辐射（OLR）数据（1°分辨率），其中包括大气顶部的卫星观测平均OLR（Lee 2014）。

2.4季内和年际指数

MJO事件用Jones(2009)的方法识别，其中经验正交函数(EOF)对赤道平均(15°S-15°N)进行了联合分析。20-200天带通滤波的输出长波辐射异常、200 hPa纬向风和850 hPa纬向风产生的第一和第二EOF与Wheeler和hen-don(2004)的情况非常一致。前两个归一化主成分的相图大致遵循Wheeler和Hen-don（2004）的实时多元MJO指数的八阶段惯例。这种方法与Wheeler和Hen-don（2004）的主要区别在于使用带通滤波异常，它更准确地表示MJO事件的时间演变。在这项研究中，MJO事件被定义为（1）当前两个主成分系统逆时针旋转，表明向东传播至少5个相; （2）振幅总是大于0.35;（3）它在事件期间的平均幅度大于0.9;以及（4）事件的整个持续时间持续30和90天。 基于这些条件，本研究中确定的所有MJO事件均在1-4期开始，向东传播，并以4-8阶段结束（即孤立事件），或从之前的MJO事件重新开始（即连续事件;阶段从 8至1）, 更多细节可以发现在 Jones（2009）。

重要的是要考虑到使用不同的MJO指数可能会导致关于MJO时间和强度的不同结论（Kiladis 等人，2014年）。因此，本研究中提供的分析还使用Wheeler和Hen-don(2004)的实时多变量MJO指数，也是基于环流的，以及OLR纯版本的Jones(2009)指数和OLRMJO指数(OMI，Kiladis等人，2014年)。尽管MJO复合材料的循环和OLR的一般特征（在第4节中讨论）与指数无关，MJO事件的振幅和相位都是相似的，根据该指数，在MJO（第3节）的8个阶段，极端KH降水事件的分布存在一定的差异。尽管事件分布对选择MJO指数非常敏感，因为极端事件总数相对较少（ENSO中性条件下每个阶段的MJO lt;10个），这些事件期间循环和水分的复合物（第5节 ）在各种指数中非常相似，因为考虑的复合材料的大多数日期不会改变。此外，在热带地区，不相同指数的日期仍表现出相似的OLR异常(各种MJO指数的时间演化相似)，它们对大尺度环流的影响保持一致。因此，本文所讨论的KH降水与MJO变异的机制对MJO指数的选择并不是特别敏感JONE(2009)指数最终被选中作为这项研究的基础，它的优势是滤除实时多变量MJO指数中包含的日常变化，以及包含大尺度循环，而这在OLR指数中没有考虑。

ENSO

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