NAO与华东夏季降水模式之间的年代际不稳定关系外文翻译资料

 2022-12-03 11:36:03

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NAO与华东夏季降水模式之间的年代际不稳定关系

基于120年的中国台站降水数据集和历史NAO指数，揭示了1880-1999年间北大西洋涛（NAO）和华东夏季降水模式之间的年代际非平稳关系。结果表明，在年际时间尺度，3月NAO与第一种主要降水模式密切相关，第一种降水模式表现出长江流域与中国东南地区降水的异相变化，1月NAO与第三种主导模式密切相关，华北地区及其在长三角地区的异相变化。这两种关系都具有明显而一致的年代际变化特征，在1905年，1925年和1950年分别出现几乎相同的转变点。进一步的分析意味着这种关系的年代际变化可能与北太平洋和北大西洋的海温异常有关。引用：Gu，W.，C. Li，W. Li，W. Zhou和JCL Chan（2009），NAO与华东夏季降水模式之间的年代际非平稳关系，地球物理。

  1. 介绍

[2]夏季降水对中国和许多东亚国家具有重要的社会和经济意义[例如Huang et al。，2003,2007; 丁和陈，2005]。 因此，其变异性和相关影响因素是东亚气候研究中的热点问题。作为全球大气环流的主要模式，北大西洋涛动（NAO）/北极涛动（AO）被发现能够在年际时间尺度上影响某些特定地区的东亚夏季降水。例如，Sung等人 [2006]发现12月 NAO对1951 - 2000年期间韩国和华东部分地区夏季降水的延迟影响。Gong和Ho [2003]使用高通滤波数据集确定了5月AO以及长江流域（YRV）和日本南部的夏季降雨总量在1900 - 1998年较长时期。这些结果提供了潜力通过几个月的NAO / AO信号来预测特定东亚地区的夏季降水。[3] 另一方面，某些潜在预报因子的有效性可能会经历显着的年代际变化，也就是说，这些潜在预报因子在几十年内相当显著，而其他预报因子则不显著[例如Gershunov和Barnett，1998; Kumar等人， 1999; Wang等人，2007,2008]。 虽然这种年代际变化的原因尚不清楚，但它确实敦促在实际的短期气候预测中应考虑到这种不稳定的特征[Gershunov和Barnett，1998; Wang等人，2008]。因此，本研究的目的是评估NAO-中国东部夏季降水关系在年代际时间尺度上的非平稳性。

  1. 数据和方法

[4] 本研究中使用的数据集列于表1中。除了季节平均35站降雨量数据集外，所有数据均为月平均值，该数据集采用1880-1999期间的观测数据和一些替代数据收集并建立[Wang et al 。，2000]。这35个台站覆盖了华东大部分地区，具有良好的空间分布（图1a），可以很好地描述华东地区降水的变率 [Wang et al。，2000]。从1951年以来观测到的160 个中国台站的观测降雨资料被用来与35站数据集的结果进行比较。本文通篇考虑了夏季的意义，它们是通过6月，7月和8月的平均值构建的。[5]考虑NAO-华东夏季时降水关系，我们关注降水模式而不是特定地区的平均降雨量。这更关注整个华东地区，与Gong和Ho [2003]和Sung等人的略有不同。[2006年]。采用经验正交函数（EOF）分析提取主导降水模式。

  1. 结果

[6] 图1b-1d表示1880年至1999年35个台站数据集的夏季降水前三个EOF主导模式，它们分别解释总变异的16.3％，13.3％和8.3％，并且分离得很好从其余模式根据North等人的标准。 [1982]。 EOF1模 式反映了YRV与中国东南沿海地区降水的异相变化 （图1b）。 EOF2模式清楚地说明了华南地区的降水强度（图1c）。 EOF3模式主要描述华北雨带及其与长江三角洲降水的异相关系（图1d）。 自从发行了华东地区有35个台站相对稀少，我们也对1951 - 2006年期间160个台站更密集的160站降水资料进行了同样的分析，并与目前的结果进行了比较。它揭示了前两种主要模式在两个数据集（未示出）之间几乎相同。此外，两个数据集之间的相应主成分（PC）高度相关，1951 - 1999年前三个PC的相关系数分别为0.93,0.88和0.64，均超过了99％的置信水平。这一结果表明，华东地区主要的夏季降水模式及其时间变化可以通过35站数据集很好地反映出来。此外，这些模式是固定的，不会随着时间而改变。

[7] 为了研究sum- 我们计算了前三个夏季降水PC与前一个冬季到同期夏季NAO指数的相关系数。在计算相关系数时，所有指标均采用傅里叶变换法进行8年高通滤波，以排 除年代际分量的可能影响。过滤后的第一个和最后 四年将被忽略，以避免边缘效应。这个过程类似于 Gong和Ho [2003]。 结果表明，PC3与12月/ 5月NAO 指数之间存在显着的相关关系，1884 - 1995年相关系数为0.22 / -0.23，超过95％/ 95％信誉级别。 这表明，某些月份的NAO可能被用作华东夏季降水EOF3模式的潜在预报，与Sung等人以前 的结果一致。[2006]和Gong和Ho [2003]。

[8] 如引言所述，某些潜在预报因子的有效性可能会经历显着的年代际变化[Kumar et al。，1999; Wang等人，2008]。 这导致了一个观点，尽管除了12月/ 5月NAO和EOF3之外，1880 - 1999年NAO与华东夏季降水模式之间没有显着关系，有些时候NAO降水关系可能相当显着，关系可能在其他时期被削弱甚至逆转，这导致整个数据时期的相关性不显着。因此，在中国主要的华东夏季降水个人计算机和月度 NAO指数之间进行滑动相关分析，并用21年的移动窗 口[Kumar et al。，1999]来检查这种可能性。 它揭 示除了12月/ 5月NAO-PC3关系外，3月NAO和PC1以及 1月NAO和PC3之间还出现了另外两个有趣的相关性。

[9] 图2显示了21年的滑动相关性， tween March NAO和PC1，以及1月NAO和PC3。 它揭示 了3月NAO-PC1和1月NAO-PC3的关系经历了明显的和 相似的年代际变化，在几十年中呈正相关，在其他 几十年中呈负相关（图2）。年际相关性在年代际高峰期的95％或更高置信水平上显着。因此，在高置信水平期间，NAO与华东某些夏季降水模式密切相关，可以作为潜在的预测指标。 然而，这种预测潜力在较长时期内不可见，因为正相关可能会抵消负相关。在最近的几十年里，这两种相互关系都处于不利的年代阶段，似乎又经历了另一次转变。 值得注意的是，两条曲线的转折点大致相同，大约在1905年，1925年和1950年。这种相似性意味着1月 NAO-PC3关系和3月NAO-PC1关系似乎与一些关联常见的年代际信号。

[10] 为了进一步说明这种年际关系，在3月（1月）NAO和PC1（PC3）之间发生的年代际变化以及这种关系的年代际变化，基于图2中的滑动相关性，计算了4个时期的华东夏季降水与NAO指数的综合差异：1884-1904，1905年至1925年，1932年至1952年，1956 年至1976年，每人由21年组成。1884 - 1904年和 1932 - 1952年期间处于积极的年代阶段（图2）。在这段时间内，1月份的正NAO通常对应着华北地区降水量的显着增加（图3a）。与此同时，3月份的阳性NAO通常伴随着YRV降水明显更多，而东南地区降水减少（图3c）。对于1905 - 1925年和1956 - 1976年的负的年代际相位，上述关系通常是相反的（图3b为1月NAO，而图3d为3月 NAO）。综合结果进一步证实1月和3月NAO与华东夏季降水密切相关，NAO降水关系在年代际时间尺度上有所不同。 此外，这些结果还表明，如果可以确认显着的NAO-降水关系所在的年代相位，那么NAO信号可以在这些时期内用作一个很好的潜在预报因子。

[11] 如前所述，存在显着的 关于12月/ 5月NAO和PC3在1880 - 1999年间的关系， 因此评估这两种关系是否平稳也是有意义的。21年的滑动相关性表明12月（5月）NAO和PC3之间的相关性不稳定。12月NAO与PC3在大部分时期呈正相关，但相关性仅在1910年和1950年左右达到95％的置信水平（图中未显示）。它表明，虽然12月NAO-PC3 与1880 - 1999年的总时间显着相关，但这种关系的有效性在较短时间（例如，大约21年）时期相对较弱，这降低了其作为华东地区潜在预测因子的有用性夏季降水。至于5月份的NAO，它与PC3约为3/4，在1930 - 1947年和1969 - 1976年（未显示）有很高的可信度（超过99％），这意味着5月NAO可以作为 这些时期中国东部夏季降水的一个很好的预测指标。 然而，5月NAO-PC3相关性的变化与1月NAO-PC3和3月 NAO-PC1的关系并不相似，所以我们不在这里讨论。

4. 总结和讨论

[12] 本文利用中国35个观测站观测的120年（1880- 1999）观测降水资料和历史NAO指数，研究了前NAO 与华东夏季降水模式之间的年代际非平稳关系。通过EOF方法提取降水模式，并通过相关和滑动相关分析评估它们与NAO的关系。两个有趣的关系（EOF1）/华北与长江三角洲地区降水的异相模式（EOF3），是3月/ 1月NAO与中国东南地区降水异常模式（EOF1）。发现虽然3月（1月）NAO与PC1（PC3）之间的关系在整个数据时期（1880 - 1999年）相当微弱，但它们的关系在几十年内显着为正，在其他几十年显着为负，以及21年滑动相关分析显示的一致的年代际变化。最有意思的发现是3月NAOPC1和1月NAO-PC3关系的年代际转折点相似，分别发生在1905年，1925年和1950年左右。这个结果表明，如果NAO-降水关系所在的年代相位可以被证实，NAO 信号可以在这些特定的时期内被用作一个很好的潜在预报因子。

[13] 一个开放的重要问题是什么原因造成的NAO与华东夏季降水模式关系的年代际变化。 这是一个非常复杂的问题，没有提出明确的答案。正如 Power等人所建议的那样。 [1999]和王等人。[2008]，这种年代际变化可能与背景气候条件（如海面温度（SST））的变化有关。根据图2所示的变化，给出了积极时期（1884 - 1904年和1932 - 1952年）与负时期（1905 - 1925年和1956 - 1976年）之间SST与前一个冬季到同时夏季的复合差异（图4）。这种复合是合理的，因为这三个季节中复合海温异常相互类似（未显示）。 这说明北太平洋和北大西洋出现明显的海温异常（图4）。北太平洋的SST模式类似于太平洋年代际振荡[Mantua et al。，1997]，黑潮周围的SST异常为正值，其北部和北美西海岸的Oyashio延伸区和负海温异常。北大西洋上空的SST异常主要是负的，中高纬度地区的信号最为显着。它表明背景SST在北半球与负时代之间存在很大差异。这种变化的背景条件可能会改变NAO影响华东夏季降水的过程，从而导致NAO与某些降水模式之间的非平稳年际关系。但是，确切机制尚不明确，未来应采用耦合大气和海洋环流模式进行调查。

[14] 致谢。 我们感谢两位匿名审稿人在提高本文质量方面的宝贵意见。本研究得到国 家重点技术研究发展计划（2006BAC02B04,2008BAK50B02），2009年CMA运行项目（季节气候预测业务系统设置）和973项目（2006CB403600）的支持。

Figure 2. The sliding correlation between March NAO

and PC1 (dashed line), and between January NAO and PC3

(solid line) with 21-year moving window. The x-label

indicates the central year of the moving window.与此同时，3月份的阳性NAO通常伴随着YRV降水明显 更多，而东南地区降水减少（图3c）。 对于1905 - 1925年和1956 - 1976年的负的年代际相位，上述关 系通常是相反的（图3b为1月NAO，而图3d为3月 NAO）。 综合结果进一步证实1月和3月NAO与华东夏 季降水密切相关，NAO降水关系在年代际时间尺度上 有所不同。 此外，这些结果还表明，如果可以确认 显着的NAO-降水关系所在的年代相位，那么NAO信号 可以在这些时期内用作一个很好的潜在预报因子。 [11] 如前所述，存在显着的 关于12月/ 5月NAO和PC3在1880 - 1999年间的关系， 因此评估这两种关系是否平稳也是有意义的。 21年 的滑动相关性表明12月（5月）NAO和PC3之间的相关 性不稳定。 12月NAO与PC3在大部分时期呈正相关， 但相关性仅在1910年和1950年左右达到95％的置信 水平（图中未显示）。 它表明，虽然12月NAO-PC3 与1880 - 1999年的总时间显着相关，但这种关系的 有效性在较短时间（例如，大约21年）时期相对较 弱，这降低了其作为华东地区潜在预测因子的有用 性夏季降水。 至于5月份的NAO，它与PC3约为3/4， 在1930 - 1947年和1969 - 1976年（未显示）有很高 的可信度（超过99％），这意味着5月NAO可以作为 这些时期中国东部夏季降水的一个很好的预测指标。 然而，5月NAO-PC3相关性的变化与1月NAO-PC3和3月 NAO-PC1的关系并不相似，所以我们不在这里讨论。

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