Brewer-Dobson环流在1979 – 2005对平流层温度变化的影响外文翻译资料

 2022-12-06 15:20:51

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Brewer-Dobson环流在1979 - 2005对平流层温度变化的影响

摘要：Brewer-Dobson环流季节性和垂直分辨的强度变化(BDC)是利用微波探测装置测得的温度推断（MSU），平流层探测单元（SSU），和无线电探空仪来解决的。

在1979-2005，“BDC指数”(温带减去热带温度)线性趋势的经验被认为是与北半球BDC在十二月在平流层的深度的显著加强是一致的。相同指数的趋势表明,在平流层中层，Brewer-Dobson环流在八月份的时候南半球分支显著加强，以及在北半球的平流层低层中有个明显的减弱。然而,这种趋势，通过对温带以及热带回归的分析假定Brewer-Dobson环流的年纪变率是唯一的，反之亦然(即。,以前是利用热带和温带温度的不同相的性质来研究温度和Brewer-Dobson环流）。

平流层下层BDC十二月加强并且三月减弱这种循环可能是一个周期性的变化，这值得我们去探索。在平流层低层的微波探测单元数据中，一个 1979-1991的平均和1995 - 2005的平均热带季节循环的差异从二月到一月显示了明显的转变，与最大波驱动时间的变化相一致。此外，年际变化在塑造整体的重要性趋势突出，特别是Brewer-Dobson环流在三月份的减弱，现在可能从上世纪90年代的最低有加强。

1.引言

Brewer-Dobson循环描述的时间平均，拉格朗日平均经向量链接热带到温带的平流层(Dunkerton 1978)。在应对温室气体浓度的增加这种循环是未来加强平流层模型的稳定的结果(如。布莱德等。2006年,2010年),意思是观察到的变化可能会提供一个人为的气候强迫的指纹。在BDC的强度变化也影响水蒸汽浓度（兰德尔等人。2006；罗森洛夫和瑞德2008）和臭氧的运输（兰德尔等人。b）与臭氧的化学物质（宝翠和斯凯夫2001），在对流层臭氧预算相关的影响（Sudo等人。2003）和表面UV指数（条和牧羊人2009），并将配合与平流层温度的动态变化（Lin等人。2009）。在这里，星载微波探测单元的温度数据（MSU）及平流层探测单元（SSU），与无线电探空仪，检查1979–2005在BDC变化的证据。优势是热带和冬季和春季半球之间的关系温带温度异常环流强度的年际变化,之前已被证明为低(Ueyama和华莱士2010)和中间和上部平流层(年轻et al . 2011年)

BDC被迫通过波的向极运输动力沉积和在两个半球上季节性很强的春天和冬天(海恩斯et al . 1991;霍尔顿et al . 1995;Rosenlof 1995;Fueglistaler et al . 2009年);它通常在冬天的北半球(NH)达到最大值。循环在热带地区的是上升的，在中高纬度地区是下降的，分别驱动气温凉爽和温暖(如辐射平衡值。照1987)。Yulaeva et al。(1994)记录，平流层低层使用MSU数据记录的BDC温度信号，该方法扩展到平流层中间和上层时，使用半导体存储器数据,由年轻的et al。(2011)。研究表明，热带海温异常明显反相关在冬/春季北半球温带，在BDC，即强度年际变化一致，异常的冷（暖）在热带和异常暖（冷）在温带如果环流偏强（弱）比平均水平（参见also Fritz and Soules 1972; Randel et al. 2002a; Thompson and Solomon 2005; Ueyama and Wallace 2010)这钟经验模式是利用寻找不同相的温度趋势的存在,这可能表明BDC的趋势。然而,它只是指出,卫星数据的跨度只是几十年,因此可能不足以支持年代际变化和长期系统之间的变化。尽管如此，它对测试是否出现变化的记录还是有用的。

平流层下层先前使用MSU数据记录的BDC温度信号。虽然年平均趋势已被证明是加强的与BDC一致 (Thompson and Solomon 2009),其他的研究也调查了季节性变化的趋势。 Hu and Fu (2009)使用MSU数据发现在1979 - 2006年9月和10月的几个月里位于南半球(SH)高纬度地区有5 - 8 K的变暖趋势。这种变暖是伴随着普遍降温趋势,两极也有略微减弱。从而导致SH在纬向平均变暖(见Ramaswamy et al . 2001;Randel et al . 2009年)。lin等人的回归分析（2009）--用涡流热通量再分析资料表明，所观察到的趋势模式与SH九月在BDC驱动加热和臭氧消耗驱动冷却强度的增加相一致。

北半球高纬度地区冬季（十二月和一月）在过去三年的气候变暖在纬向平均MSU平流层低层的趋势上看是显而易见的(Randel et al . 2009年),傅et al。(2010年,以下FSL10)显示热带冷却趋势与潜在的信号在BDC强度增加是一致的。FSL10还指出一个北半球高纬度地区的降温趋势在3月期间,与热带气候变暖重合,这被解读为在这个季节BDC进一步弱化NH因子的证据(参阅Randel et al . 2002年)。free(2011)表明这些季节下，几个不同的无线电探空仪的平流层低层温度数据集是稳定的,而且，,可能反映了年代际变化明显的趋势。

大多数模拟研究表明平流层低层BDC的加强出现在二十世纪下半叶,基于数量的变化,如70 - hpa热带垂直速度或质量通量(,Garny et al . 2007;奥尔森et al . 2007;李et al . 2008;2008;加西亚和Randel McLandress和牧羊人2009;拉马克和所罗门2010)。这些增加是由于对流层中的波的驱动增强，再加上垂直波传播，折射率的变化，和耗散在平流层的风和温度变化的强迫 (e.g., Eichelberger and Hartmann 2005; Butchart et al. 2006, 2010; Olsen et al. 2007; Garcia and Randel 2008)也可能是不同模拟 (Garcia and Randel 2008; McLandress and Shepherd 2009)以及不同类型的波的贡献(解决、参数化),在这里讨论的几个模型研究以及季节变化虽然有些差异可能是由于选择的纬度带的平均趋势不一样 (Butchart and Scaife 2001; Butchart et al. 2006; Li et al. 2008; Garny et al. 2009; McLandress and Shepherd 2009)。报告说,他们观察到的最大变化趋势是在在北方的冬天,在十二月–二月（DJF）的季节。 Li et al. (2008), Garny et al. (2009), and McLandress and Shepherd (2009) 的结果表明,南方春臭氧损耗对波传播的影响导致更强的SH分支在DJF下的影响。在垂直方向上的变化， Li et al. (2008)报告在平流层下层有更强的趋势,但是Garcia and Randel (2008)报告最大的趋势在上下平流层。本研究将使用SSU和半导体存储器数据探查垂直和季节性的BDC变化模式的证据。

模拟结果和温度的分析相比,一些研究使用示踪剂数据来反对BDC强度的变化。例如，instance, Cook and Roscoe (2009)得出的结论是，自1990年以来在使用该BDC强度测量南极上空没有明显的变化趋势。在过去的三十年里，分析平流层的年龄——空气趋势从测量六氟化硫(SF6)和二氧化碳混合比率表明BDC的趋势没有明显变化，尽管在分析平流层空气的年龄的时候，平流层下层热带到两级的运输消耗不能排除 (Engel et al. 2009). Ray et al. (2010)的age-of-air，进行了进一步的分析与模拟之后,认为平流层下层的环流是加的。加上平流层中上部一个减弱的环流和热带和中纬度地区之间的横向混合的增加。这个结果强调更好的估计高度分辨在BDC的变化的重要性。

目前的工作是在平流层下层用MSU的独立的数据及温度进行了fsl10(即，SSU仪器和无线电探空仪，它们共同提供在高海拔地区的信息），这些仪器基本覆盖了大部分的平流层的各个高度。而值得注意的是，虽然注意到温度数据并不是完美的BDC长期变化的指标，相对较长的观测记录提供季节性和垂直解决分析并不可能组成数据(例如，Engelet al. 2009; Ray et al. 2010)

本研究是有组织的，列举如下，第2节介绍了MSU，SSU，和无线电探空仪的温度数据，加上有线性趋势和统计信息计算。对纬向平均的、全球性的，季节性周期的热带和温带的平均变化的一般特点，（1979–2005）在第3节。在4节中，在热带和温带的温度是用来定义一个BDC指数的差异，并分析在BDC强度的长期趋势。主要结论在第5节。

2.温度数据和趋势计算
a卫星亮度温度数据

卫星温度数据从MSU仪下平流层通道（MSU TLS）、、（ssu-25，ssu-26）和上层（ssu-27）的SSU仪器平流层通道。表1总结了加权函数的近似峰值和半功率宽度（见 Young et al. 2011, their Fig. 1）。值得注意的是，MSU TLS加权函数覆盖相对厚的大气层，其中海拔较低的一端包括热带对流层上部的一部分。

表1 MSU通道和SSU通道近似的加权函数峰和半功率范围

由NOAA气候预测中心 (C. Long and R. Lin 2009, personal communication)提供的纬向平均、月平均亮度温度数据的SSU数据为异常的（相对于1980–94月平均气候）。这些数据涵盖了1979年–2005和跨708s–708n采用分辨率108。他们包括周日和半日潮汐的修正，以及考虑到大气CO2浓度增加修正了加权函数，(见see Shine et al. 2008; Randel et al. 2009)。该数据在被用于在最近的一次平流层温度趋势估计中(Randel et al . 2009)。值得注意的是，这些半导体存储器数据有缺失值，为1995年6月和12月。此外，SSU-26数据丢失的为1984年7月和8月，SSU-27数据丢失的是是1979年1月和1980年4月。

平流层下层的温度数据来自于3.2版本的遥感系统的msu-tls (RSS) ( Mears andWentz 2009)。时间序列时间序列由SSU的4通道和先进MSU（AMSU）仪器的9通道的一个结合。进行研究的数据是1979-2005的纬向和月平均数据（与SSU数据一致性）,具有2.58位的分辨率生成了82.58s–82.58n。

Randel等人发现了在MSU和SSU数据潜在的误差来源 (2009, and references therein)。计算这些趋势的目是，最显着的误差来源可能来自不同个体结合卫星MSU和SSU仪器结果构建的时间序列。然而，重点是模拟的变化，尤其是高纬度到热带之间差异，受到这些错误的影响应该低于绝对趋势(假设卫星偏移量在不同的纬度是不同的)。

b.无线电探空仪数据
分析卫星气温数据的补充与无线电探空仪的温度从迭代通用的克里格差值(IUK)无线电探空仪数据集 (Sherwood et al. 2008)，在1958 - 2005年可以在压力范围为850到30 hPa。气温均质使用一个迭代过程收敛于一个最大似然估计的趋势，最大似然估计，变化点和使用每日两次操作探空数据的缺失值。任何均质化工作将是完全成功的这虽然不太可能，但这种方法在简单的统计模拟收益率比常见的方法更准确在解决气候变化问题的缺失数据和偏见的异质性的时候（Sherwood 2007)。和其他的无线电探空仪是不同的，这种方法估计的四个季节的变化的偏差是独立的。这点是非常重要，因为偏差变化很可能取决于太阳天顶角和平均温度，特别有利于极地地区相关的研究中。然而，有人指出无线电探空仪变化和缺失数据可以在平流层有显著变化。

与卫星数据的比较，本研究利用探空资料在30 hPa（最高级别），以及与MSU TLS的加权函数加权温度。纬向平均温度是由460个站点每日两次数据构造(lsquo;lsquo;Arsquo;rsquo; stations, Sherwood et al. 2008) 分成108个宽纬度带。

c.线性趋势计算
利用线性最小二乘法对数据进行月变化的分级趋势。 由Santer等人（2000）使用技术拟合的线性线性拟合的卫星数据的统计不确定性进行了评估，通过对有效样本量进行调整，从而计算出序列自相关性，然后用于计算斜率的标准误差。不确定性被引用61年代(68%置信)或62年代(95%置信)限制。注意,引用统计的不确定性,不包括温度数据系统误差。

3.1979 - 2005季节性的温度趋势
我们将首先考虑的纬度和季节的原始温度趋势。这里记录的是季节温度变化和纬度的模式，来确定是否有热带与温带的趋势关系，这是在下止点时，在27年的数据记录重大变化相一致（即反相趋势），并注意是否有特殊的时间和高度，显示较强的信号。这些结果的基础上提出的类似的fsl10的msu-tls数据。注意，为了便于描述，长期趋势”是用于描述回归系数的线性回归与时间，并且，如果趋势是明显的，这是文中所说明的。

a 纬向平均温度趋势:卫星和无线电探空仪
图1a显示MSU和SSU数据温度趋势作为一个纬度的函数，与轮廓填充只有在趋势是从零在2S水平差异显著。图1 b显示了相对更低的平流层从无线电探空仪数据趋势。底部面板从MSU TLS加权探空资料和前面板呈现的趋势是从探空资料在30 hPa，提供一套独立的比较观察。30 hPa在均质探空数据库海拔最高，位于大约中间MSU TLS和ssu-25加权函数（表1）。在一般情况下，每月和横向模式从探空资料匹配非常密切的MSU TLS和ssu-25数据趋势，尽管模式更由于空间更有限的无线电覆盖。在热带地区

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