青藏高原大气热源/汇在大气-陆地-海洋相互准4年振荡中的作用外文翻译资料

 2022-12-11 19:15:13

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青藏高原大气热源/汇在大气-陆地-海洋相互准4年振荡中的作用

赵平 陈龙勋

摘要：

利用1961年至1995年青藏高原的逐月大气视热源/汇lt;Q1gt;和NCEP/NCAR的再分析资料，以及英国/ GISST2的1961年至1994年每月的海温，进行研究青藏高原上的热源/汇对亚洲大气环流与厄尔尼诺/拉尼娜事件的关系。发现在准4年期间lt;Q1gt;青藏高原低层次的经向风、纬向风与赤道东太平洋的海温存在显著的相互作用，并与青藏高原北部中高纬度循环。冬季高原冷源强度及高原低层经向风异常有利于中国内地及其东部海岸的大陆盛行风，直到随后的冬季。青藏高原异常风可以引起热带太平洋的低层纬向风异常，最终影响随后秋/冬天的厄尔尼诺和拉妮娜事件。明年秋/冬天的厄尔尼诺/拉尼娜事件对东亚大槽位置及冷空气的移动位置、青藏高原冬季冷源的强度有影响。

关键词：青藏高原，热效应，年际变化，大气-陆地-海洋相互作用

1 引言

研究表明，通过大气-海洋相互作用和沃克环流异常西风以及赤道中太平洋对流活动，可以产生海洋扰动，导致在赤道太平洋厄尔尼诺/ 拉尼娜事件的发生。Yasunari[1]提出东亚季风的准2周期假说。Wu[2]和Cubasch[2]采用数值模型认为，准2年的周期中存在ENSO和东亚冬季风之间的耦合过程。Li[3]发现，持续的强寒潮冬季冷空气扰乱了欧亚大陆中高纬度能量经过30-50天的振荡向赤道中东太平洋输送。在赤道太平洋信风区能量输送衰减加剧及30-60天的振荡对流，最终导致ENSO事件。Huang[4]和Wu[4]吴表明ENSO循环可能是亚洲季风区和Hadley环流已有的频率振荡非常低的一个产物。在赤道太平洋的西风异常存在是ENSO事件发生的必要前提。根据1979年-1992年的数据，Li[5]和Yanai[5]研究了亚洲季风和赤道东太平洋海温的热力对比研究。

从以上的研究来看，主要是关注了亚洲季风和厄尔尼诺和拉妮娜事件之间的关系，但几乎没有做对ENSO事件的青藏高原热效应。因此，有必要研究在青藏高原与ENSO之间的关系。本说明涉及通过亚洲季风和ENSO到青藏高原热源/汇反馈厄尔尼诺/拉尼娜的青藏高原热效应。本文论述了通过亚洲季风和ENSO向青藏高原热源/汇反馈，说明了厄尔尼诺/拉尼娜的青藏高原热效应。

2 计算方案与资料

lt;Q1gt;=SH Rnet LP, (1)

其中,SH表示感热，Rnet表示大气净辐射，LP表示冷却潜热。当Q1值大于0时表示热源，而Q1值小于0时表示热汇（冷源）。

Chen[6]和zhao [7]指出，我们计算1961 年至1995年青藏高原月平均SH、Rnet和LP，最终得到了方程（1）的lt;Q1 gt;值。所研究的地理范围是青藏高原海拔高度3000米以上的地区，其中除去西经90度以西和北纬33度以外的地区.，所使用的数据还有英国/IN- CLUDE/GISST2的1961年至1994年的逐月海温资料，分辨率为1°*1°，还有NCEP / NCAR1961年至1995年的逐月再分析资料，分辨率为2.5°* 2.5°。除另有规定外，下列统计意义检验均为95%的置信度。

3 赤道太平洋海温及青藏高原lt;Q1gt;的年际变化特征与其连贯性波谱分析

我们计算了在1961年到1994年中408个月赤道太平洋海温异常与1961年到1995年中420个月高原lt;Q1gt;的时间序列波谱（图略）。研究发现，该海温变化最显着时期落在3.5到4.4年并才发现lt;Q1gt;具有显着的3.5到0.5年时期，这表明lt;Q1gt;也有一个准4年周期振荡。

我们进一步进行相干光谱分析中3种异常：尼诺3、海温、青藏高原东部850hPa经向风、东赤道太平洋地区的850 hPa风场和500 hPa高度超过贝加尔湖（图略），在这些地区如下：

尼诺3区：5 0 S-50 N，150°-90°W;

青藏高原的东部地区：25-45°N，115-135°E;

赤道太平洋地区：10°S-10°N，120°E-120°W;

贝加尔湖地区：45-60°N，95-115°E。

在lt;Q1gt;的谱峰与海温，经向风，纬向风落在又将3.5，4.4和3.5年时段。在lt;Q1gt;的变化领先于海温1.2年，超前的纬向风提前0.7年。经向风为0.9连贯波谱。在海温和位势高度之间的经向风中0.9连贯波谱具有4.4、1.9和1.5年的期间高峰。对于4.4年期间早于海温1.4年。

4 冬季青藏高原冷源年际变化与太平洋赤道的海温

由1961年至1994年期间，一月的青藏高原lt;Q1gt;在太平洋地区海温异常的相关系数的分布可以看出和在三月（图略）没有显着的相关性区。四月（图略）在西太平洋一对正相关关系中心出现在150°E-160°E之间10°N和10°S，在赤道地区中部5°N和5°S分别出现两个负中心。七月，150°W的太平洋中央西有显著地负相关性出现（图略）。150°E赤道周围的有正相关，十月后（图1），整个太平洋赤道中部和东部为负相关系数大部分地区通过98％显着性检验通过的测试99％的水平中心是通过检验。这一特性基本保持不变，直到十二月（图略）我们整理出了青藏高原1961-1994年期间一月份lt;Q1gt;的最小值（或最大值）和强（或弱）冷源年。弱冷源年是1961年，1962年，1964年，1981年，1983年和1989年;强冷源年是1969年，1972年，1977年，1979年，1990年和1994年，我们分析了6年里海温距平分布的平均与强、弱冷源年（图略）。次年一月，负相关变小，相关性大大的减弱. 在中东太平洋赤道地区出现显著负相关时, 西太平洋6到12月存在着较大范围的显著正相关区。

图1：青藏高原一月lt;Q1gt;异常和十月海温（X100）之间的相关系数（阴影区通过95％的水平显着性检验）。

在强冷源年的二月和三月，赤道太平洋海温是正常的。一年四月，在赤道太平洋中部正海温距平出现超过0.5℃。然后海温距平向东扩展，其范围达到最大值，中心值超过1.2℃。此外，七月较弱的负海温距平区域始终持续在西太平洋地区。在弱年里预期会相反。在这种情况下，十二月份大多数的负海温距平出现在赤道太平洋中部和东部，有的最小值低于-1.0℃。

从上面的分析可以看出，强（或弱）年青藏高原1月冷源与次年秋季和冬季赤道中、东太平洋海温异常存在负（或正）相关，海温异常最初出现在四月。那么冷源通过什么过程影响冬季赤道中、东太平洋海温？

5 青藏高原热汇（冷源）与ENSO的准4年周期

（1）青藏高原冬季冷源对太平洋大气环流的影响。我们利用青藏高原1961年到1995年1月lt;Q1gt;的NCEP/NCAR再分析资料，单独计算了850hPa的经向和纬向风速与第2年的春季和夏秋季Q1的相关性（图略）。我们可以看出，青藏高原的lt;Q1gt;已与中国大陆及其东部海岸3季的经向风正相关，与赤道太平洋地区四季的纬向风的负相关。这些特征在单独6年1月份强/弱冷源的基础上也被视为850hPa复合异常风场。青藏高原1月的强冷源对应于弱异常偏南东（图略），在下1年的2月出现一个异常偏北（图略）随后，北风加剧，并向东延伸。在5月，优先于青藏高原东部大部分地区（图2（a））。同时，从中南半岛到中国南海并且在印度尼西亚区域北向达到异常偏南，然后他们向东运动。这将有助于西风在热带中部地区和西太平洋地区加强。7月，西太平洋副热带高压是一个异常减弱的气旋（图略）。9月气旋分离成两部分，其主体作为周围的分界线。（图略）这些特征是有利于厄尔尼诺现象发生。值得注意的是，在150°E，40°N出现一个异常的反气旋，9月和11月显著增强，这导致一个异常东风在赤道西太平洋150°E和亚洲东部的海岸发生异常偏南（图略）。这种模式是有助于厄尔尼诺事件的发生。与1月的弱冷源相反。在弱年里，青藏高原东部2月以来出现一个异常偏南（图略），加剧之后，并保持到5月（参见图2（b）），这在热带太平洋中部和东部地区导致异常偏东，这有利于拉尼娜现象发生的模式。

图2：为五月青藏高原冷源850百帕的复合风异常图（单位：米/秒，阴影区域显示青藏高原。）

（a）强冷源年; （b）弱冷源年。

从以上的分析，我们发现异常的高原冷源可引起青藏高原和东赤道太平洋纬向风和副热带太平洋的低层环流的低层风向异常这有利于厄尔尼诺发生。冬季青藏高原热源/热汇的这种作用可以示为水平地抽吸空气偏南（或向北）的泵。它可使青藏高原中南方向的南海和菲律宾经向风的辐合（或辐散）和纬向风的
辐散（或辐合），并让中西部太平洋的纬向风发生变化。此外，青藏高原冬季lt;Q1gt;异常可被视为一个脉冲，其效果可以持续到随后的秋季。
（2）赤道东太平洋海温对冷源的影响。利用1961年到1994年SST和NCEP再分析资料青藏高原冬季，我们计算了尼诺3区 的相关性平均(10月到十12月)SST与目前冬季并与下一个冬天1000百帕温度的平均系数，可以看到，海温与目前的温度，冬季中国东南大陆有着明显的正相关在海洋，在亚洲温目有一个不起眼的相关性（图3（a））,然而，海温和青藏高原北方的温度具有显着的正相关关系，中心值通过99％的显着的最大相关系数通过测试（图3（b）），这表明，当厄尔尼诺现象（或拉尼娜）事件发生时，地面层温度在的下一个冬天亚洲温带增加（或减少），对应弱（或强）亚洲冬季风，不同于图3（a）给出的现象。赤道东太平洋海温和亚洲冬季风之间的关系在隔年的影响上更显著. 那么在上述两个冬季中, 究竟哪一个和青藏高原冬季冷源关系紧密呢?

图3：Ni no 3区的10、12月平均海温, 1月份青藏高原lt;Q1gt;和12~1月平均1000 hPa温度的相关系数(X 100)

(a) 海温和同期冬季，(b) 海温和第2个冬季，(c) lt;Q1gt;和同期冬季。（阴影区过95%的相关检验。）

图3(c)给出了在1961到1995 年期间冬季12月1月平均的1000hPa温度距平与该冬季1月份青藏高原Q1 距平值之间的相关系数,从图中可以看到:1月份的Q1 与其北侧中高纬度地区温度也存在着显著正相关, 其中心值通过99.9%的置信度检验。 这是和图3(b)所给出的在高原北侧中高纬度地区的分布特性基本一致, 说明赤道中东太平洋海温异常变化可能通过第2个冬季的亚洲季风对青藏高原冬季Q1产生影响。

进一步分析表明(图略):当年10、12月份Ni no3区平均海温和第2个冬季12月份的贝加尔湖附近500hPa 位势高度之间存在着明显正相关, 其中心通过99%的相关检验,而和日本群岛南部的500hPa 位势高度之间有显著负相关, 这对应着东亚大槽位置的异常.由此可见, 秋冬季赤道东太平洋海温 正(或负)距平可以通过海气相互作用使第2 个冬季的贝加尔湖附近500 hPa 位势高度出现正(或负)距平日本群岛南部的位势高度出现相反变化, 有助于东亚大槽位置偏东(或西), 从而使冷空气从偏东(或西)路径影响东亚, 造成高原北侧中高纬度近地层温度偏高(或低)以及青藏高原冬季冷源偏弱(或强)。

5 讨论

青藏高原的lt;Q1gt;和海温、赤道太平洋之间存在相互作用，它们准4年的周期振荡这一期表现出很大的相位差异，图4呈现了它们相互的概念模型。

一方面，冬季高原冷源异常改变青藏高原与中国东部大陆之间的热力差异，使青藏高原东部的经向风和赤道太平洋的纬向风异常，这有利于赤道太平洋海温异常的发生。

另一方面，目前秋冬的海温异常影响亚洲深槽的位置，并通过中低纬度地区之间的大气-海洋相互作用影响随后冬季青藏高原冷源的强度。

因此，有必要通过考虑大气-陆地-海洋耦合过程，而不是大气-海洋过程来描述一个现实的气候系统。在大气-陆地-海洋过程中，青藏高原热效应对厄尔尼诺/拉尼娜事件的发生也有非常重要的作用。

要是陆地-大气物理学报通过提高青藏高原的气候模式，很可能会使更好地描述亚洲季风和全球气候变化，最终提高厄尔尼诺现象的模式预测能力。

参考文献

1. Yasunari, T., The monsoon year-anew concept of climate year in the tropics, Bull. Amen Meteor. 5oc., 1991, 72(9): 1331.

2. Wu Guoxiong, Cubash, U.. Effect of SST anomaly during an El

Nino event on zonally averaged meridional circulation and atmospheric transfer,Scientia Sinica, Ser. B, (in Chin

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