20世纪中期以来东亚夏季风区的热带气旋和极端降水趋势外文翻译资料

 2022-12-16 11:46:31

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20世纪中期以来东亚夏季风区的热带气旋和极端降水趋势

Chih-Pei Chang,1,2 Yonghui Lei,3 Chung-Hisung Sui,4 Xiaohong Lin,5 and Fumin Ren6
收稿日期：2012.6.9; 修订日期：2012.8.4; 接收日期： 2012.8.8; 出版日期：2012.9.19

[1]由于产生于热带洋面上的热带气旋，使得对亚洲季风区极端降水趋势的解释变得复杂。这种热带气旋产生的极端降水趋势可能不同于局地季风降水（非热带气旋性降水）趋势。在这篇文章中，我们将给出这样的结论：中国夏季风区的降水趋势，由于受到西北太平洋台风的影响，季风降水的频率减少，强度增大。台风的影响无法超越季风，因此与热带气旋有关的极端降水趋势是小于与季风有关的极端降水的。这种净影响在大部分地区低估了季风极端降水的增长趋势，而高估了其减弱趋势。上述影响在梅雨雨带区域最小，而在中国东北和华南达到30%的影响程度。最大的影响发生在热带气旋活动主要路径上的近海岛屿上，并经历了显著的年代际变化。在海南，如果台风型降水被移除，降水趋势将由每十年减少3%变为每十年增加7%。相反的情况发生在台湾，在那里极端降水的趋势随着局地热带气旋降水的增加而快速增长。这些相反的影响强调了考虑降水系统的不同机制的重要性，以避免将地区对极端降水的影响错误归因为全球变暖的热力学影响。

引用：Chang, C.-P., Y. Lei, C.-H. Sui, X. Lin, and F. Ren(2012), Tropical cyclone and extreme rainfall trends in East Asian summer monsoon since mid-20th century, Geophys. Res. Lett., 39, L18702, doi:10.1029/2012GL052945.

  1. 引言

[2]将全球变暖与降水强度增强联系起来的一个基本的理论基础是大气中的水汽含量随着温度的增加以大约7%每°K的比例而增加，该变化率由Clausius-Clapeyron方程得出。在一个正在增暖的世界里[ Trenberth et al, 2007] ，伴随着这种增加，降水的强度以及极端降水事件也都可能增加，这也是对在陆地站上观测到的极端降水做出正向趋势预测的一个主要原因。最近，Min等[2011]发现了在包括人类活动强迫因素的模式中降水强度的虚假模拟增强和在北半球陆地上观测到的极端降水趋势之间的联系[ Groisman et al., 2005; Alexander et al., 2006]。然而，这种联系主要适用于北美和欧洲地区[ Wang and Zhou, 2005; Zhai et al., 2005;Goswami et al., 2006; Min et al., 2011; Ghosh et al., 2011]。在亚洲季风区，这种正趋势是离散的。

[3]在亚洲季风区，大量的极端降水可以被归因为热带气旋[ Ren et al., 2002; Kim et al., 2006, 2012; Ge et al., 2010; Lee et al., 2010]，这些热带气旋的发展和特征在它们接近陆地之前，受到很多来自热带海洋的动力和热力控制[ Emanuel, 2005; Knutson et al., 2010; Li et al., 2010; Lau and Zhou, 2012]。这些控制包括海表温度，垂直风切变，静力稳定性，和对流层顶温度，因此亚洲季风区极端降水的强度，频率和降水量会受到热带海洋上空条件的影响。在这项研究中，我们主要使用中国大大陆和台湾的测站降水资料来评估1958-2010年热带气旋降水的趋势，以及它对夏季风极端降水趋势的影响。

  1. 数据和研究方法

[4]共使用中国大陆（包括海南岛）的479个测站的日降水资料和台湾岛20个测站的资料，覆盖了中纬度和副热带东亚夏季风区的主要地区。上述测站是从一共776个测站之中选取出来的，这些测站中至少

1台湾大学大气科学系，台北，台湾。

2海军研究生学校气象学系，蒙德勒，加利福尼亚，美国。

3中国科学院遥感应用研究所，北京，中国。

4国立台湾大学大气科学系，台北，台湾。

5福建省气象局，福州，中国。

6中国气象局国家气候中心，北京，中国。

通讯作者： C.-P. Chang,海军研究生学校,蒙德勒， CA 93943, USA(cpchang@nps.edu)

有95%的测站完全覆盖了53年的夏季（从6月到8月）降水资料。这些测站提供了规范合理的和密集的资料，覆盖了中国的夏季风区，包括中国东部和南部省份，和中国南海海峡北部的海南岛以及台湾岛（附加的资料，见图S1a）。

[5]53年平均降水量最大值出现在沿南部海岸和台湾地区，并向北部，西北部地区减少。这种经向分布反应了“南涝北旱”型降水是东亚夏季风降水年际变化的突出现象。现阶段的发展可以追溯到20世纪50年代左右[ Ding, 1994]。尽管从自然演变到人为强迫等一些不同的理论已经被提出来， 但是造成这种

a)台风降水在总降水中所占的百分比 b）台风降水在极端降水中所占的百分比

图1. (a)台风降水在总降水中所占的百分比。（b）台风降水在极端降水中所占的百分比。

a）台风降水频率 日数/年 b）台风降水强度 毫米/天/年

图2. 台风降水频率（a）和强度（b）趋势。空心的圆圈代表经t-检验之后显著性水平超过90%的测站。

变化的具体原因尚不清楚[Ding et al.2007; Zhou et al., 2009]。极端降水可以用两种不同的方法来定义，基于极值理论的方法，包括广义极值和超临界值得极值理论来推断极值的特性，如100年的回报水平检测[ Ghosh et al., 2011]，或者是在降水累积分布函数中以降雨事件、时期、阈值为基础的年度指标来定义极端降水[ Goswami et al., 2006; Min et al., 2011]。由于我们的目的是评估热带气旋对强烈的季风降水的影响，极值理论方法不直接适用。因此我们根据阈值为百分之90至百分之95的降水累积分布函数对1958年-2010年的每一个测站的降水量进行了极端降水定义[ Goswami et al., 2006]。百分之90的阈值在图s1b中显示。

  1. 热带气旋与极端降水趋势

[6]几乎所有的近海岸测站都覆盖了西北太平洋热带气旋移动的三个主要路径，热带气旋向西移动并影响亚洲[ Harr and Elsberry, 1991]。移向向内弯折的热带气旋向北朝着朝鲜和日本移动，有一些可能会影响中国的东北部。移向径直的热带气旋向西北方向移动并通常沿着以下两条路径移动：一条偏东路径经过台湾并通常在中国的东南沿海地区登陆，另一条偏西路径是活动在中国南海附近并影响海南和中国西南沿海地区。每一个测站的降水被分为与台风（又称热带气旋）相联系的降水和与季风（又称非热带气旋）相联系的降水。与台风相联系的降水不仅仅发生在沿海地区和西北太平洋台风移动经过的近海岛屿上，还发生在与之遥相关的内陆地区[ Harr, 2010;Galarn eau et al., 2010]。使用客观天气分析技术对这些事件进行鉴定[ Renet al.,2006, 2007]，利用热带气旋中心和相邻雨站之间的距离的封闭性和连续性，来追踪热带气旋所影响的降雨带的距离，这段距离从热带气旋的中心可以延伸500km到1100km。台风降水占整个中国南方夏季降水的10%到50%，但是这在整个东亚夏季风区也是可以探测的。每个测站总降水与热带极

图3. 中国东北部（NE）、长江流域（YV）、中国华南（SC）和海南岛（HN）的时间序列和线性趋势。不同的地理分区在右上角的地图中被定义出来，也表示了被计算趋势的３０个５°times;５°的格点范围。右底部的表格给出了５３年的总的极端降水和季风极端降水的趋势（前两列），以及考虑台风作用减少的季风极端降水的百分比。无穷符号则表示趋势的符号变化了，黑体和斜粗体分别表示使用ｔ检验之后显著性水平大于９０％和９９％的情况。

端降水的百分比与热带气旋之间的联系在图1中表示。总体来说，台风降水所导致极端降水所占的百分比要比导致总体降水所占的百分比多。

[7]在西北太平洋活动的热带气旋已经发现在年纪和年代纪尺度上海表温度的变化[ Chan, 2008 Knutson et al., 2010; Lau and Zhou,2012]，但是在半个世纪尺度或者更长时间尺度上的变化趋势尚不清楚。另一方面，目前的理论和模型研究多数预测结果都认为，在全球变暖背景下热带气旋发生的平均频率将会减少，而热带气旋强度及热带气旋降水将会加强[ Knutson et al.,2010]。热带气旋对极端降水的贡献将取决于频率和降水强度倾向的综合效应。图2采用最小二乘法的线性拟合方法，给出了53年台风降水频率和强度的线性拟合趋势。台风降水频率在较宽的范围内下降，在南部沿海地区其降水频率的最大值在十年中为1-2天。这一趋势与Lau and Zhou[2012]的报告观点一致，这篇报告使用卫星探测1977-2007年的降水量得出西北太平洋热带气旋的频率正在减少。台风降雨强度的增加在南涝北旱型的形势中，对南涝部分的影响更加直接，在台湾每十年中台风降水最大值可达到1天5mm左右。对于北部地区则变得更加混合，在南涝北旱的形势中，北旱的趋势主要在降低，尤其是在中国的东北地区。观测到的降雨频率下降和降水强度增加这两种趋势都与在全球变暖模式下研究得出的在热带海洋上形成的热带气旋的变化有着很好的联系[Knutson et al., 2010]，虽然至少有一些频率的趋势可能由于西北太平洋相对海表温度的区域效应所造成的[Vecchi et al., 2008; Knutson et al., 2010]。总体而言，频率下降的程度远远超过强度增长的程度，因此台风降水量变化的趋势趋于减少，尤其是在25°N与40°N之间的地区，在这里信号是混合的并且是不显著的（没有出现）。

a）极端降水（90百分位）

b）强极端降水（95百分位）

图４. 同图3，除了图（ａ）中台湾的极端降水由阈值为９０％的降水事件所定义，和图（ｂ）中台湾的极端降水由阈值为９５％的雨量定义。表格中显示的是高估值而非低估值。

[8] 由于台风降水对夏季极端降水有着显著的贡献（图1b),根据这一点认为台风降水的趋势也会影响夏季降水的趋势。为了验证这一点，计算出每一个测站的总的极端降水，台风极端降水，季风极端降水。通过计算观测到的总的极端降水的趋势和季风极端降水的趋势来比较它们的变化。通过11：7这样一个比率，得出与更多的测站属于季风极端降水趋势多余总的极端降水趋势(Figure S2)。最值得注意的例外发生在台湾地区和中国大陆东南沿海地区的一些测站，也就是接近台风移动的可能路径上或者台风的登陆地台湾。

[9]季风与总的极端降水趋势的差异，代表了台风影响所占的百分比，每个夏季总的，台风和季风降水用季风区(Figure 3)内的平均面积超过30个5°*5°格点被表示出来。忽略小幅度的异常，基于相邻地区的趋势相似程度，数据被分为5各部分：海南（HN），华南地区（SC），长江流域（YV），中国中部（CC），中国东北部（NEC）。这些部分代表了东亚夏季风降水的主要子系统，在正常年份被表征为纬向的梅雨（在日本和韩国昌马的梅雨）雨带的向北移动，梅雨雨带在初夏从海南和华南地区，到夏季中期移动到长江流域，再到夏末移动到中国东部和东北地区[ Ding, 1994]。

[10]除了中国中部地区，其他部分的三种极端降水的时间序列和它们各自的线性趋势都在图3中绘制出来，由于中国中部的线性趋势(_x0005_7%, 或 1.3%/十年)处于最小

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