20世纪90年代末之后东亚沿岸春季的降温趋势外文翻译资料

 2022-12-20 21:14:44

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20世纪90年代末之后东亚沿岸春季的降温趋势

LI Fei1,2,3* amp; WANG HuiJun1,2

1中国科学院大气物理研究所竺南国际研究中心，北京100029;

2中国科学院气候变化研究中心，北京100029;

3中国科学院大学，北京100049

本文介绍了在全球气候变暖条件下，20世纪90年代末后东亚沿岸春季的降温趋势。这种表面冷却趋势是可以理解的，因为它与西北太平洋海表面温度（SST）降低和300hPa东亚急流（EAJ）在春季的减弱是一致的。除此以外，这种降温现象已经被证明与前几个秋季北极海冰覆盖的急剧减少有关。以往北极海冰覆盖率的信号能从秋季一直持续到春季，并可以作为促进西伯利亚春季积雪增加的水汽源地。西伯利亚积雪的增加可能有利于冷空气团通过强辐射冷却和大规模下沉运动向南侵袭，这可能间接导致东亚地区气温下降。此外，三种气候模式能够很好的重现过去预测的未来十年东亚沿岸春季地表面降温的不确定性。

关键词：地表温度、降温趋势、海冰覆盖、积雪覆盖、冷空气

虽然自20世纪70年代末以来，地球表面的平均温度一直在不断上升，但温度变化的空间格局却极不均匀[1]。东亚东临太平洋，西南与青藏高原接壤[2,3]。东亚独特的地理特征造就了其独特的气候特征[4]。王会军[5]表示，自20世纪70年代末以来，中国南方地区的对流层中部气温呈现降温趋势，这与其他地区常见的升温趋势相反。此外，地表面温度也存在类似的降温趋势。

已有研究表明，影响东亚气候的因素包括亚洲与北太平洋[6,7]的热量不平衡、北极海冰[8-10]、青藏高原加热作用[11]等。北极海冰代表全球气候系统的一个重要的并且变化程度很大的组成成分。卫星数据显示，自上个世纪90年代以来，北极迅速变暖[12-14]。因此，与海冰覆盖率（SIC）变化相关的北极强迫因素变得越来越重要，近年来受到越来越多的关注[15-18]。刘[19]表明，北极海冰对冬季气温和暴风雪活动有显著影响。这里提供的证据表明，春季地表降温信号与上世纪90年代后期北极海冰覆盖率有关。

1.20世纪90年代末后期，东亚沿岸春季地表降温趋势

根据国家环境预测中心（NECP）的再分析资料[20]，我们考察了过去15年（1998-2012）春季（3-5月 ）地表空气温度（SAT），线性趋势如图1（a）所示。沿东亚海岸观察到强烈的地表温度降低的趋势。这与北极地区、欧洲和西伯利亚的强烈地表变暖趋势形成鲜明的对比。（15°-50°N,100°-160°E）地区地表面大气的平均温度如图2所示，它在1998年前后急剧增加，直到20世纪90年代后期才出现下降趋势。

图1（a）过去15年（1998-2012）春季地表空气温度（SAT）的线性变化趋势。等高线间距是0.1°C / 年。（b）与图1（a）中的相同，除了春季海面温度。等值线间隔为0.03°C/年。（c）与图1（a）中的相同，除了春季300hPa纬向风（U300）。等值线间隔为0.2m/s/年。阴影区域代表90%、95%和99%的置信区间，所有结果均通过t检验。

与上述地表大气温度（SAT）趋势相似，根据NOAA[21]的春季海表面温度（SST）和300hPa纬向风（u300）的资料，我们发现，与上述海表面温度（SST）降低发生在西北太平洋，而海温变暖发生在北太平洋中部（图1（b））。对流层上部西风急流是东亚地区最重要的环流系统之一。由图1（c）可见一个温和的东风带从西伯利亚中部向由东南向日本北部延伸，向南呈温和西风趋势。因此，300hPa东亚急流（EAJ）定义为U300(42°-52°N，120°-160°E)- U300(30°-40°N，100°-140°E)，往往会削弱，这是动态与纬度温度梯度下降一致。海表面温度面积平均（15°-40°N，120°-160°E）的时间序列和东亚急流指数在20世纪90年代末表现出显著的下降趋势。

综上所述，上述结果与西北太平洋海温降温和减弱的300hPa东亚急流相结合，支持了自20世纪90年代末以来东亚沿岸春季地表降温的研究结论。是什么原因导致了东亚地表降温？

图3（a）为过去15年（1997-2011）秋季北极海冰覆盖率的线性趋势。我们使用Hadley中心海冰和海表温度数据集（HaslSST1）的3个月（9-11月）平均覆盖率场计算了秋季北极海冰的覆盖率。数据显示，北极海冰覆盖率在之前的秋季迅速减少，从拉普捷夫海到波弗特海的海冰损失最大。前一年秋天中心在（75°-82°N，90°-120°W）的面积平均的时间序列如图2所示，它展示出比20世纪90年代末明显较大的年际变化，同时，后期出现了明显下降的趋势。

图2 1958-2012年秋季海冰覆盖时间序列(SIC)、春季东亚急流(EAJ)、地面气温(SAT)及海表面温度(SST)指数，这是标准化后的数值。实线代表每年的变化，虚线代表连续11年的平均值。

因此，北极海冰覆盖率对东亚气候的影响在上世纪90年代后期似乎有所增强，并且 1978-2007年北极海冰覆盖率为负值时的1000hPa经向风（V1000）的气候学资料。海冰覆盖率的减少对应于西伯利亚春季促进积雪增加的水汽源的增强（图3（b））。刘等人对此进行了讨论。此外，图3（c）显示了春季海冰覆盖减少与西伯利亚和蒙古北部异常密切相关。这里讨论的结果表明，这些北方的异常部分是由于西伯利亚积雪的增加，通过其强烈的辐射冷却和大规模的下沉运动。冷空气团向南侵入可能间接导致东亚气温下降。

图3（a）过去15年（1997-2011）秋季海冰覆盖线性趋势图。等值线间距为30km^2/年。（b）1998-2007年春季雪覆盖率与往年秋季海冰覆盖率呈负的线性相关。等值线间距为10mm。（c）与（b）中等值线间距相同，除了春季1000hPa经向风（V1000）。等值线间距为0.5m/s。阴影区域代表90%、95%和99%的置信区间，所有结果均通过t检验。

此外，我们考察了1998-2012年春季SAT、SST、U300在前期秋季海冰覆盖率指数为负的情况下的线性趋势（图4），发现东亚前期秋季海冰覆盖信号在空间布局上与图1极为相似。海冰覆盖的减少对应于东亚沿岸的海表面空气温度负异常和北极地区、欧洲南部和西伯利亚的海岸呈现正的地表空气温度正异常。同时，西北太平洋海温异常呈现负距平，北太平洋中部海温异常呈现正距平。在这种情况下，随着纬向温度梯度的降低，300hPa的东亚急流（EAJ）的强度大大减弱。

图4（a）1998年至2012年春季地表空气温度（SAT）对前一年秋季海冰覆盖率呈负相关，等高线间距为0.2°C。（b）除春季海表温度外，与（a）项相同。等高线间距是0.1°C。（c）除春季300hPa纬向风（U300）外，与（a）相同。等值线间距为0.7m/s。阴影区域代表90%、95%和99%的置信区间，所有结果均通过t检验。

此外，我们利用CMIP5模式模拟，研究了以北极海冰持续减少为特征的气候变暖期间东亚地区春季降温趋势。在本研究中，我们着重于1998年至2005年的历史模拟和2020年至2029年RCP4.5情景下的的预测模拟。初步分析，三种模型（GFDL-ESM2M、IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR）能够较好地捕捉到以往观测到东亚春季地表降温，如图5（a）-（c）所示。

图5（a）-（c）基于GFDL-ESM2M、IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR模拟，1998-2005年春季地面气温（SAT）的线性变化趋势。等高线间距是0.2°C/年。（d）-（f）与（a）-（c）相同，但下一个十年（2020-2029）除外。阴影区域代表90%、95%和99%的置信区间，这是使用t检验估计的。

根据获得的结果使用GFDL-ESM2M、IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR，我们也得出了未来十年（2020-2029）地表空气温度的线性趋势图。图5（d）-（f）表明，在许多情况下与东亚温度趋势的不确定性，模型模拟从没有显著变化（GFDL-ESM2M），有正趋势（IPSL-CM5A-MR）到负趋势（MPI-ESM-MR）。着可能是温室气体增加所引起的辐射力的积分效应以及大气环流、云和降水以及海冰对温度变化的相关反馈结果。这些复杂的反馈构成了未来十年春季温度预测的不确定性。

2.结论

在这项工作中，我们已经表明，自上世纪90年代末以来，东亚沿岸的地表空气温度在春季表现出强烈的地表降温趋势，这可能与之前秋季北极海冰覆盖率的快速下降有显著的关联。原因如下：

（1）北极海冰覆盖率的信号可能作为增强的水汽源，促进西伯利亚积雪的增加对北极海冰覆盖率的西伯利亚积雪异常的记忆可以从去年秋季延续到春季。

（2）西伯利亚积雪的增加可能有利于冷空气团通过强辐射冷却和大范围下沉运动向南侵袭，间接导致东亚气温下降。

此外，三个气候模式能够很好地再现过去观测到的东亚春季地表冷却的CMIP5气候模型标明的，与1998-2005年相比，2020-2029年春季温度预测存在不确定性。

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