赤道东非2005年旱灾的诊断外文翻译资料

 2022-12-04 15:14:47

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赤道东非2005年旱灾的诊断

Stefan Hastenrath and Dierk Polzin 威斯康星大学麦迪逊分校大气与海洋科学系，威斯康星州麦迪逊

Charles Mutai 肯尼亚内罗毕肯尼亚气象局

摘要：赤道东非在2005年“短雨季”期间遭受严重干旱，集中于10月至11月。这些降水异常的循环机制使用长期高空和地表数据集，并基于早期实证研究的诊断结果进行检查。陡峭的东向压力梯度有利于中赤道印度洋的快速西风带，东非地区有一个强大的纬向环流层，表现为沉降，印度尼西亚上升运动。由于西风速度快，东非地区的降水量不足，并且往往伴有西北部异常寒冷水域和赤道印度洋盆地东南端的暖异常，而这些区域之间没有任何跷跷板相关性。 2005年10 - 11月，西部地区气压异常偏高，赤道东移压力梯度较大，有利于快速西风带，进一步表现为纬向环流，西部地区下沉，东部上升运动增强。总的来说，西部因果关系可以追溯到异常高压。

关键词：干旱;异常; 人为影响; 非洲

1. 导言

与对印度洋盆地冬季和夏季季风的广泛研究相比（Ramage 1971; Hastenrath 1985; Pant和Kumar 1997），对季风转换的了解要少得多，即东非赤道地区的雨季。其中北方秋季的“短雨”在这里很有意义。注意气候异常的循环机制（Hastenrath等1993; Goddard和Graham 1999; Hastenrath和Polzin 2003,2004,2005），季节预报（Farmer 1988; Hutchinson 1992; Mutai等1998; Mutai and Ward 2000; Philippon等2002; Black等2003; Clark等2003; Hastenrath等2004），海洋上部的过程（Hastenrath等1993; Anderson 1999; Webster等1999; Saji等1999; Baquero-Bernal等2002; Lau和Nath 2004），特别是20世纪下半叶的三次极端洪水事件。因此，1961年的灾难性洪水引起了人们的兴趣，这种情况持续了数十年（Thompson和Mouml;rth，1965; Lamb，1966; Morth，1967; Hastenrath，1984; 42-49; Reverdin等，1986; Flohn，1987; Kapala等，1994）。随后出现了1994年（Behera等1999）和1997年（Birkett等1999; Webster等1999; Latif等1999; Murtugudde等2000）的洪水。相比之下，东非的干旱事件很少受到关注。

2006年1月至2月期间，收到东非严重干旱情况的无线电报道。这促使目前的努力在致病性循环机制的背景下诊断这种极端的气候异常。事实上，许多网站都关注这一极端气候事件及其对人类的影响。第2节描述了数据，第3节总结了从长期参考期获得的环流背景，第4节考察了2005年北方秋季的证据，第5节提供了综合。

2. 数据

正如在之前的相关工作中（Hastenrath等1993，2004; Hastenrath和Polzin 2003,2004,2005），本研究的数据来源包括雨量计测量，来自综合海洋 - 大气层数据集的海表船观测（COADS; Woodruff等1987,1993）以及来自国家环境预测中心 - 美国国家大气研究中心（NCEP-NCAR）再分析的全球地面和高空流场（Kalnay等1996; Kistler等2001）。 COADS中的空间分辨率为2.0，NCEP-NCAR中的空间分辨率为2.5°纬度 - 经度平方。我们主要关注地表风，海平面气压（SLP），海面温度（SST）和500 mb欧米伽垂直运动。
在我们以前的工作中（Hastenrath et al.1993,2004; Hastenrath and Polzin 2004,2005），从这些数据汇编了10 - 11月的各种指数系列，如图1所示，UEQ（4°N-4°S， 60°-90°E）是中赤道印度洋表层风的纬向分量的指数。压力指数PW和SST指数TW是西部地区（8°N-8°S，40°-50°E），压力指数PE和SST指数TE是东部地块（8°N-8°S，90°-100°E），PWE = PW-PE和TWE = TW-TE代表沿赤道的纬向压力和SST梯度。进一步的SST指数为STW（10°N-5°S，45°-55°E）和STE（5°-15°S，90°-110°E）。 SIW（4°-12°S，60°-90°E）是南印度洋贸易风下游部分总风速的指数。 W5omega;（2.5°N-2.5°S，30°-50°E）和E5omega;（2.5°N-2.5°S，100°-120°E）都是500兆欧垂直运动的指数。十月至十一月的降雨量由东非和SJB（苏门答腊 - 爪哇 - 婆罗洲）印度尼西亚指数RON（雨，10 - 11月）记录。这些指数系列被用Hastenrath（1976）首先介绍的程序编制为“全站平均归一化偏差”。 RON指数基于东非海岸的七个台站，SJB指数基于印度尼西亚的八个台站。

图1.（a）纬向垂直剖面和（b）详细说明环流指数的定向图。在该图中，实线描绘了表面纬向风指数UEQ（4°N-4°S，60°-90°E），压力PW和SST TW（8°N-8°S，40° -50°E），压力PE和SST TE（8°N-8°S，90°-100°E），虚线表示500-mb欧米伽垂直运动W5omega;（2.5°N-2.5° S，30°-50°E）和E5omega;（2.5°N-2.5°S，100°-120°E），南印度洋下游部分总风速SIW（4°-12° °S，60°-90°E）;点划线表示SST指数STW（10°N-5°S，45°-55°E）和STE（6°-15°S，90°-100°E）的区域。虚线表示东非沿海的降水指数RON和印度尼西亚的SJB（5°N-10°S，100°-120°E）的区域，东非的虚线四边形包围了雨量站如图2所示。在2005年使用的NCEP-NCAR数据集中，PW，TW，PE，TE的经向区域为7.5°N-7.5°S。更令人感兴趣的是压力PWE = PW-PE和温度TWE = TW-TE的纬向梯度以及SOI（压差Tahiti减去Darwin）的指数。（a）中的纬向垂直剖面中的阴影示意性地表示出了ON中的赤道纬向环流单元。


我们之前对气候异常流通机制的调查可以利用NCEP-NCAR和COADS可用的基准期1958-97年。相比之下，2005年COADS编制还不够充分，因此NCEP-NCAR集合用于高空和表层场地; 因此，指数PW，TW，PE，TE，UEQ和SIW的纬度范围略有不同，详见图1的说明。然而，2005年10月至11月的分析与1958-97 参考期间，均基于NCEP-NCAR数据集。 与之前的研究（Hastenrath等1993; Hastenrath 2000; Hastenrath and Polzin 2003）一样，南方涛动指数（SOI）显示了塔希提岛与达尔文岛气压之差。

同样，虽然信息不足以编制2005年的RON和SJB值，但确保了降雨的一致性。因此，2005年降水量与肯尼亚的两组四个和五个台站的1948-87参考平均值相比较，如图2并列在表1中。

表1. 2005年和2006年3月 - 5月（MAM），ON和9 - 12月（SOND）图2所示各站点的降雨总量（mm）与长期参考平均值1948-87。

图2.肯尼亚雨量计站的定位图，图1中用虚线表示的区域.1948-87和2005年的可用站点位于海岸拉穆（LM），马林迪（马里兰州），蒙巴萨 （MB）和Voi（VO）; 在内高地南纽基（NK），涅里（纽约），梅鲁（ME），恩布（EM）和马查科斯（MK）。


为了说明维多利亚湖的水文情况，从印刷的表格（联合国开发计划署 - 世界气象组织1974）和美国农业部网站（参见http://www.pecad.edu/en/pub/publications/index.html）在线提供有关水位和流量的数据。fas.usda.gov/cropexplorer/global_reservoir）; 另一个相关的是早期的报告（1967年版）。

3. 背景

关于赤道印度洋年循环和气候周期的全面记录，参考了一系列地图集，一本书和期刊文章（Hastenrath和Lamb 1979a，b; Hastenrath和Greischar 1989,1991; Hastenrath 1995， 57-66,186-197; Hastenrath 2000; Hastenrath等2002; Hastenrath和Lamb 2004）。 这里的简要说明应该足够了，重点放在印度洋赤道沿线的纬向环流细胞和东非沿海短时高峰的10 - 11月季节。

在从南半球撤退的北半夏夏季风和南亚地区出现的冬季季风的演变过程中，强烈的表面西风带横扫印度洋赤道地带。西风面驱动东风赤道喷气流，或Wyrtki喷流在上层海域（Wyrtki，1973; Hastenrath和Greischar，1991）。这些西风是大气中赤道纬向环流的表面表现，在印度尼西亚上升运动，对流层上层向西流动，西印度洋和东非地区沉降。这些物质进入地表的西风带，受到强烈的纬向压力梯度的迫使，西部的压力更高，东部的压力更低。赤道纬向环流通道局限于东非沿海短雨季的10月 - 11月核心。图1a和图3示意性地示出了赤道纬向环流单元，图4a-d描绘了长期平均地面和高空气象场。因此，图4a显示了印度尼西亚西部的高压和东部的低压。与图4a一致，图4b展示了强大的西风带，它们横扫赤道地带，夹在南部印度洋南部贸易风的下游部分和北部的初始冬季东北季风风之间。图4c中最引人注目的是印度尼西亚的上升运动和以东非海岸为中心的沉降，赤道纬向环流特征。图4d描绘了赤道地区和东部地区较暖的地表水。

图3. ON 1958-97中图1中环流指数之间的相关关系图。 相关系数在百分之一，在1％水平显着。 阴影示意图说明ON中的赤道纬向环流单元。

图4. ON循环的地图（来自NCEP-NCAR）。 （a），（b），（c），（d）1958-97表示模式，（e），（f），（g），（h）表示2005年与1958-97年的偏离。 （a）和（e）中的地图分别描绘了等值线间距为2和0.2 mb的SLP; （b）和（f）中的地图分别描绘了等距间距分别为2和1 m s-1的风场; （c）和（g）中的地图描绘了等间距为2times;10-4 mb s-1的500 mb垂直运动; （d）和（h）分别描绘了等温线间距分别为2°和0.5°C的SST。

关于年际变率，特别提到了有关最近工作的两份出版物（Hastenrath和Polzin 2004,2005），其中也包含了关于这个主题的其他论文的评论。 Hastenrath等人（1993）记录了赤道印度洋上层水汽对大气的强迫作用，后来的论文也涉及了大气 - 海洋耦合（Anderson 1999; Webster et al。1999; Saji et al。1999; Baquero-Bernal et al。 2002; Lau和Nath 2004），如引言所述。大气可以通过风力压迫海洋。海洋可以通过静水压力（自由大气中的边界层温度和潜热释放）通过海温来影响大气。在良好的发展中，这些耦合可能会合作，正如耦合大气 - 海洋系统中观测到的复杂组分的典型季节演化所证实的那样。因此，观测表明，压力和风力异常先于SST（Hastenrath and Polzin 2005）。一旦到位，SST就可以通过数值模拟实验（Latif et al。1999; Goddard and Graham 1999）模拟大气反馈，然后对其他大气环流过程作出建设性贡献，产生降水异常Hastenrath和Polzin 2005）。

按照审稿人的要求，文献中要注意一些挑战。西部和东部之间没有偶极子/跷跷板（Anderson 1999; Saji et al。1999）;压力，风和SST值异常值之间的滞后关系增值（Anderson 1999; Saji等1999; Latif等1999; Goddard and Graham 1999）;在我们处理耦合系统时，对反馈序列进行了解释（Anderson 1999; Webster等1999; Saji等1999; Latif等1999; Goddard和Graham 1999）;由规定的SST驱动的大气环流模式（Latif et al。1999; Goddard and Graham 1999）本质上不适用于诊断基本过程。
关于在早期工作中获得的循环机制和强迫的发现（Hastenrath等，1993,2004; Hastenrath和Polzin 2004,2005）是紧凑的形式，如图3和表2所示。有关的环流指数详述于因此，表2（在其A部分）列出了1958-97年长期参考期间10月至11月的指示性指数之间的相关性。赤道西风UEQ在印度尼西亚SJB与降水相关 0.79，东非沿海降水-0.85，可以说是这个星球上最强的这种相关性。可能的是，西风浪的UEQ与西部PW的压力呈正相关，与东部PE的压力呈负相关，与纬向压力梯度PWE的相关性更强（即 0.86），而风的相关性则为负相关在南印度洋的下游部分贸易风速高达SIW。对于赤道纬向环流单元的对比，表面西风带UEQ强烈，西部增强（W5omega;），东部上升（E5omega;）。此外，强西风UEQ地表水在西部（TW，STW）异常冷，东部偏暖（TE，STE）。印度尼西亚和东非这些指数与降水的相关性与UEQ与SJB和RON的强相关性一致。作为表2的补充，图3以紧凑的形式说明了系统的各种组件之间非常紧密的并行相关性。同样非常强的是与上层对流层发散的纬向风成分和上层海域的Wyrtki射流的相关性，但是这些并未

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