中国东部夏季降水年代际变换与海表温度有关吗？外文翻译资料

 2022-12-10 16:12:47

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题 目：中国东部夏季降水年代际变换与海表温度有关吗？

中国东部夏季降水年代际变换与海表温度有关吗？

金昙昊

英文原文：Dong Si and ZengZhen Hu and Arun Kumar;Is the interdecadal variation of the summer rainfall over eastern China associated with SST?;Clim Dyn ,46:135–146,DOI 10.1007/s00382-015-2574-5,2016

摘要：本研究分析了中国东部夏季降水(IVRC)的主要特征及与海面温度(SST)的可能联系。我们注意到，第一个主要的IVRC模式(占总变异量的近一半，夏季降雨异常在华南地区的最大负荷)可能不是由SST造成的。另一方面，第二和第三种主要模式占总方差的17.1和13.6%，主要与长江流域(YRV)和华北的夏季降水异常有关，在一定程度上是由SST异常造成的。这些观测结果得到了由观测到的SST所强迫的大气环流模型(AGCM)模拟。通过消除内部动力过程驱动的降雨，仿真结果表明，在相应的整体中，特别是在YRV和华北地区，特别是中国南部地区，仿真结果进一步增强了IVRC的整体强度。这就暗示了SST在不同地区驾驶IVRC的不同作用。

关键词：年际变化 中国东部夏季降水 SST AGCM 大气内部动力学

1介绍

随着气候模型的观测记录长度的增加和快速发展，对20世纪的代际变化的理解，特别是对20世纪的代际变化的理解，已经有了相当大的提高。例如，20世纪70年代末，一个显著的代际转变被观察到。大量研究表明，这种代际转变可能与热带太平洋海面温度(SST)(gra-ham et al-1994)有关。自上世纪70年代末以来，热带东部和中部太平洋的SSTs增加了，而太平洋的北美(PNA)的远程连接模式在同一时间(Nitta和Nitta 1989)也有了力量。由观察到的SST所迫的大气环流模型(AGCM)再现了20世纪70年代末北半球(NH)大气环流的代际变化(格雷厄姆1994)，这表明SST在气候变化的气候变化中扮演着重要的角色。现在已经确定的是，NH和热带太平洋地区的大气环流之间的相互作用之间的联系主要是热带中纬度的远程控制(1990年，Trenberth和赫雷尔1994;gra-ham等1994)。

在区域尺度上，受NH大气环流影响较大的中国东部气候也呈现出显著的代际特征。例如，中国东部的气温和降雨量有明显的10年(10-14年)和10年(40-40年)的时间尺度变化(王等人等)。此外，中国东部的夏季降水也发生了20世纪70年代末(胡锦涛1997)的重大变化，以及20世纪90年代初和60年代中期的额外变化(丁等人2008年，吴等人2010年)。20世纪70年代末的显著变化是，长江流域的夏季降雨量增加(YRV，28-32，100-122 E)，而中国北方的下降(Nitta和胡1996年，胡1997)。Nitta和胡(1996)和胡(1997)强调了全球SST的贡献，特别是在热带的西太平洋和印度洋上的这一代际变化。张等(2000)还指出，热带太平洋地区的SST在20世纪70年代末的西太平洋次特高和降雨量的变化，可能是其变化的原因。

中国东部的另一种代际转变发生在1992年至1993年。吴等人(2010)注意到，在1992年至1992年期间，中国南方的夏季降雨主要经历了一种明显的代际变化:在1980-1992年(1993-2002)期间，降雨量低于(高于)正常水平。吴等人(2010)指出，这种代际差异仅在赤道印度洋上受到SST的影响，而不是在热带太平洋。然而,最近,Si与丁(2013)认为,SST冷却在热带太平洋中部和东部,与青藏高原变暖,增强了陆地热对比度和加剧了东亚夏季风,这可能是负责在夏季降水年代际削弱YRV在1990年代末。

很明显，与SST的变化的联系仍然存在争议(Nitta和胡锦涛1996;胡1997;张等2000;丁等2008;吴等2010;Si和2013)。在这项工作中，通过对观测数据和模型模拟的分析，我们进一步研究了IVRC和SSTs之间的联系。这项研究的组织形式为“低水平”:在第2部分中描述了AGCM、数值实验和数据集。第3节讨论了IVRC的主要特性以及它们与SST在观察中的关联。通过国家环境中心预测(NCEP)AGCM对IVRC和SST的模拟，在第4节给出了仿真结果。

在第5节中提供了一个讨论和讨论。

2模型、实验和数据描述

该研究中使用的模型数据来自于大气模型间比较项目(AMIP)-类型模拟。模型模拟来自于NCEP气候预测系统版本2(库玛等人2012年，Saha等人的2014年)的大气组合(全球预测系统:GFS)。在GFS的子网格物理过程中，一种简化的Arakawa Schubert深对流和浅对流，包含了一种更新的质量流量方案。AGCM有64个垂直水平(从表面到0.26 hPa)，在一个混合的sigma压力坐标和T126(105公里的网格间距)的水平上的改变。

AMIP实验由1957年1月1日开始的18个不同的大气初始条件组成。对于每一次运行，相同的观察到的SST、海冰和观察到的时间变化的温室气体浓度被规定为外部压力。AGCM从1957年到2013年被整合。模拟夏季(6-7-8月)降水在中国东部地区从个体AGCM成员中进行，并对其整体均值进行了研究。

从1957年到2013年，由中国气象局(CMA)提供的每月平均降水量数据，包括160个站的信息，其中我们选择了位于中国东部的138个监测站(东部100个)。中国160个车站的地理位置相对均匀分布，特别是在东部地区(见胡锦涛等2003年，图1a)。此外，所观测到的月平均SST数据被用来检查与全球SST的可能的IVRC的关联。SST油田是由国家海洋和大气管理/国家气候数据中心(史密斯和雷诺兹2004年)在1957-2013年期间扩展重建的SST数据中心(Smith和Reynolds)。

为了隔离10年的代际变化，采用了15年低通滤波器，应用于观测和模拟降雨数据(曼恩等人1995年)。摘要采用低通滤波的降雨数据，与总降雨量数据的方差和经验正交函数(方差)分析进行比较。

3 分析IVRC

3.1方差和IVRC的主要模式

在我们讨论中国东部地区(IVRC)的年代际变化之间的差异之前，我们对中国东部地区的跨年代际变化及其相对强度进行了一些分析，并对中国东部地区夏季降水的相对强度进行了分析。图1a显示了中国东部的夏季(6月、7月、8月:JJA)的总方差，从观测到的空间站数据得出。最大的夏季降雨量分布在华南地区(20-26-N，106-120 E)，YRV和淮河流域(32-35 N，110-122 E)，而华北地区(35-40，110-120)和东北地区(40-50，120-130-E)的方差相对较小。图1b是跨年组件的cor重构方差。最大的年际降雨量变化在中国南部和中部和下游地区。为了量化十年期时间尺度变化的相对强度，代际间的比率

图1的总(a)和十年期(b)的方差夏季(JJA)在中国东部的降雨数据和十年期成分方差的比值中国东部地区夏季降雨量(c)的变化。mm 2在(a，b)和%in(c)

图1c显示了方差的方差。那超过25%的比例位于中国南部，中部。在淮河流域，淮河流域中国，东北和内蒙古，暗示着这些区域间的相互作用的重要性。揭示空间模式和时间的变化该分析被应用于15年的低水平——经过过滤后的夏季降雨异常。三个主要模式及其对应的主要组件(pc)如图2所示。他们的账户是44.6，17.1占总方差的13.6%。accumu -前三种模式的l方差为75.3%在总代际差异中，这意味着前三个模式代表了IVRC的主要部分。

对于第一个模式(EOF1)，它是由中国南方的变化，而相反的变化在中国北方(北纬30度)。

的共同响应PC(PC1)表现出显著的跨年性变化性:从60年代早期到70年代和早期20世纪90年代到21世纪初，从20世纪80年代到早期20世纪90年代和2000年代中期到2010年初。

年代际20世纪90年代初在PC1上的变化是与之相一致的吴et al。(2010)。他们注意到夏季的降雨中国南方从低于正常水平到正常水平约1992/93。

EOF2主要反映了YRV的代际变化。在PC2中有两个显著的突变阶段。一个是在20世纪70年代末(从负向正)另一个是在20世纪90年代末(从积极到消极)。那前突然相变与时间重合全球大气中重要的代际变化——海洋系统(格雷厄姆1994;Nitta和Nitta 1997;1997年)和东亚(例如Nitta和胡锦涛1996年;1997年，张等2000;龚和浩2002;丁等。2008)。后一阶段的过渡指的是夏季YRV的降雨量减少了，但是增加了上世纪90年代末，淮河流域和中国南部，

与Si等人(2009)、Si和Ding(2013)一致。与PC1相比，PC2具有更高的频率。作的,随着时间的推移，PC2的振幅随着时间的增加而增加。可能暗示着一种日益加剧的代际变化趋势夏季降雨量超过YRV。

EOF3有小的空间加载和小的分数(13.6%)的总方差。一些积极的负载,在YRV上，有一个是负的，另一个是负的中国东部的部分地区。

图2在中国东部的一个15年低通过的夏季(JJA)降水的三种模式模式的空间模式。它们对应的时间系数在1957-2013年间

3.2 IVRC -海温的关系

在这一节中，我们研究了在观测中，IVRC和SST的三种主要模式之间的可能关系。图3显示了夏季降雨和春季全球SST异常之间的相关性(3月、4月、5月:老妈)。对PC1而言，相关性似乎与太平洋上的10年振荡(PDO)的负相关联，但所有相关系数都不显著。这表明，IVRC的EOF1可能不受SST异常的代际变化的影响，相反，它可能是由大气内部动力学驱动的。这一假设将得到进一步的验证，并通过在sect.4.2中讨论的模型模拟分析得到验证。

对于PC2，这种相关性是南半球(SH)的一种类似于“摇摆”的模式，它与南极区域呈正相关，而在SH的中纬度则为负一，这可能表明该模式的演化与南极地区的变异性(AAO)有可能的联系。事实上，南和李(2003)指出了YRV的AAO指数与夏季降雨异常之间的正相关。从统计学上来说，AAO的正相位随后被削弱的东亚夏季季风，向西，并加强了西北太平洋的副热带高压，同时增加了水蒸气的聚集和上升的垂直速度。这些异常提供了大范围的大气循环和蒸汽条件，有利于超过YRV的高于正常的降雨，反之亦然。认为与可能作为大气桥链接interdec-adal YRV夏季降雨量的变化(EOF2 IVRC)和海温异常seesaw-like SH。此外,也显示了一个El Nino-like模式的相关性在热带太平洋,虽然相关性弱于SH。这意味着EOF2 IVRC也可能与ENSO的年代际变化在某种程度上。

至于PC3，在印度洋-太平洋和南大西洋有正相关，这表明这些区域的SST可能会影响IVRC EOF3的演化。之间的关系1000 hPa geo-potential高度场和海温指数年代际尺度过滤印度洋和南大西洋海洋(0°-70°S 60°w - 180°E)(图未显示)表明,在应对气候变暖在印度-太平洋地区和南大西洋海洋、位势高度增加,异常anti-cyclonic流通形式在中国北方,配置和符合负该地区降水异常(底部面板在左,图2)。

图3 1957 - 2013中国东部地区降雨与全球SST在春季异常之间的相关性时间系数三种主要模式（15年低通滤波夏季环流)

4.1主要的IVRC模式

为了研究IVRC受SST强制影响的程度，我们使用观察到的全球SST所强迫的AGCM模拟来补充基于观测结果的结果。为了提取模型中模拟的IVRC的主要模式，从18个单个集合成员的时间序列被连接到一个单一的时间序列，然后将常规的分析方法应用到连接数组中。

每一种模式的派生PC将包含18个连续的连续时间进化，由18个单个模拟模拟的每一种模式的时间演化。在图4中，每一个模拟的pc都显示为薄的曲线，而粗实曲线则是18个成员的pc的平均值。

图4 15年模式的三种模式的空间模式低通过滤夏季(JJA)降水在华东地区模拟通过NCEP AGCM和它们相应的时间系数1957 - 2013。这条细长的曲线代表了18个成员的corre。

时间系数和厚实曲线是合奏平均每个18个成员对应的时间系数EOF模

表1用于15年低通的过滤夏季(JJA)由NCEP模拟的中国东部降雨的空间相关系数(EOF1，EOF2和EOF3)

带“*”的数据是显著性水平99%以上的

AGCM(图4)和来自观察到的数据(图2)图4显示了IVRC的三个主要模式，以及模型模拟的相应pc。对于EOF

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