中国西北春季和夏季感热通量的年代际变化差异外文翻译资料

 2022-11-25 15:09:58

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中国西北春季和夏季感热通量的年代际变化差异

ZHOU Lian-Tong

摘要：

本研究利用1960年至2000年的观测资料，研究西北地区春季和夏季明热通量年代际变化的差异。发现从20世纪70年代末到90年代，西北地区春季明感热通量比20世纪60年代到70年代中期的明显增加。到20世纪80年代后期到20世纪90年代，夏天的感热量通量比20世纪70年代初至80年代早期升高。 20世纪70年代末，西北地区的春，夏季温差均呈明显上升趋势。20世纪70年代后期，春季和夏季的地表风速均有明显减小。在夏季地表风速的变化对夏季感热通量的年代际变化起到相当重要的作用，同时空气温差的变化对于春季显热通量的年代际变化更为重要。这个差异与平均陆-气温差和地表风速的季节变化有关。进一步分析表明，西北地区春季地表温度的上升与地表净辐射增加有关。

关键词：感热通量，地-气温差，地表风速，地表净辐射

1 引言：

以前的研究表明了地表条件对亚洲夏季风的影响(Yeh 等, 1984; Yasunari等, 1991; Meehl, 1994; Vernekar等, 1995; Douville and Royer, 1996; Yang and Lau, 1998; Wu and Kirtman, 2007)。这种影响的一个决定因素就是表面感热通量。 西北地区是一个强表面感热通量的区域（周，2009）。观察到的感热通量约为400W·m -2，比潜热通量大50倍（张等，2003）。该地区表面显热通量的变化可能对当地和偏远的气候变率有重要影响（黄等，2002）周和黄（2008）指出，西北地区春季表层明感热通量的变化可以影响东亚的夏季降水。 因此，对西北地区表面感热通量的变化进行记录十分必要。

近年来周和黄（2008）明确指出中国西北地区春季和夏季表面感热通量存在低频变化。 周和黄（2006）发现，中国西北地区的空气温差有明显的年代际变化。 徐等 （2006）指出表面风速变化的明显变化。 本研究的目的是研究西北地区表层明感热通量的年代际变化，以及地-气温差和地表风速的贡献。

2 数据和方法

目前的研究使用了四种日观测资料(0200LST, 0800 LST, 1400 LST, and 2000 LST)中国西北38个测站的地表温度、地表气温和地表风速（107°E和35°N）。38个站的分布如图1所示。 这些观测涵盖了1960 - 2000年期间的数值。这些测站的数据由中国气象数据中心提供。 表面显热通量使用以下公式计算：

S是地表感热通量，c p =1004.67 Jkg minus;1·K-1大气比热rho; =1.2928 kg m minus;3地表空气密度，C h =2.10 0.92times;10 minus;3 (周等,2009)空气热阻力系数，V地表速度（10m），Ta地表大气温度（2m）Ts地面温度。日平均通量由四日平均通量的平均值计算得。季节平均通量春季（3-5月）和夏季（6-8月）计算得。由于较高的表面显热通量对气候变化的影响，选择春季和夏季进行研究（黄等，2002; 周和黄，2008）。 西北地区的平均值是指38个站点的平均值。 根据1961-90年间的气候学情况计算出异常情况。

本研究中使用的净短波辐射和表面净净长波辐射的测量来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）40年再分析（ERA-40） 数据集（Gibson等，1997; Uppala，2002）。

3 结果

图2显示了西北地区春季和夏季平均表面明感热通量异常。图2同时画出 5年连续方法（曲线）和表示低频变化（趋势）。 20世纪60年代，春季地表感热通量较低，在20世纪70年代和80年代较高，20世纪90年代中后期（图2a）较高。总体而言，分析区间的春季通量呈上升趋势。 20世纪80年代后期至20世纪90年代中期，夏季感热通量以降低为主，20世纪70年代初至80年代初期的大多数年份较高，1960年代中

图二 时间序列（a）春季（MAM）和（b）夏季（JJA）感热通量异常。数值为中国西北38个站点的平均值（单位：W`M-2）曲线由五年平均值绘制。气候变化基于1961-90年月平均值

期较低（图2b）。最显着的变化是20世纪80年代初的感热通量大幅度下降。 这些数据显示，在20世纪80年代末到90年代，春夏季感热通量异常趋势趋相反。

图3感热通量主要由表面风速和地-气温差决定。 为了解感通量变化，图3（a-d）显示了中国西北部的春，夏季陆地-气温差异和地表风速异常情况。 图3中主要反应有三个要点。 首先，空气温差和地面风速异常表现出与春夏两季有相似的低频变化。其次，地-气温差和地面风速的低频变化方向相反。 20世纪60年代和70年代的地-气温差异较小，20世纪80年代和90年代

图三 时间序列（a，c）和地-气温差（单位：摄氏度）（b，d）地表风速（单位：m·s-1）春季（MAM）和夏季（JJA）。数值是中国西北38测站平均值。曲线由五年平均值绘制。气候变化基于1961-90年月平均值

（图3a和3c）更为显著。变化趋势可能与近几十年地表加热的热量获取有关（例如，王 and Gaffen, 2001;刘等, 2004) 相比之下，20世纪80年代和90年代，地面风速比1960年代和70年代有所降低（图3b和3d），这与以前的研究一致（例如，许等，2006）。第三，20世纪70年代后期，地-气温差和地表风速都出现明显的年代际变化，这与20世纪70年代末北半球许多热带和中纬地区观测到的年代际变化一致(例如,Nitta和Yamada, 1989; Trenberth和Hurrell, 1994) 以及东亚 (例如, 吴和陈, 1998; 周和黄, 2003) 这表明西北地区的气温变化可能是气候变化的一部分。

春季和夏季地-气温差和地面风速的低频变化相似，春夏季的感热通量的低频变化不同。 比较图 2， 3表明春季感热通量的上升趋势对应于陆空温差，而1980 - 90年代夏季感热通量的下降趋势与地面风速趋势一致。

图四 气候月平均值（a）地-气温差（单位：摄氏度）和（b）地表风速（单位：m·s-1）（c）春季陆地空气温度异常乘以表面风速的气候月平均值（单位：C°·m·s-1）和（d）夏季地表风速异常乘以气温月平均值的大气温差（单位：C°·m·s-1）数值是中国西北38测站平均值。曲线由五年平均值绘制。气候变化基于1961-90年月平均值

春季，1960年代，80年代，90年代，地-气温度差异对表面热通量异常有显着贡献。表面风速对20世纪70年代初期的显热通量异常有重要的影响。在夏季，20世纪70年代至90年代，地面风速对感热通量异常有显着贡献。1970年以前，温差似乎更重要。温度差异在1980年左右也是很重要的。总体而言，风速在确定夏季明热通量的年代际变化中发挥了较为重要的作用，而温度差对春季来说则更为重要。

春季和夏季地表热通量异常中，陆地气温差异和地表风速的不同作用与平均风速和温差的季节变化有关。在夏季，平均温差大（图4a），风速异常导致显热通量大幅度变化。风速的贡献可见图2. 4d。 春季平均风速较高（图4b），因此温差异常引起显热通量大幅度变化。 温度差的贡献可以在图4c中清楚地看出。

春季，陆-气温差对感热通量的影响占主导地位。因此分析地表气温和地表温度变化显得十分重要。图5a和5b分别显示出中国西北地区的弹性下垫面空气温度和地表温度。地表气温和地表温度显示出类似的年际和年代际变化。相比之下，地表温度异常的数值大于地表气温异常。因此，地表温度在春季显热通量的年代际变化中发挥了重要作用。

图6 时间序列春季（MAM）（a）地表大气温差（单位：摄氏度）（b）地表温度（单位：摄氏度）和（c）地表净辐射（单位：W`M-2）。数值是中国西北38测站平均值。曲线由五年平均值绘制。气候变化基于1961-90年月平均值

地表温度的年代际变化趋势上看与表面净辐射的变化一致（图5c）。 这里，表面净辐射是从中国西北地表净太阳辐射与地表净波长波辐射的差异得到的。 20世纪80年代和90年代的净辐射趋于比20世纪60年代和70年代更大。 这表明地表的净向下辐射导致陆地表面温度的升高，从而提高了表面显热通量和表面空气温度。

4 小结和讨论

本文分析了西北地区春季和夏季感热通量年代际变化的明显差异。1960 - 2000年期间春季感热通量呈上升趋势，而1980年代中期夏季感热通量大幅下降。

20世纪70年代末，陆地气温差异和地面风速显示明显的年代际变化。春季和夏季变化的方向相似，但温差和风速变化方向相反。 结果表明，风速在夏季感热通量的年代际变化中发挥了较为重要的作用，而春季则是气温差异更为重要。春季陆地气温差异的增加与西北地区地表温度升高有关。后者可以从表面净辐射的增加推断出来。

虽然本研究集中在西北地区表面感热通量变化，但确定的变化可能不是孤立的现象。近几十年来，西北地区的地表温度升高可能是更广泛的表面变暖的一部分，如以前的研究所证明的（例如王和Gaffen，2001; 刘等，2004）。中国许多地区也观察到了地表风速的下降（徐等，2006）。这表明西北地区观测到的变化可能与东亚季风的年代际变化有关（吴和陈，1998）和北太平洋的大规模流转变化（Trenberth和Hurrrell，1994）。表面感热通量变化也可能影响东亚季风降水。例如，周和黄（2008）提出，西北地区春季表层感热通量对东亚夏季降水有重要影响。需要进一步研究，了解西北地区表面感热通量变化与东亚其他地区变化之间的联系，并了解东亚季风变率的影响。

致谢

作者感谢COLA博士吴仁光博士的建议性意见，并对我的手稿进行了有益的修改。 作者赞赏两位匿名评审员和编辑的意见，让这份手稿改善不少。这项研究得到了国家自然科学基金（授权号40730952），中国国家基础研究计划（批准号：2009CB421405），第三期知识创新计划，中国科学院 No.KZCX2-YW-220）和IAP07414。

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