中国西北干旱区地面感热变化与东亚夏季风北边缘位置和中国夏季降水的关系外文翻译资料

 2022-11-28 15:21:10

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中国西北干旱区地面感热变化与东亚夏季风北边缘位置和中国夏季降水的关系

王慧1 李栋梁1

收到2011年1月25日; 2011年7月20日修订; 接受2011年7月24日; 2011年10月13日发布

[1]中国西北（NW）是中亚典型的干旱地区，其地表感热（SSH）异常对中国的气候和东亚的大气环流影响很大。在本研究中，我们利用气候诊断分析方法，研究了中国西北干旱区的地面感热变化与东亚夏季风（EASM）北边缘与中国夏季降水的关系。我国西北干旱区东部5～9月地面感热与东亚夏季风北界位置存在显著且持续的反相关关系，地面感热输送异常偏弱（强）年，东亚夏季风北边缘位置异常偏北（南），且北边缘带变窄（宽）。夏季地面感热的变化与我国河套、华北及东北地区夏季降水呈负相关关系，与江淮流域夏季降水呈正相关关系。地面感热与季风边缘带区域降水之间相互影响，在季风前期，前者对后者有抑制作用，而到了季风盛期，后者又会抑制前者的发展。夏季地面感热输送异常偏强年与偏弱年相比，在500hpa高度场上，呈现相反的遥相关波列，我国大陆上空由高度负距平异常跃变为正距平异常 ：500 hPa位势高度场与欧亚大陆上空上下层大气环流的遥相关波列结构呈现出相反的遥相关分布。在中国北方上空，垂直速度场由上升气流异常转变为下沉气流异常。这些变化不利于东亚夏季风北边界位置的异常向南移动。

引用文献：Wang, H., and D. Li (2011), Correlation of surface sensible heat flux in the arid region of northwestern China with the northern boundary of the East Asian summer monsoon and Chinese summer precipitation, J. Geophys. Res., 116, D19114, doi:10.1029/2011JD015696.。

1.引言

[2]中国位于东亚（亚洲）季风区。中国东部的雨季始于夏季风的爆发；季风降水向北发展，在七月中旬以后到达最北边界（河套，华北，东北（NE））。随后，雨带与季风一起向南退缩。夏季风的演化和进展对中国的一些重要的天气和气候现象，包括区域性降水，干旱，洪涝，北方沙尘暴等都有深远的影响。由于东亚夏季风（EASM）出现年际波动，每年影响到最北边界位置不同，从黄河上游到中国北方形成一个年降水量年际变化较大的季风边界区域范围 [Xu and Qian，2003]。以前对于东亚夏季风对中国气候影响的研究主要集中在中国南部和长江 - 淮河流域等主要降水地区[Guo, 1983; Shi et al., 1996; Huang and Yan, 1999; Huang et al., 1999a]，但对于北部季风边界地区的降雨的研究较少。 东亚夏季风的两个主要气候系统交互影响：北方气候系统和南季风气候系统。该边界区年降水量为200-450mm [Shi，1996]，所以该地区降水变化的影响更为显着，而且在该区域湿润（干燥）气候条件下，这种边界区域的有（无）降水可以给地区带来干（湿）不同的气候状态。这个季风边界区不仅是半干旱地区，而且是一个气候敏感和生态脆弱的区域[欧和钱，2006]。此外，这个地区容易发生自然灾害[Shi et al., 1994; Huang and Zhou, 2002]。因此，研究东亚夏季风的边界是科学而重要的。

表1.西北干旱区不同时间段地表感热通量与东亚夏季风北边缘位置的相关系数

[3]季风是对海-陆热力差异季节性变化产生的大气相应的结果，因此受到陆地热变化对次有强烈影响。许多研究表明，青藏高原热异常对亚洲夏季风的形成和演化有重要影响[Nitta, 1983; Luo and Yanai, 1984; Huang, 1984, 1985; Yanai et al., 1992; Molnar et al., 1993; Wu and Zhang, 1998]，导致北半球异常大气环流和中国气候异常产生[Zhao and Chen, 2001a, 2001b; Li et al., 2001; Liu et al., 2002; Duan et al., 2003; Zhao et al., 2003; Ning and Qian, 2006; Zhao and Qian, 2007, 2009; Tang and Yu, 2008]。中国西北（NW）是中亚典型的干旱区，夏季特征是地面感热极强; 地表感热的水平甚至超过了一些高原地区。 Huang et al. [2006]等人的研究，Zhou和Huang [2008]指出，中国西北干旱和半干旱地区春季和夏季的地表感热年代际变化是造成我国气候灾害（包括干旱和洪涝）的主要因素之一。Gao[2008]等使用数值模拟实验揭示了西北干旱地区异常地表感热对中国夏季降水的影响。不幸的是，对中国广大干旱地区的地表感热变化和其影响作用的研究还很少。我们分析了中国西北干旱地区地面感热异常对东亚夏季风北边缘位置和中国夏季降水的关系及成因进行分析。我们希望为汛期的旱灾预报提供理论依据，并为中国农牧业过渡带提供环境保护。

2.西北干旱地区地面感热变化的影响研究

[4] 国家海洋和大气管理局（NOAA）遥感卫星观测到1982年至2006年的归一化差异植被指数（NDVI）数据，计算了中国西北干旱地区84个气象站的月平均热传递系数， Ch - INDV参数关系表达式，而不是将Ch作为固定值[Wang and Li，2010]; 然后使用大容量转移方法计算每月的地表感热输送，并与气象站的观测结果进行比较[Wang and Li，2011]。 从中国743个气象站收集了月度降水资料。 雨带分类数据来自中国国家气候中心。 关于东亚夏季风北边界的数据由Huang等提供[2009].

2.1与东亚夏季风北边界位置的关系

[5]在东亚夏季风北边界研究方面取得了重要成果[Tangetal.,2006,2009;Jiangetal., 2006; Hu and Qian, 2007; Huang et al., 2009]。然而，数据和表征方法和陈述的差异导致了夏季风的北边界位置的巨大差异。本次研究使用Huang [2009] 用过程透雨量（即在一次持续性降水过程中，其总降水量达到 20mm）的标准，将全年 4~10 月期间平均出现6 次过程透雨量的区域表示夏季风北边缘，用平均出现 3 次过程透雨量表示夏季风边缘带的北界。来自全国各地的70多个地区插值到0.1°times;0.1°的水平格点。，取每年110°E经线上最接近北边缘位置的纬度值作为夏季风边缘带的北界位置。透雨量标准划分季风区，体现了夏季风以大尺度过程降水形式对我国季风边缘带区域植被特别是农作物的影响作用。

图1. 1982年至2006年，西北干旱地区东部平均地表感热（虚线）与东亚夏季风（实线）北边界位置的变化

图2（a）1982～2006 年平均，（b）感热异常偏强年合成，（c）感热异常偏弱年合成（d）东亚夏季风北边界的位置（虚线为1982-2006年的平均夏季等值线为100毫米，平均线和连续线[6] Wang and Li [2011]的研究表明，考虑到97.5°E作为中国西北干旱地区的边界，东部和西部地区的地表感热在四季都有不同的年际变化趋势。因此本文分别讨论了两个不同的部分。表1中，5月至9月间各期间，中国西北干旱地区东部和西部以及整个西北干旱地区的东亚夏季风北部边界与地表感热输送之间的相关系数。表1明，夏季风北边界位置在这些时期内与西北干旱地区东部的地表感热具有强而一致的负相关关系。具体来说，5月至7月，5月至8月，5月至9月的平均系数均小于-0.70。夏季（6月，7月和8月（JJA））和5月至6月的平均值约为-0.65，5月和6月的系数均接近-0.60。所有这些值超过了1％置信水平。至于整个西北干旱地区，只有5月份的系数和5月至6月的平均值超过了5％的置信水平，而其余的时间段相关性差。虽然该地区西部地区的地表感热输送比东部地区的地表感热输送要强，但与东北地区北部边界的关系较弱。数据显示，西北干旱地区东部沿线南北输送明显受到西北干旱地区东部输送的影响，而西部地区则不受西部地区的影响。

表2. 5-9 月感热异常偏强（弱）年雨带类型及感热距平值

[7]图1清楚地表明，当西北干旱区东部地面感热输送偏强时，东亚夏季风的北边界位置向南移动，反之亦然。来自其他时间段与东亚季风北边缘位置的变化也显示相似的图形（图未示出）。季风雨是季风的重要特征之一;因此，可以使用降水来表征季风。Tang等[2006]指出，与夏季季风相似（夏季季风）夏季季风的近似值为夏季风的最北边界夏季降水等雨量线可以近似表示夏季风的最北边缘线。另一方面，Shi [1996]将中国的季风边界定义为年降水量在200-450毫米（或500毫米）的地区为我国季风边缘带的范围。对全国743个地区月平均降水资料的分析表明，5月至9月份降水量平均占全国降水量的75.1％，是中国北方年降水量的80％以上。因此，我们使用5月至9月的200-400毫米等雨量线的大致区域近似表示夏季风的北部边界位置;具体来说，根据标准，西北干旱地区东部5〜9月份的地表感热异常输送平均值高于或低于2 W / m2（一个标准偏差）年各5年经过整合和分析，以研究其地面感热的异常变化与夏季风北边缘带南北位置的关系。1982年，1991年，1997年，2005年，2006年这5年具有异常强大的地表感热，1985,1988,1992,1994和2002这5年地表感热异常弱，。气候异常分析的目标价值为2W / m2，不利于降水[Nagura and Konda, 2007].。

图3.西北干旱区夏季地表感热与中国夏季降水之间的相关性（阴影区域在0.05置信水平下统计学显著;实线表示正相关，虚线表示负相关）。

表5五月至九月（H5-H9）西北干旱区东部地表感热与5〜9月份河套和华北地区降水的相关性（R5-R9）超出字符数上限

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[8] 图 2 给出了1982～2006 年 5～9 月多年平均降水分布（图 2a）与西北干旱区东部 5-9 月地面感热异常偏强年和偏弱年合成的同期降水分布（图 2b 和 2c）。通过比较图2b和2a，可以看出，当西北干旱地区东部偏弱年100 mm、200 mm和400mm等雨量线比平均位置均明显偏北，并且夏季风北边界位置明显变窄。此外，图2c和图2a显示，当该区域存在弱地表感热时，100 mm，200 mm和400 mm等值线都明显向北移动，夏季季风北部边界带变窄。图2d清楚地表明，当西北干旱区东部的夏季平均地表感热输送异常强烈（弱）时，东亚夏季风的北部边界位置向南偏北。在异常地表感热期间，河套地区和华北地区呈现夏季季风北部边界地区很明显的移动（图2）。这些观察结果表明，感热偏强（弱）年我国的等雨量线位置会偏（北），即东亚夏季风北边缘带将会异常的偏南（北），这也就正好验证了我们前面的结论。表2列出了5月至9月期间感热异常偏强的雨型类型情况。这些数据似乎揭示了一种感热异常强导致II型或III型雨带（即集中在长江流域或华南地区的降雨）的模式，而感热非常弱导致I型雨带（即降雨量集中在中国北方）。然而，III型雨带也出现在弱地表感热的几年中，这可能由于副热带高压的西伸偏北。这种变化导致中国北方和南方的双雨带，这与夏季季风北边界向北或南移的中国雨带类型分析一致[Huang等2009]。

2.2中国夏季降水相关分析

[9]中国夏季降水年代际变化明显。1976年气候发生变化明显，自1977年以来，中国北方夏季降水和持续干旱大幅度减少，长江 - 淮河流域降水持续增加，洪水频繁增加[Huang et al., 1999b; Zhou and Huang, 2003]。此外，这些研究表明，中国干旱区地面感热的异常变化对此影响重大。如上所述，在感热异常强（弱）年份，东亚夏季风北部边界区域往往向南（北）导致降水较多的向南（北）。因此，检验了夏季感热通量与超过700个地点的夏季降水场的相关性（图3）。如图3所示，河套地区（河套地区位于黄河相邻盆地形状及“Л”地区），华北，东北中国和长江以南地区总体夏季降水量和地表感热变化呈现负相关，但长江 - 淮河流域和高原地区两者呈正相关，可以推广为“正 - 负（ - - ）”模式从南到北。在河套、华北西部地区和江淮流域部分地区，两者的相关关系通过了 0.05的信度检验，河套大多数地区的1％的信度检验。

[10]表3显示了西北干旱地区东部的五月至9月份地表感热（H5-H9）与河套地区和华北地区的五月至九月降水（R5-R9）之间的相关性。在1982年至2006年期间5月至9月平均地面感热与河套、华北地区同期降水通过 0.01 信度检验的20站（景泰，靖远，渝中，临洮，那仁宝力格, 达尔汗联合旗,呼和浩特，鄂托克旗, 东胜,阿拉善左旗, 银川, 中宁, 盐池，吴旗,横山, 海原, 同心, 固原, 环县,兰州）月降水量，并求各月平均。如表3所示，西北干旱区东部的地表感热在相应时期在河套地区和华北地区呈现出最强的负相关（所有值在1％置信水平均有效）。 6月份相关系数最高（-0.871）。另外，五月份的地表感热与六月份的降水之间以及八月份的地表感热与七月份的降水（1％的置信水平）之间发现了一个良好的负相关。这些结果表明，在夏季（5月），对应于季风的开始，西北干旱地区东部的地表感热阻碍了后期的降水。另一方面，在季风（七月）高峰

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