中国北方夏季降水减少与大气环流异常之间的关系外文翻译资料

 2022-12-11 20:20:54

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

中国北方夏季降水减少与大气环流异常之间的关系

郝立生，闵锦忠，丁一汇

摘要：根据国家环境预报中心/国家大气研究中心的再分析资料(NCEP/NCAR)和中国国家气候中心的夏季降水资料(NCC),利用趋势分析和综合分析方法,对华北地区夏季降水的减少和北半球环流变化之间的关系进行了研究。结果表明,华北地区夏季降水有显著减少的趋势,尤其在1965年发生了突变。北半球500 hPa大气环流的经向环流显著改变，1965年之后,明显的纬向环流改变,导致上层槽活动减少,以致降雨天气过程引起的上升运动的槽明显减少。500 hPa高度场中，蒙古地区的气温下降,导致低对流层压力增加,使得低压活动明显减少，因此使华北降雨天气过程减少。同时, 500 hPa空气温度降低导致对流层上层位势高度降低,导致高空高压向南偏移,东亚夏季风减弱,对水蒸气跨越长江流域和华北地区的运输是很困难的,同时对南方的夏天季风降雨区域有所影响。北半球环流的变化与华北地区夏季降水的减少有很好的相关性。

关键字：华北、夏季降水减少、大气环流异常

  1. 引言

自60年代末以来,华北地区夏季降水呈显著减少的干旱趋势[1]，尤其是70年代更明显,水资源的紧张对当地工业、农业生产和居民的生活有很大的影响。近期由丁和张[2] 的研究表明, 导致中国北方夏季降水的显著变化发生在70年代。徐等[3]通过分析1951 - 2007年我国北方86个站夏季降雨量的数据表明，华北地区夏季降水自1965年以来大幅减少。在70年代早期，虽然华北干旱的趋势有所缓解，但是到70年代末，干旱持续加强并扩展，80年代末和90年代初，干旱有所中断，中国北方降水增加，在90年代早期,华北地区降水大幅减少,干旱恶化。

华北地区夏季降水减少的原因及其未来趋势被科学家和政府广泛关注，通过分析1965年左右华北地区一个气候夏季降水的突变,黄等[6]指出，60年代中期这样的气候突变是由于热带太平洋东部表面温度增加。张[7]认为,华北地区夏季降水减少与西太平洋副高异常有关。在研究在青藏高原积雪和中国夏季降水之间的关系方面，彭等 [8]认为在70年代末年代际积雪和华北夏季降水之间的相关性良好,呈负相关的趋势。在数值模拟方面的研究，朱[9]进一步证明了西藏,积雪较多的高原将导致青藏高原热源减弱,这种影响持续到夏季,导致东亚夏季风减弱，因此,导致“南方洪水和北方干旱”的情况发生在中国，使得中国北方更加干燥。余等(10、11)发现, 自80年代末以来,在夏季，对流层上层空气温度的下降导致了中国北部夏季降水的减少，中国长江流域的增加。更多的研究表明, 华北夏季降雨量的减少与夏季东亚季风的减弱密切相关 [12 - 17]。

尽管许多学者研究了华北夏季降水减少的原因，但是华北夏季降水减少的原因和影响因素仍不确定,因此进一步的调查是非常必要的。这里我们将研究自1965年来导致华北夏季降水发生突然变化的因素，通过比较分析的方法研究北半球大气环流的变化。

  1. 数据和方法

本研究的数据有两个来源。中国国家气候中心提供的1951 - 2008年夏季华北地区20站降水数据(图1)。1951 – 2008年大气环流数据来自美国国家气候中心/国家大气环境预测研究中心(NCEP / NCAR再分析月数据)，水平分辨率为2.5°times;2.5°, 从美国科罗拉多州气候诊断中心提供的NOAA-CIRES数据,http://www.cdc.noaa.gov/[18] 。

图1 华北地区站点的空间分布

中国华北地区的夏季降水异常变化通过趋势分析, Mann-Kendall检验。对高度场、温度、压力和风力等大气环流进行异常分析。

  1. 华北地区夏季降水的变化

首先,分析华北地区1951 - 2008年期间夏季降水的变化 (图2)。图2表明,夏季降水量年际变化很大，且反映出明显的年代际变化、趋势曲线改变的特性。采取最低降水量为节点,华北地区降水可以分为三个主要的阶段,即1951-1969、1969-1983,1983-2008年，是平均降雨量逐渐呈下降趋势的三个阶段。降水变化进行线性分析通过95%的显著水平,表明线性下降的趋势显著,在近58年降水量下降,平均每十年减少14.9毫米。

然后,我们分析华北地区夏季降水是否有突变。Mann-Kendall检验能很好地描绘突变情况,并且它可以确定时间上的突变。此处我们将使用这个方法调查在华北地区夏季降水是否有突变。图3是Mann-Kendall测试的结果。我们可以找到突变发生在1965年,此后华北地区夏季降水明显减少。

图2 1951-2008年华北夏季降水变化 (细实线是年际变化,粗实线是11点滑动平均后的降水量)

图3华北地区夏季降水的Mann-Kendall检验(实线为C1,点线为C2,虚线为95%的显著水平)

  1. 环流变化

降水与水汽条件(夏季季风水汽运输),上升运动条件(低层为低压,中层为槽,上层则为高压)和夏季季风的强弱密切相关。由于华北地区夏季降水减少突变发生在1965年,我们以1965年为分界线。然后我们进行比较分析1951-1965年和1966-2008年500hPa高度场,温度场,850hPa风场和海平面压气压场的变化与华北地区夏季降水减少之间的关系。

4.1 500 hPa位势高度场的变化

500 hPa高度场槽脊活动常常起到引导的作用,因此能造成更多降水天气过程。要了解1965年之后环流变化,我们比较分析了1951-1965年和1966-2008年夏季500hPa高度场(图4)。

图4 夏季500hPa高度场的区别 单位：gpm （a）1951-1965年高度场距平 （b）1966-2008年高度场距平

由图4(a)可以看出，1951-1965年期间，北极地区表现为高度场正距平，说明极涡较弱。北欧大西洋沿岸负距平,乌拉尔山正距平,贝加尔湖青藏高原一带负距平,所以北欧,乌拉尔地区和中亚形成一个“-, ,-“的欧亚遥相关型，表明欧洲长波槽和贝加尔湖到青藏高原的槽更深,乌拉尔山附近的脊更强。这种分布会导致经向环流的加强。因此,贝加尔湖附近的槽会由正常偏西风向偏北风转变，因此，有利于华北地区提供更强的上升运动。图4(b)则与图4(a)相反,但异常值明显变小。北极地区负距平则表明夏季极涡更强。欧洲海岸的正距平，北大西洋,乌拉尔的负距平,和贝加尔湖到青藏高原的正距平,形成一个“ 、-、 “的欧亚遥相关型、表明欧洲长波槽和贝加尔湖青藏高原的槽偏浅、乌拉尔山的高压脊偏弱。这种槽脊的分布会使环流的经向度减弱。因此,造成的华北地区向上运动的贝加尔湖槽已显著减弱。因此，通过欧亚地区距平场的配置可以看出，在夏季500 hPa高度场中,欧亚地区的变化会影响东亚纬向指数环流,改变在蒙古和黄河区域槽脊活动的频率和强度,然后影响华北夏季降水。

4.2 500hPa温度场的变化

气温的上升和下降不仅会影响对流层低层的气压，还会影响高空的环流。接下来,将会对500 hPa(图5)温度场进行对比分析。由图5（a）可以看出北大西洋亚热带地区正距平,高纬度地区从北大西洋到欧洲、北美海岸为负距平,欧洲高纬地区正距平,乌拉尔山脉较小的正距平,我国西北地区和黄河流域为正距平。这表明在1951-1965年500hPa夏季温度在在蒙古和黄河地区气温较高,导致对流层较低压力降低,在黄河流域产生更多的低压天气过程活动, 因此导致降水的增加。气温较高的地区对流层上层位势高度升高,导致该地区南边压力梯度减小,北边压力梯度增大,使上层西风急流偏北, 那么华北地区夏季季风降水增加。图5(b)与图5（a）相反,但是距平值要比图5（a）小。从蒙古到黄河流域负距平表现为强度大,分布地区广泛。因此在1966-2008年蒙古地区空气温度显著降低，在500 hPa这一层中,空气温度下降导致了该地区对流层低层气压上升,导致低压活动和降水天气过程减少,从而减少降水。同时,对该地区对流层上层位势高度降低,导致该地区南边压力梯度增加,北边压力梯度减少,导致上层西风急流偏南,那么南方夏季季风降水增加。

图5 夏季500hPa温度场的区别 单位：摄氏度 （a）1951-1965年温度场距平 （b）1966-2008年温度场距平

4.3 850hPa风场的变化

850hPa风场在夏季在输送水汽方面作用很大，能够显著影响到降水，下面将对850hPa风场进行比较分析(图6)。

通过分析图6(a)与图6(b),发现印度夏季风从西向东吹。对1966-2008年和1951-1965年风速进行比较,发现印度夏季风风速几乎没有差异,与印度夏季降水减少的趋势是保持一致的。东亚夏季风主要由南海向华北和东北吹。图6(a)表明, 1951-1965年东亚夏季风和印度夏季季风风速差异不大，从南部一直影响到我国东北地区。除此之外,在蒙古地区存在一个明显的气旋性环流,产生的风在黄河流域附近辐合。图6(b)和图6(a)明显不同。首先,东亚洲夏季风风速跨越北纬30度后显著下降,这说明由于风速太小，夏季风无法越过长江到达我国华北和东北地区，1966-2008年产生的风速辐合发生在长江流域。因此,1951-1965年，华北地区多雨的原因是大量的水汽通过东亚夏季季风运输并且在黄河流域辐合, 在1966-2008年，长江流域夏季多雨的原因是东亚夏季风在该地区产生了辐合，所以两个不同地区的降水原因不同,因此1966—2008年华北地区少雨可能是缺乏大量的水汽来源，并且黄河流域地区风向辐合减弱。

为了进一步分析850hPa风场异常改变情况,我们分别计算了1951-1965年和1966-2008年的水平风速和多年平均的差值，如图6(c),图6(d)所示。图6(c)表明,印度夏季风没有异常的变化,但东亚夏季季风呈现一个明显的南风异常,蒙古地区的气旋环流，在黄河流域北部形成明显的风向符合，西北太平洋则为较弱的反气旋环流。图6(d)与图6(c)基本上是相反的。也就是说,印度的夏天季风没有异常变化,但东亚季风带出现了北风异常，在蒙古地区为反气旋环流,弱反气旋环流则形成辐散气流。

图6 850h Pa风场分布(单位：m/s) （a）1951-1965年平均风场 （b）1966-2008年平均风场 （c）1951-1965年风场距平 （d）1966-2008年风场距平

总的来说，1966-2008年与1951-1965年相比，印度夏季季风强度的变化不太明显，且西北太平洋副热带高压的强度和位置变化不显著,但东亚夏季季风明显减弱。在1951-1965年,东亚夏季风更强,盛行的异常南风一直由亚洲中东部吹到中国东北地区。强劲的南风气流和副热带高压可以有效地运输水蒸气至我国华北地区,来自西北的冷空气会从蒙古和黄河流域附近辐合，产生上升运动,导致更多华北地区夏季降水。1966年-2008年东亚夏季风减弱，气流很难跨越30ordm;N,这使水蒸气很难通过南风气流运输到华北地区。与此同时,蒙古西部冷气流也变得较弱。这两个因素导致华北夏季降水减少。

4.4. 海平面气压场的变化

海平面气压场的变化能很好地指示并预测夏季降水的变化,这里将对1965年前后的海平面气压场进行对比分析(图7)。在多年平均夏季海平面气压场上（1951–2008）(图省略),阿拉伯半岛至印度是一个低压中心,蒙古是另外一个低压中心,北太平洋和北大西洋则是很强的高压中心。印度低压和阿拉伯半岛的低压对印度夏季风的形成的形成中起着重要的作用，蒙古低压则在东亚夏季季风的形成起着重要的作用。

图7 夏季海平面气压场 单位：hPa （a）1951-1965年海平面气压场距平 （b）1966-2008年海平面气压场距平

比较图7(a)和7(b), 1951-1965年期间蒙古地区是一个明显的负距平,到1966-2008年期间转变为正距平,在印度至阿拉伯半岛的海平面气压变化不大。表明,在1951年-1965年夏季,蒙古低压强,与之相关的是高层对应温度上升的区域。较低的蒙古低压造成华北地区更多低压活动,导致更多的降水天气过程,但在1966-2008年夏季,蒙古低压明显削弱, 与之相关的是高层对应温度下降的区域。较弱的蒙古低压使华北的低压活动减少,从而减少降水天气过程。

  1. 结论

1951年到2008年华北地区夏季降水呈显著线性下降趋势,平均每10年减少14.9毫米。突变发生在1965年,从那时起,华北地区的夏季降水减少得更快。1965年之后的大气环流也发生了显著的变化。

在夏季500hPa高度场上,自1965年以来,欧洲大槽,贝加尔湖槽变浅,乌拉尔山附近的高压脊变弱,大气环流的由显著的经向环流转换为显著的纬向环流，使槽脊活动减少,导致造成的降水天气过程的槽数量减少，在夏季500hPa温度场上，蒙古地区气温下降,导致该地区对流层低层压力增加，使活动在低层黄河流域的气旋减少,从而导致在华北地区的天气过程降水减少。与此同时,空气温度低导致对流层上层位势高度降低,从而导致的南面压力梯度增加,北面压力梯度降低，使上层西风急流偏南,南方夏季季风降水增加。

在500 hPa温度场中，蒙古地区空气温度下降,蒙古低压明显减弱,导致低层低压活动减少,减少了华北降水天气过程。与此同时,对应的空气温度越低,西南急流位置偏南、东亚夏季风减弱。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[27382]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章