20世纪80年代中期以后中国东北地区降雪增多原因外文翻译资料

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20世纪80年代中期以后中国东北地区降雪增多原因

WANG HuiJun^1,2* amp; HE ShengPing^1,2,3

中国科学院大气物理研究所 竺可桢—南森国际研究中心，北京100029;

中国科学院气候变化研究中心，北京100029;

中国科学院研究生院，北京100049；

摘要：我们研究了1951-2010年中国东北地区（NEC）冬季降雪的长期变化。结果显示：1986 - 2010年期间NEC的降雪量相比于1951-1985年增加了约20％。进一步调查表明，降雪增加与东亚冬季风（EAWM）减弱密切相关。本次研究揭示了这一现象的物理过程，EAWM的减弱导致北方的冷空气流动减弱，从而导致东北亚海岸沿岸的海洋表面变暖，更多的水汽从海洋表面蒸发到大气中，并进一步运输到NEC。 同时，由于EAWM减弱，使得NEC南部，东部和西部的更多水汽被输送到NEC，因此NEC水汽含量增加，降雪增多。 从大气环流观点看，东亚冬季风的减弱加强了低层辐合和高层辐散，有利于垂直对流增强和降雪增多。

关键词：冬季降雪，东亚冬季风，年代际变化

东亚冬季风（EAWM）是中国东部地区和东北地区（NEC）的重要影响系统。 最近的研究揭示了许多观测事实， 其中包括20世纪80年代中期以后EAWM的减弱[1]，频繁的大雪和由此造成的灾害[2-4]，秋季北极海冰的减少有利于北半球降雪的增加[5]，EAWM与厄尔尼诺 - 南方涛动（ENSO）之间的关系在70年代中期之后减弱[1]。 因此，研究EAWM和东亚冬季气候应该更多关注大气和冰雪圈中高纬度的过程，而不是ENSO [6-11]。

20世纪80年代中期以后EAWM的减弱与地表空气升温同时发生，特别是在中国北方尤其是NEC的夜间[12]。 因此产生一个重要的问题：NEC在80年代中期以后的降雪是否增加。 如果降雪量增加，那么降雪量的增加是否与EAWM的减弱相关？ 若相关则该过程的物理机制是什么？ 我们将在本次研究中解决这些问题。

1 .数据和方法

本次研究所使用的数据集包括国家环境预报中心（NCEP）1951-2010年的2.5°times;2.5°再分析资料[13]，国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的2.0°times;2.0°海表温度（SST） 再分析[14]，1.0°times;1.0°降水再分析资料和中国160站降水资料。 将25°-45°N，110°-145°E地区500 hPa平均位势高度定义为东亚冬季季风指数（EAWMI）。该指数用于描述东亚大槽与EAWM和寒潮活动的密切关系。此外， 北半球冬季平均气候以12月 - 1月 - 2月（DJF）三个月为代表。

2 结果

正如Wang和He [1]所指出的那样，在1986 - 2012年期间EAWM减弱。 我们首先分析了1986 - 2012年（P2）与1951-1985年（P1）冬季降水的差异。 对于大多数情况，由于温度低于零，降水量随着降雪量下降。 为了准确，我们分析了来自160个台站降水资料和NOAA再分析资料的数据，并绘制了P1和P2两个时期的冬季降水差异如图1所示。结果表明 这两个数据集基本一致，都显示P2时期的降雪量比P1增加了约20％且NEC西部的降雪量增加幅度大于东部。

图1： 1986-2010年和1951-1985年平均降水量之间的差异，距平百分率相对于1961-1990年的平均降水量。（a）和（b）基于中国的NOAA再分析和台站资料。 阴影区域表示正值。 （c）平均降水的归一化时间序列平均在（38°-54°N，115°-135°E）范围内，基于台站数据集。

图2描绘了冬季850 hPa风速和地面气温的差异。结果清楚地表明了EAWM的减弱。 另外，贝加尔湖附近发现一个异常的气旋环流。 这和与西伯利亚高压系统和EAWM相关的气候反气旋环流相反。 这种年代际尺度上的异常环流模式与年际变率相似[15]。EAWM减弱造成NEC的冷平流减弱，使低层大气和地表升温。 因此，我们发现NEC的地表气温在P2中高于P1。

图2： 在1986 - 2010年和1951 - 1985年（a）850 hPa平均风速（米/秒）和地表气温（°C）的差值。在（a）中，阴影区域表示在95％置信水平下显著差异，黑线表示主导风

EAWM的减弱造成了东北亚沿海地区的近海偏北冷空气的减少，使P2中的地表温度（图2（b））和海表温度（图3）相对于P1升高。该地区 EAWM与海表温度（SST）之间的负相关通过海表温度与EAWM在年际尺度上的回归分析显示（图3（a））。 这种EAWM-SST联系也可以在去线性趋势数据集和非去线性趋势数据集中找到。因此，20世纪80年代中期以后，沿海地区地表和海表温度的升高与EAWM的减弱有着密切的联系。此外，黑潮增强也可能在上述沿海海洋变暖中发挥作用。

图3：（a）1951-2010年在EAWM指数下线性回归的SST其中线性趋势消除， 阴影区域表示回归在95％置信水平下显著区域。（b）1986 - 2010年和1951 - 1985年平均海温差（°C）差异。阴影为正值区域

由于SST的增加，海洋表面的蒸发量增加。 由于EAWM的减弱，低层异常的风向多为南或东南方向（图2（a））。 因此，如图4所示，P2从海洋和我国南部地区向NEC的水汽输送相比于P1增强。另外，贝加尔湖附近的气旋性异常环流（图2（a））导致蒙古地区西风带增强 ，从而增加了从西方向NEC的水汽输送。 这在图4中也有清楚地描述。

图4 ：1986-2010年至1951-1985年平均整层垂直积分水汽输送矢量的差异，单位为kg / ms。 阴影区域表示差异显著，置信水平为95％。

所以，由于EAWM减弱，来自西部，南部和东部的水汽输送全部增强。如图5所示，这将增加NEC的大气水汽含量。这在整个NEC中的变化百分比都有所增加，而NEC西北部则增加了近20％。 因此，NEC水汽含量的增加有利于P2相对于P1的降雪量增加。

图5：（a）1986 - 2010年和1951 - 1985年平均大气可降水量含量的百分比差异。 阴影区域表示差异显著，置信水平为95％。 （b）平均DJF大气可降水含量，单位为g / kg。

另外，增加的降雪量也与更有利的动力条件有关。 为了测试这种推测，我们绘制了850 hPa和100 hPa在P1，P2时段之间的辐散差异（图6）。 结果表明，低层（850 hPa）辐合和高层（100 hPa）辐散在P2中与P1相比有所增强，从而加强了垂直对流，并为增加降雪提供了有利的动力条件。

图6： 1986 - 2010年和1951 - 1985年850 hPa（a）和100 hPa（b）的平均散度差异（s1）。 阴影区域表示置信水平为95％时差异显著

虽然有大量的证据表明EAWM减弱至少是造成降雪增加的部分原因，但关于80年代中期以后降雪增加仍存在一些问题。首先，20世纪80年代中期以后EAWM的减弱要归因于大气 - 海洋 - 冰雪圈 - 陆地表面耦合的自然变化，或归因于人类活动使得大气中温室气体增加造成的全球变暖？这个问题在很大程度上还不确定 尽管几乎所有的气候预测模式都支持人为造成的升温会削弱EAWM的观点[12]，但自然气候变率也可能在一定程度上对其进行调节。 其次，最近北极海冰秋季的减少可能会导致北半球大陆冬季降雪增加[5]。然而，我们需要进一步研究北极涛动，秋季北极海冰，EAWM和NEC降雪之间的关系。 第三，EAWM减弱导致NEC的降雪增加，但华北中部降雪减少（如图1）。 未来的研究应该着眼于解决EAWM的减弱如何影响NEC和华北中部的冬季降水，以及华南和韩日地区。

3. 总结

本文记录了20世纪80年代中期以后NEC日益增多的冬季降雪情况，并解释了相关的物理过程。 我们发现EAWM的减弱是造成降雪增加的部分原因。该过程通过减少北风，增加NEC和沿海海域的温度，增加向NEC的水汽输送，增强水汽含量，加强低层辐合和高层发散以及加强NEC的对流活动来实现的。然而，在未来的研究中还有一些重要的问题需要解决。 对在东亚地区EAWM减弱对冬季降水造成的影响不同，物理过程尚不清楚。 最近，张等人[16]表明东亚风暴路径向极区退缩与EAWM的减弱密切相关。 此外，近几十年来一个变暖的海洋影响着大陆地面气温的变化[17]。这些问题值得进一步调查。 此外，基于气候模型的研究与冬季降雪和EAWM的模拟和预测对于理解所涉及的物理过程而言也是很必要的。 相关研究对探索气候预测和预测技术也很重要[18-21]。

这项工作得到了国家自然科学基金（41130103），国家基础研究计划（2009CB421406）和CAS-CSIRO合作研究计划（GJHZ1223）的支持。

参考文献：

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13. Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, et al. The NCEP/NCA

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