欧洲降水结构的变化：较长的潮湿时期导致更多的降雨量外文翻译资料

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欧洲降水结构的变化：较长的潮湿时期导致更多的降雨量

Olga Zolina,^1,2 Clemens Simmer,¹ Sergey K. Gulev,² and Stefan Kollet¹

2010年1月12日收到; 2010年2月9日修订; 2010年2月17日接受; 2010年3月18日发布

1. 在1950-2008年期间，利用日常雨量计数据分析欧洲湿润时间（伴随着显著降水的随后日子）和相关降水的持续时间。在过去的60年中，欧洲大部分地区的潮湿期已经延长了大约15-20％。 潮湿期的延长不是由潮湿的总天数增加引起的。潮湿期的时间变长，特点是降水量更多。过去二十年中的强降水事件与长时间潮湿期的联系变得更加频繁，并且与五十年代和六十年代相比更加剧烈。降水的时间特征分布向较长的事件和较高的强度的变化，对陆地水文循环包括地下流体动力学，地表径流和欧洲洪水产生重大影响。
2. 引言
3. 欧洲日雨量观测和再分析显示过去几十年平均降水和强降水的上升趋势[Klein Tank和Koennen，2003，在此之后被称为KTK03; Zolina等人，2005; Groisman等，2005]，暴雨对降水总量的贡献率每十年上升3-4％[KTK03; Moberg等，2006; Zolina等，2009]。 这些倾向得到区域研究的证实[Frei和Schauml;r,2001; Zolina等人，2008]，并与气候模式预测一致[Semenov和Bengtsson，2002; Emori和Brown，2005; Scaife等人，2008]。
4. 这些分析考虑了潮湿的天数（WD），通过解释他们天数的总和而忽略了持续时间。然而，降水对洪水的影响与连续潮湿天数紧密相关，洪灾的与异常长时间的降水有关，只有少数研究气候倾向的研究涉及降水持续时间。 Kunkel等人 [1999，2003]考虑了连续的干旱和潮湿天数，发现不同降雨时段的强降水强度的年际变化在美国有所不同。 Schmidli和Frei [2005]报道了20世纪瑞士阿尔卑斯山潮湿期的持续时间越来越长。Brommer等人[2007]发现1948-2004年发生在美国的长期风暴事件减少，这与Groisman和Knight [2008]报告在暖季期间，美国干旱天气的持续时间增加。
5. 在这项工作中，我们使用近700个欧洲雨量表的日平均数据和相关的平均和强降水强度以及事件持续时间的相关变化量化了1950-2008年期间降水事件持续时间的变化。这使我们能够分析不同持续时间潮湿周期的变化，并在天气尺度上量化强降水结构的变化，从而为水文气候应用提供了新的降水量变化指标。
6. 数据和预处理
7. 从最近更新的欧洲气候评估（ECA）数据集中获取每日雨量计观测资料。Klok和Klein Tank [2009]给出了ECA组成的详细信息。在20世纪90年代和2000年代，欧洲的俄罗斯，白俄罗斯和乌克兰有57个ECA电台由于记录解码不正确而含有伪像。这些被俄罗斯水文计量局（RHS）收集的原始数据取代，并增加了32个新的RHS台站。 在1558个站点中，我们选择了699条记录，这些记录在年度记录中错失的日常记录值在10％以下。它们涵盖了1950-2008年西欧和斯堪的纳维亚地区密度最高的时期。
8. 除了传统的降水分析潮湿的天数外，我们引入了湿润时间或潮湿期（WPs）。对于每年的潮湿期，定量表示为连续降水量大于1mm /天的天数。这个阈值不包括非常低的降水量，并且说明雨量计的精度有限[KTK03]。这个阈值被用来识别干燥的时期[Groisman and Knight 2008]。对于潮湿期，我们分析了他们的持续时间和相关的强度。

3.结果

图1.（a）潮湿期持续时间（红色）发生的气候分布和不同潮湿期对潮湿天数总数的分数贡献（蓝色），（b）不同潮湿期贡献的归一化发生异常的时间演变 所有欧洲站点的潮湿天的总数平均为5年，（c）不同持续时间（绿色柱状图）发生的线性趋势（每十年的百分比）及其95％的显着性（暗 阴影条）。

1. 潮湿期持续时间的气候平均概率随着长度呈指数下降（图1a）。孤立的潮湿天数对潮湿期的总数有约50％的贡献。从地区来看，斯堪的纳维亚半岛和西欧的这一比例在30-40％之间，在俄罗斯和乌克兰则约为60％。第90百分位（最长潮湿期的10％）的范围从南欧的3天到斯堪的纳维亚的7天。 不同潮湿期对WDs总数的贡献（图1a）显示每日和2天的事件占所有潮湿天数的约50％。剩余的潮湿天数在3天事件中的贡献率为15-20％，12天潮湿期的贡献率lt;1％。在斯堪的纳维亚地区，平均持续时间最长，平均持续时间gt; 3天，南欧平均持续时间为1-2天（图中未显示）。这个空间分布是相当强大的，因为持续时间的年际标准偏差在平均值的5％到15％的范围内。
2. 图1b显示了所有欧洲台站潮湿期对潮湿天数总数（WP_n）贡献的归一化发生异常的时间演变，并用5年的平均运行平滑。发生异常的原因是其中x是给定潮湿期的潮湿天数总数，P（x）是单个年份的概率分布，sigma;[P（x）]是特定持续时间的概率分布的标准偏差，是概率分布的归一化异常，柱形是平均算子。在过去的60年里，长时间潮湿期对潮湿天数总数的贡献逐渐增加（图1b）。20世纪50年代和60年代的长期潮湿期的负面异常在20世纪90年代和2000年代变为主要正面，而短期潮湿期呈现相反的趋势。
3. 短潮湿期呈负线性趋势，长潮湿期呈显着正趋势，均具有统计学意义（图1c）。图1c（以及进一步的分析）中的线性趋势的显着性使用Student t检验连同非参数Mann-Kendall检验进行估计，并且还分析了趋势显着性的置信区间（可靠性比[Hayashi，1982]）。只有满足95％的三个标准的趋势才被认为是重要的。
4. 过去60年来潮湿期的持续增长构成了一个明显的泛欧模式。中西欧，斯堪的纳维亚半岛和欧洲俄罗斯的潮湿期持续时间（图2a）的线性趋势主要为正值，每十年为2％到4-5％。因此，西欧潮湿期60年平均持续时间增加0.6〜0.7天，欧洲俄罗斯平均持续增加0.5天。在南欧，西欧和中欧的少数地区，观察到每10年高达3％的负面趋势。图2b和图2c清楚地显示了短期和长期的相反趋势，分别由持续降水时间的第50和第90百分位量化。西欧和东欧60年期间潮湿期最长的增长为10％，持续时间的实际增加大约是1天。
5. 有人可能会争辩说，潮湿期的延长可能是通过改变潮湿天数的总数而不是通过将事件从短到长的潮湿期重新组合而造成的。我们应用蒙特卡洛方法（早期用来估计缺失数据对趋势的影响[Zolina等人，2005]）来评估潮湿天数（每十年在区域上高达3.6％）的净增长的趋势WP持续时间。在3组实验中（表1），我们首先通过随机生成单个潮湿天数来模拟观察到的潮湿天数数量的变化。由于1日事件的频率增加，这可能导致潮湿期持续时间减少。其次，这些事件是根据观察到的潮湿期频率分布产生的（图1a）。最后，在“极端”模拟中，观察到的潮湿天数数量变化是由一个连续的潮湿期产生的。表1显示，即使对于“极端的”不现实的情况，潮湿天数数量的变化所产生的最大的预期净效应也可能在60年内的潮湿期期间产生0.02-0.16天的趋势。这比观察到的潮湿期持续时间的变化小4-9倍。

[12] 潮湿期的延长如何影响降水强度？传统的分析表明，与Moberg[2006]等人一致，1950-2008年期间的降雨强度和总数从西欧北部的每十年的1.5-2.5％增加到东欧的每十年4％。Zolina等[2009]。图2d显示，相对较短的潮湿期（lt;50％，通常为1-2天）降水总量的贡献率每十年下降3-5％，欧洲俄罗斯每十年最强-5％。与此同时，较长的潮湿期（＞50％）的总和贡献率从西欧的每十年的1-3%上升到欧洲的十年的4-6%（图2e）。因此短期潮湿期可降水量对降水量的贡献在60年内从46%-48％下降到28-33％左右，而较长时期潮湿期对降水量的贡献则从50年代的50％上升到2000年的70％左右。

图2.线性趋势（每十年的百分比）（a）潮湿期的平均持续时间，（b）非常短（第50百分位）和（c）长（第90百分位）潮湿期的持续时间，以及 （d）相对较短的雨量和（e）较长的潮湿期。 封闭的圆圈显示了95％的显着趋势。

1. 下一步，我们估计增加潮湿期持续时间对不同潮湿期的强降水强度变化的影响。极端的事件被量化为超过第95百分位的那些事件，这些事件是根据从60年记录计算出的第95百分位阈值的原始日时间序列估计的。使用Gamma分布或极值分布获得的结果与基于原始数据的结果非常相似。与不同潮湿期相关的强降水对降水总量的分数贡献计算为5％最强降水事件的贡献[KTK03]。对于年度系列，这些估计值与使用理论分数贡献分布所获得的估计值非常接近[Zolina等人，2009]。
2. 平均来说，强降水事件的数量在2-3天的潮湿期达到高峰（超过第95百分位）（图3a）。在斯堪的纳维亚半岛，这个高峰期转移到3-4天，在欧洲俄罗斯，强降雨发生率最高的是持续1-2天的潮湿期。图3b显示了在不同长度潮湿期期间发生的强降水日事件的归一化分数异常，其计算方法与图1b相同。 在1950-2008年期间，暴雨与较长的潮湿期相关联的发生率每十年上升3-4％，而较短潮湿期（1-2天）的强降水发生率每十年下降3％。与短于3天的潮湿期相关的暴雨比例从50年代到60年代的60％下降到20世纪90年代到20世纪50年代的45％，而较长时间的潮湿期强降水发生率则由40％上升至55％。此外，与欧洲较长的潮湿期有关的强降雨在欧洲加剧，西欧每十年上升趋势为2-3％，欧洲俄罗斯每十年上升5％（图3c），这意味着60年期间的实际变化从4毫米/天到9毫米/天。 或者，与较短的潮湿期相关的强降水事件的强度或者不显示任何趋势或者局部降低，例如，在中欧，每十年下降2-4％（图3d）。

表1.在3个敏感性实验中模拟的潮湿期持续时间的趋势对于所有站点中的1％，2％，3％，10％和平均值的潮湿天数数量的变化^a

^a在欧洲，潮湿的天数的实际积极趋势是每十年0.3-3.6％不等。

图3（a）不同持续时间潮湿期极端降水事件的百分比，（b）不同潮湿期持续5年RM平滑过程中极端降水异常的归一化比例异常的时间演变，线性趋势（％每 十年）在对（c）短和（d）长潮湿期相关的激烈事件总数的分数贡献中。封闭的圆圈显示了95％的显着趋势。

1. 在二维持续时间-强度分布（图4）中总结了60年来欧洲潮湿期持续时间增加的影响。高于平均日降水强度的大于2-3天的潮湿期的出现明显增加（图4），而短于中等长度的降水量小于4 mm /天的潮湿期频率则下降。与平均强度的趋势非常相似，长期湿润期间发生的强降水事件（超过第95百分位，占总量的25％至40％）的强度每十年增加6-8％ ,短潮湿期期间发生的强降雨每十年减少4-6％（没有数字显示）。
2. 总结和结论
3. 我们的分析表明，欧洲降水不仅在过去的60年里增加了，而且在结构上也发生了变化：短时间的降雨事件被重组为长时间的潮湿天数。在过去的60年里，伴随较长潮湿期的强降水事件增加了约12-18％，而与短潮湿期相关的暴雨则减弱了。欧洲湿润时期的延长以及伴随着强降水的发生率的增加暗示着气旋对湿气平流的作用越来越大，形成的极端速度超过了当地温度变化所暗示的速度[Trenberth等，2003; Allan和Soden，2008]。将气旋活动与潮湿期的持续时间直接联系起来，需要对个别季节进行分析，因为每个季节或每个月的潮湿期数量有限（以提供有力的统计数字），这是困难的。 在这方面，准确推导潮湿期持续时间和相关强度的理论PDF将为进一步分析提供良好的前景。
4. 未来将在气候模式模拟中研究潮湿期形成降水趋势的持续时间，包括强度和极端降水的发生强度的作用。从水文角度来看，降水变化对水资源和洪水的潜在影响是很重要的。尽管欧洲在过去80-150年

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