近期对流层上层温度的趋势反转及其在东亚夏季风增强过程中的产生的作用外文翻译资料

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近期对流层上层温度的趋势反转及其在东亚夏季风增强过程中的产生的作用

Siyao Zhao, Jian Li, Rucong Yu amp; Haoming Chen

在第二十一个世纪初期，7月和8月（JA）平均对流层温度在东亚显示出显著上升的趋势，在后期体现出下降趋势。20世纪70年代。最大的增温中心在中国北方地区（在30°N–45°N 和85°E–120°E区域）消失，中心气压约300百帕。伴随着温度的上升，位势高度提升到暖中心高度，它伴随着东亚大气环流年代际变化而变化。在对流层的上层，受到一个异常反气旋的支配，以及200百帕逐渐增强的西风影响，中心位势高度逐渐上升。在对流层底部，长江流域南风异常增大，导致东亚夏季风加剧。这个完整的环流变化严重影响东亚夏季降水。自20世纪70年代，在中国东部“南涝北旱”（SFND）格局发生了变化。1970年在冷却中心南移，导致干带南移。在2005年之后，由湿带占主导地位的淮河流域温度趋势发成变化，而中国南方变成了一个干燥状态。

高人口密度并且经济快速发展的东亚地区,对气候的变化非常敏感。剧烈的气候变化可能给东亚带来灾难性的影响。例如,干旱和洪水在中国造成了巨大的经济损失和人员伤亡。在全球变暖的背景下,在1970年代末东亚气候的经历明显的年代际转变。在中国东部夏季降水表现为“南涝北旱”(SFND)的异常模式。中国南部(即长江的中下游)的降水增加,并在北方(黄河下游)降水减少。相应地,东亚地区的大气环流发生了变化 。东亚亚热带西风带向南移动,同时东亚夏季风减弱。

在二十世纪七十年代之后的几十年里东亚年代际气候变化的机制被广泛讨论。虽然一些研究指出，人为因素等因素的影响增加排放碳和硫酸盐气溶胶,大量研究认为主要是自然因素的影响,如青藏高原的热力状态异常,特别是异常冬天到春天的雪覆盖,太平洋年代际振荡(PDO)、ENSO等。以上这些事件，都认为上层对流层在这个年代际发生一个冷却过程,之后提出了最可能的观点是，东亚季风环流和降水变化可能导致上层对流层冷却。这种异常冷却对应于上述异常气旋的生成的冷却中心和反气旋。因此,上层副热带西风向南转移，从而产生较强的收敛和上升气流在长江流域，与此同时中国北部受到低水平异常偏北风季风减弱导致水汽减少。因此，雨带徘徊在长江流域导致SFND降水模式异常。基于太阳的复合分析等证实了一个类似在中国中央北方的相干立体循环结构形式夏季降水，其特点是有一个显着的上对流层变暖和高/低水平循环的变化。

此外，对流层上部冷却和中国东南部的年代际减少春季末降水之间的联结机制也被实验模型验证。研究表明，对流层温度降低可能是受到平流层的降温和青藏高原积雪深度变化。

二十世纪七十年代，在东亚地区年代际气候变化主要是受到全球气候变化的影响，导致相干变化的季风降雨和其相关的大尺度环流。自2000年开始，全球变暖的速度已经放缓（即全球变暖平缓期）。证据还表明，在东亚地区的气候呈现出不同甚至相反的变化，处于温度迅速上升阶段（全球变暖）。近年来的观测结果分析表明SFND格局已经发生了变化。淮河流域夏天水位升高同时中国东部降水带北移。东亚夏季风近期也在加强。淮河流域湿度上升，造成频繁的暴雨，泥石流、洪涝等气象灾害。由于这些灾害可能对社会经济发展产生严重的影响，现在东亚地区存在多个气候转变地区。本研究的主要动机是研究在新的全球变暖气候状况变化的间歇期间对流层温度趋势的逆转。

资料与方法

我们利用从美国国家中心环境预测/美国国家大气研究中心每月温度和循环再分析资料（NCEP）。数据集是水平2.5°thinsp;times;2.5°，包含17个垂直的水平。降水数据来自1951–2013间中国东部384站每日雨量计记录，国家气象信息中心中国气象局归档和进行在分析。

统计检验方法验证的年代际变化的统计意义。根据时间序列的自相关，从而降低了数据的独立样本数字，占到有效样本大小的计算（ESS），使用Trenberth和 Bretherton的方法和尺度等。

结果

在第二十一世纪初，对流层温度在东亚已经经历过了反转。图1a显示从1951到2013的七月和八月（JA）东亚上空（30°N–45°N和85°E–120°E）对流层上部（500–200hpa）的平均温度（蓝色实线）。1950年以后，温度降低，然而在最近十年thinsp;已经转化为明显的变暖趋势。在ERA-INTERIM数据中也有相似的结论（未显示）。根据11年滑动t检验结果（图1A黑色实线），2004年统计学置信水平为99%。

考虑滑动t检验结果与原时间序列的年代际变化，东亚上空对流层温度发生2004 /2005之间。1970年初的十年最低温度27.3 C°，最近的平均温度几乎恢复到的水平，但有降温趋势后。一个10年的低通滤波器应用于对流层上部温度时间序列（图1A蓝色虚线）。通过滤波的高频振荡，发现趋势反转更明显。在二十一个世纪初，随着周期性振荡的变化，对流层上层温度呈现出总体下降趋势，之后会呈上升趋势

为了进一步分析对流层温度变化的空间分布，我们计算2005–2013和1994–2004的年代际变化之间的区别。气候变暖的趋势遍及北半球大部分地区（图1b）与最强的暖中心在中国北部和蒙古地区。温度的升高超过1thinsp;°C的范围覆盖32°N–50°N和90°E–125°E大部分地区.暖中心在冷中心的南面，YU等定义为冷却中心，冷中心对流层温度变化趋势在1980–2001和1958–1979之间。

在垂直方向上，在东亚中纬度地区的暖中心从地面到200hpa延伸（图1C）。最大的增温中心在东亚500hpa到200hpa之间出现，其最大值在300hpa。气候异常变暖时，一个冷却中心位于平流层。对流层上层的温度在北纬45度处凸起，对应于上对流层压力水平的上升。根据地转适应理论、风场在大尺度运动中调整压力大小。同时，结合理论推导和模型试验，研究了风场的调整过程中温度的变化过程。因此，上层温度变化对环流变化有很大影响。基于静压和地转平衡，增温异常对应的反气旋式环流在上层的产生（图2A向量）。温度和地电位高度变化在北纬45度以南地区的情况。极涡位势高度梯度增加，导致在200hPa西风急流以北的暖中心过地转平衡增强（图2A）。

由于对流层上部对流层变暖引起的质量变化，导致较低水平的季风环流也发生了变化。右下方的暖中心，重力位势高度降低（图2A阴影）和异常偏南风增强对，导致中国东南部位势高度降低。在东亚季风区的南风区预示着东亚夏季风的强度。中国东部东亚夏季风增强。随着对气候变暖的趋势与东亚夏季风变化的进一步认识，对流层温度和较低水平（925–850hpa）的东亚南风（平均在25°N–35°N和110°E–125°E）的关系进行了研究（图2B）。在整个调查期间，较低水平的经向风（黑色固体线）呈现出类似的趋势，在整个调查期间的对流层上部的温度（蓝线）。变化趋势从1960到1990thinsp;下降thinsp;，之后反转上升，上升趋势在第二十一世纪初期结束。2005–2013期间比在1994–2004期间的区域平均南风高0.45thinsp;米/秒。10年的低通滤波的南风结果（黑色虚线）和对流层温度（蓝色虚线）表现出更多的类似的趋势。进一步由统计确认上部对流层温度变化和低空南风之间的关系，并计算相关系数。趋势与时间序列之间的相关系数达到0.48。由于两时间序列都具有强大的低频成分，其作用机理、比样品大小小得多。我们分别计算了ESS的趋势温度和南风风速时间序列。ESS的趋势上对流层温度时间序列是32和趋势低空南风风速时间序列是29。即使我们用较小的ESS，即29，相关系数达到99%，置信水平上是显著的（Pthinsp;= 0.0084）。

对应于季风环流变化，中国东部的降水也发生变化。如前所述，高空西风急流加强在北部的气候暖中心，并在中国北部产生强大的上升气流。东亚夏季风加强，并给长江中带来更多的水汽。这些循环的变化导致淮河河流域（30°N–35°N）更多的降雨，而在华南与长江边界（30°N）更加明确（图3A）。降水量显著增加的区域为淮河河谷地带（30°N–35°N），在长江以南显著减少（20°N–31°N)。

为了进一步了解中国东部降水的反转趋势，时间和空间的降水异常变化在Hovmouml;ller图显示（图3b）。1970thinsp;末，中国北方长江淮河流域降水和正异常的负异常与边界约35°N表明显著SFND降水异常模式。整个格局从那时开始向南移动。负异常移动到长江淮河流域正异常占主导地位的华南。在1970年末，正负异常南移由35°N到31°N。2005年后，格局逆转为正异常和负异常沿淮河河长江以南地区为边界线。SFND降水格局的位置是不固定的。它作为上层对流层温度异常中心移动（图未显示）。在1970年底thinsp;冷却中心的南移，整个降水区域伴随南移。当冷却中心反转到一个暖化中心时，该模式与以前相反。这说明上层温度与季风降水之间有高的相关性。

结论

在这项研究中，我们深入考察了东亚对流层温度逆转，从全球表面的下跌趋势到全球变暖之后温度快速上升阶段的上升趋势。以中、高纬度地区对流层温度变化为特征，有一个良性环流结构覆盖东亚，并最终影响夏季降水。在这项工作中讨论的对流层上部的温度和东亚夏季风，以及季风降雨之间的联系。位势高度的变化与对流层温度是对应的。在上层，地势高度增加。通过静压和地转平衡，升温有利于在对流层上层，200hPa以上西风急流异常反气旋的生成。低层地电位高度降低，说明东亚夏季风的加剧。这些环流变化对东亚地区降水异常模式有着决定性的作用，在淮河流域降水偏多，华南地区降水偏少。

根据以往的研究，有几个因素可能与对流层温度的年代际变化产生影响。YU等认为在1970thinsp;年代，对流层与平流层冷中心有降温趋势。Xin等表明青藏高原的积雪深度与春末东亚上空对流层温度变化呈负相关。PDO也是其中一个因素，八十年代与东亚年代纪气候变化有着密切联系。完整结构的SFND气候年代际变化可以通过海温强迫复制，尤其是PDO 模式。PDO的正相位可能会导致负面的夏季降水异常的北部中国与东亚夏季风减弱。然而，其他研究指出，PDO的现状受到大气影响很大，但没有其他理论。因此，对流层温度和PDO之间的关系仍然不确定，需要后续的研究。利用气候模式的敏感性试验可能有助于在这些因素的贡献和影响对东亚气候的对流层温度年代际变化变化的认识。

作者的贡献

作者设计的研究。福达分析数据。福达和L.J.起草的手稿。所有作者在讨论的结果，并在修改的文件作出了贡献。

作者设计的研究。

福达分析数据。福达和L.J.起草的手稿。所有作者在讨论的结果，并在修改的文件作出了贡献。

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