中纬度流域对印度河上游降水的影响：灌溉的明确作用外文翻译资料

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中纬度流域对印度河上游降水的影响：灌溉的明确作用

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法哈德·赛义德bull;斯蒂芬·哈格曼bull;萨杰德bull;赛义德bull;丹尼尔·雅各布

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收稿日期：2011年9月27日/接受:: 2012年7月31日/在线发表时间：2012年9月1日 施普林格出版社2012

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摘要：由于梧桐河的大部分流域起源于喜马拉雅山，喀喇昆仑山和印度库什山脉，因此了解导致该地区降水的天气特征对于水资源管理至关重要。本研究考察了上层中纬度流域对上梧桐盆地（UIB）的夏季降水的影响。利用再分析资料，中亚高原200 hPa处的位势高度指数（GH）定义为与UIB相关的降水量显着相关。 GH也与低热（与伊朗和阿富汗毗邻的巴基斯坦），纬向风（中亚高点相关）和蒸散量（UIB）的东风剪切显示出显着的相关性。有人认为，位势高度指数有可能成为UIB降水的前兆。为了评估灌溉对UIB的降水的影响，已经开发了一种简化的灌溉方案并将其应用于区域气候模式REMO。已经表明，两种版本的REMO（有和没有灌溉）都显示GH与东风风切变和热量低的显着相关性。然而与再分析和REMO版本的灌溉相反，REMO版本没有灌溉没有任何相关性。
GH指数和蒸散量之间以及UIB上的位势高度与降水之间的关系，进一步通过UIB上极端降水事件的定量分析来确定。得出结论，尽管由风力剪切引起的沿海阿拉伯海域的大气水分由于热量低而向北平流，但也有助于UIB降水。然而，为了在UIB上获得必要的降水水分，主要作用是通过灌溉水的蒸发蒸腾发挥作用。从结果可以推断，气候模式中灌溉水的代表性是不可避免的，用于研究全球变暖对该地区的影响。

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关键词：灌溉，梧桐盆地，中纬度流通，南亚夏季风，REMO

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1介绍
巴基斯坦的经济生活在很大程度上在很大程度上取决于农业，而农业又依赖于通过广泛的梧桐河流域和印度河及其支流渠道的渠道灌溉（Saeed et al。，2009a）。 印度河在青藏高原上升，通过印度和巴基斯坦; 它排出了世界上最高的山脉。 盆地有时被称为“第三极”，包含极地以外最多的常年冰面积（[20,000 km2]）（Archer et al。2010）。 除了对巴基斯坦的重要性之外，印度地理区域的9.85％也位于梧桐盆地内，包括旁遮普邦，哈里亚纳邦和拉贾斯坦邦，这是该国肥沃的粮仓（Jain et al。，2007）。 因此，印度河是生活在该地区的许多人的生命线。

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梧桐盆地特有的位置（图1）在冬季（十二月至三月）和夏季（六月至九月）的两个不同时期都有降水。后者又称南亚夏季风（SASM）。在流域北部，包括跨喜马拉雅喀喇昆仑和印度库什（HKH）的范围，降水主要发生在冬季和春季的下雪，由西风扰动引起（Archer et al。2010）。然而，夏季，北部地区也有大量的降水量，特别是在喜马拉雅山脉的南部山坡。在夏季，前一个冬季积累的冰川和雪的融化以及季风降水导致了印度河及其支流年排放曲线的高峰。梧桐盆地北部虽然在两个季节都有降水，但南半部分仍然相当干燥，取决于梧桐盆地（UIB）的水源。考虑到数十亿人对印度河的依赖，研究人员对印度次大陆其他地区的研究人员非常关注UIB。该地区缺乏研究的主要原因可能是由于地形复杂，气候条件挑战以及该地区的地缘政治局势缺乏观测资料。现在卫星数据的容易获取和再分析产品，

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图1梧桐盆地面具有矩形区域，显示梧桐盆地上部（70-80E，30-36N）

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最近有一些关于UIB冬季降水的研究（Syed et al。2006; Yadav et al。2010），然而尚未对夏季SASM降水进行此类研究。虽然有一些研究集中在UIB上的孤立事件，但是关于导致降水的大气情况的综合研究仍然缺少该地区。已经确定的是，随着地表和中层水平的升高，该地区对流层的高层特征对于SASM降水也起了重要的作用，例如西藏高原200 hPa（Hoskins and Wang 2005; Yatagi和Yasunari 1995; Park和Schubert 1997）。同样，SASM经历了从季节到年际和十年时代的巨大变化，表明热带和热带过程的影响（例如，Shukla 1987; Torrence和Webster 1999，Goswami 1998; Krishnamurthy和Goswami 2000; Goswami和Ajayamohan 2001; Li et 2008）。一些研究已经注意到中纬度流通对印度地区SASM降水的影响（例如Ramaswamy 1962; Raman and Rao 1981; Kripalani等人1997; Ding和Wang 2005,2007,2009）。丁和王（2005）确定了北半球夏季的中纬度全球遥相关（CGT）模式（Branstator 2002）。

他们表明，这一地区的季风活动与中亚高层次的异常高度有很强的联系。此外，他们提出，中亚的异常高潮可能会加剧印度和巴基斯坦西北部的对流，从而导致降水。在最近的研究中，Yadav（2009）和Saeed等（2010年）显示，欧亚大陆的罗斯贝波浪火车与印度，伊朗和阿富汗毗邻地区形成的低压表面压力异常有关，这进一步加剧了印度和巴基斯坦地区的季风。虽然越来越多的证据表明中纬度环流与SASM在印度的季节内变化相互作用，但是中纬度循环可能如何影响UIB的降水并不完全清楚。本研究的目的是调查与季节性循环相关的主要天气特征，导致夏季季节期间UIB地区的SASM降水。 从1961年到2000年，七月和八月的夏季高峰期为40年的中纬度流动。为了检查从ERA40数据得到的结果的稳健性，我们还采用了通过国家海洋局获得的出射长波辐射（OLR）的日平均值和大气管理局（NOAA）卫星和1979-2000年间的日常平均国家环境预测中心（NCEP）再分析领域（Kalnay等人1996）。

我们在南亚域应用了马克斯·普朗克气象学院MOO（REMO）（Jacob 2001; Jacob et al。2007），在边界边界强制使用ERA40数据。对于本文，我们在1990年至1999年以0.5度分辨率进行了两次10年模拟，无论是否有灌溉的代表。在早期研究中，REMO模型捕获SASM循环和其他表面和更高水平大气变量的能力已经得到了全面的讨论（Saeed et al。2009a，2011）。

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图2 PUB与来自ERA40数据的200 hPa位势高度之间的铅滞后相关性。 每个面板上的正数是位势高度导致PUB的天数

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图中 使用ERA40数据（1961-2000时间段的红曲线），来自ERA40的GH和来自NOAA的OLR（1979-2000时间段的绿色曲线）和来自NCEP和OLR的GH之间的GH和PUIB之间的3个滞后相关系数 NOAA（1979-2000时间段的蓝色虚线）。 GH指数是通过每日平均场域上的位势高度计算的（65？-80？E和35？-45？N），其中PUIB和OLR指数是通过每日平均降水和域外向长波辐射定义的（70？ -80°E，30°-36°N）。 计算了滞后最长达15天的铅标相关系数。 负的滞后代表了几天的位势高度导致降水。

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此外，对于上述每个数据集的上述时间段，我们删除了每日数据集消除了气候学以消除季节变率。此外，我们对日常数据应用了5天的平均时间滤波器，以消除天气变化，并保留长于10天的季节内变异。为了尽可能保持季节内变异性，没有其他滤波器应用于数据。我们主要使用相关分析来确定7月和8月份夏季高峰期不同变量之间的关系。使用双尾t检验来检查这些关系的重要性。在本文其余部分的所有相关图中，仅绘制了99％确认水平显着的相关性。在早期研究中，由于这些研究的不同范围，不同的领域被认为代表UIB（例如，Saeed等人，2009a; Jain等人2007; Fowler和Archer 2005）。对于本研究，我们将UIB定义为从（70？-80？E，30？-36？N）延伸的区域，如图1所示。我们通过空间平均每个时间步长的降水来进一步定义该域的降水指数（PUIB）。窗体顶端

3中纬度影响UIB上的降水
为了确定UIB之前的降水之前的主要大气条件，我们已经研究了200 hPa位势高度与OLR与PUIB。我们计算了PUIB和200 hPa位势高度之间的相关性，如图1所示。这里天数的正值代表在第0天PUIB的引导天数。在PUIB之前约3-5天，PUIB与200hPa位势高度之间的最高相关性发生在中亚地区。这个200 hPa的高压脊（中亚高）也被称为影响中印度季风区的降水。

然而，如前所述，不同的研究表明，这个中亚高地与该地区的降水呈现出相反的关系。例如，Ramaswamy（1962）和Raman and Rao（1981）显示，这个中亚高地区将导致印度中部地区的中断（干旱）状况，而Kripalani等人（1997）和丁和王（2007）表明，中亚高层触发了印度中部的对流，导致了积极的（潮湿的）条件。然而对于UIB，在200hPa之间，PUIB和位势高度之间发现了显着的正相关。 PUIB与200 hPa中亚高带来的高度显着的相关性使我们进一步研究了中亚高地成为UIB降水前兆的能力。为此，我们定义了中亚地区（65？-80？E和35？-45？N）的区域平均200 hPa位势高度（GH）预测值。图3显示GH和PUIB长达15天的超前滞后相关性。 GH和PUIB之间的相关性在GH引导PUIB 3-4天时达到最大值，表明GH预测指标在降水发生前3-4天预测UIB降水的能力。为了确保我们的结果的鲁棒性，我们还绘制了ERA40 GH和NCEP GH与NOAA观察到的OLR指数的相关性（通过空白平均每日NOAA在UIB上的OLR值定义）。对于ERA40 GH和观察到的OLR的情况，相关性仍然高于在ERA40数据中使用降水和GH的情况。

然而，对于NCEP GH和观察OLR的情况，相关性略有下降，但相当高（0.47），并且保持与其他两种情况相似的曲线形状。这些结果表明UIB降水与200 hPa位势高度之间的稳健关系。为了理解中亚高中影响PUIB的机制，PUIB与OLR之间的一点超前滞后相关性考虑在图1中。这表明西南东北方向从第六天开始，之后增加。一个有趣的模式是在PUIB之前的第4天出现两个高度相关的区域大于0.4（一个沿着阿拉伯海沿岸和另一个在UIB）。注意，如图1所示，它是PUIB的第4天，在200 hPa的位势高度具有最大相关性。这为可

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图4来自ERA40数据的PUB和OLR之间的铅滞后相关性。 每个面板上面的正数是OLD从PUB开始的时间

湿气源在该地区引起潮湿的对流，这将在后面讨论。西南方向，与GH具有很高的相关性（图6）。这种增加的东西垂直剪切负责产生增强的子午热流，有利于将平均流量的可用能量转换为涡流可用势能（Ding和Wang 2007）。因此，可以推测，通过UIB上的纬向风的东西垂直剪切增加了对流。除了风切变之外，Saeed等人（2010）表明，中纬波浪的东向传播调整了主要覆盖伊朗，阿富汗和巴基斯坦的低热区的压力异常。该地区的低压使阿拉伯海潮湿的南极流经印度和巴基斯坦西北部的压力梯度机制向北穿越。在这方面，GH和MSLP之间的相关性（图7）显示了与Saeed等人发现的相似关系。 （2010）。使用REMO，Saeed et al。 （2009b）确定了夏季大量灌溉用水
通过蒸发 - 降水反馈机制，实现本地区气候的重要作用。这种反馈机制也被指定为水分的局部回收，因为灌溉水作为对流的水分来源，并在有利条件下导致沉淀。 GH与蒸散量之间的相关性值高。 UIB上的8个显示了两者之间的关系。上述三种机制可以一起用作GH和PUIB之间的连接的说明。阿拉伯海和周边地区的垂直环流的特征是上层大气一般沉降，因此在地表形成“低热”型条件（1956年的“拉米奇”）。由与中亚亚高相关的风切变引起的强烈的上层风导致部分清除阿拉伯海区域的下沉空气，这进一步导致蒸发开始，从而导致对流。然而，这种对流由于伴随着温暖的风而被限制在中等大气

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图5 ERA40数据的GH和OLR之间的5个时滞相关性。 每个面板上的正数/负数是OLR导致/滞后GH的时间

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图6 ERA40数据中GH和纬向风的垂直剪切（U200减去U700）之间的铅滞后相关性。 每个面板上的正数/负数是风切变引线/滞后GH的时间

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随着东风剪切阻碍进一步的对流直到上层，因此该地区不会有大量的降水。然而，由于陆地和海洋之间的压力梯度，阿拉伯海域所产生的水分被运往UIB，由于北方HKH山脉引起潮湿对流，造成地形抬升。同时，中亚高原造成的暖和干上层异常，通过稳定大气阻止对流，形成无云的气氛。这通过太阳能加热导致表面进一步升温，因此导致UIB上的灌溉水的蒸发蒸发。因此，除了从南部流出的湿气外，由于灌溉水的蒸发，还提供了进一步的水分。这两种机制的同时发生引起强烈的潮湿对流，一旦变得足够强大以克服稳定的气氛，则会导致沉淀的开始。

然而，目前尚不清楚上述三种机制中哪一种在连接GH和PUIB方面起着最重要的作用。因此，我们使用区域模型REMO进行了一个实验，表示灌溉，如下节所述。
4灌溉实验
如上所述，Saeed et al。 （2009b，20

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