巴西南部日最高气温和日最低气温降水年际变化与年代际变化外文翻译资料

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巴西南部日最高气温和日最低气温降水年际变化与年代际变化

Mary Toshie Kayano amp; Clovis Sansiacute;golo

摘要：

利用巴西南部1913-2006年降水年际至年代际变化与日最高气温和日最低气温(Tmax和Tmin)的指标来考察周期。分析这些指标与海面温度赤道太平洋东部(Ni o 3.4)的海温变化和西南亚热带大西洋(SSA指数)的关系。分析是以Morlet小波变换为基础的。6年期间，主要原因是在特定子时段发生的方差。TMAX和Tmin指数也显示出显著的年际变化。多变性、相干性和相位差分析降水指数和海温指数均较高，与Ni o 3.4和ssa指数相一致。另一方面，检查相干性和相位，海温指数与海温的差异指数与Ni o 3.4指数的相关性弱于用SSA指

数表示。这些差异是在以前的结果中讨论过。新的结果显示，Tmin以及TMAX之间的频谱差异可能应用于气候监测任务。

1. 简介

基于农业和养牛活动，降水和温度是经济实力较强的区域如巴西南部的最重要的参数。因此，更好的理解这个地区降水和温度机制的变化对于该地区水管理政策、农业和养牛活动有重要的启示作用。出于这个动机，我们将进一步研究降水和温度。该区域的变化，重点是年际变化和年代际尺度与日最高及日最低气温(Tmin)和最高气温(Tmax)月平均数的差别。

众所周知，在南美洲东南部，包括巴西南部，近全球的格局与厄尔尼诺现象有关的大气环流异常Ni o-南方涛动(ENSO)现象与该地区降水异常的密切联系(Ropelewski和Halpert 1987，1989；Kousky和Ropelewski，1989年)。这个地区的降水过剩与厄尔尼诺现象(拉尼娜现象)有关的全球大气环流的大规模变化、异常强化(减弱)有关的模式、高层副热带急流、巴西南部的气旋(反气旋)涡度、西部低层在大部分时间在加深(减弱)的循环，增加(减少)北平流水分(Grimm等，2000年)。因此，正常瞬态系统的位移被改变，从而导致表面温度和温度的异常分布、阻塞区和热带地区的降水。

考虑到受ENSO循环影响的季节，由于厄尔尼诺现象南美洲东南部降水增加在十一月(0)至二月( )期间，同时厄尔尼诺现象也抑制了这场降水。由于尼娜聚集同样的区域发生在6月(0)到12月(0)之间(Ropelewski和Halpert 1987，1989年)。符号(0)指厄尔尼诺（拉尼娜）的起始阶段年份，符号( )指厄尔尼诺（拉尼娜）发生的次年。使用比Ropelewski和Ropelewski更大的月降水量数据集进行ENSO对巴西南部地区降水影响的详细分析。(Halpert(1987，1989)，Grimm等，(1998年))。他们发现在厄尔尼诺(拉尼娜)年的南半球春季整个地区的降水异常呈现一致的阳性(阴性)，在十一月达到高峰。他们也发现大部分地区秋季和厄尔尼诺事件之后一年的冬天出现明显的湿环境。Diaz等人在1998分析了美国东南部降水（包括巴西南部）和大西洋的海温，在太平洋和大西洋有三个时期：11月-二月、十月至十二月及四月至七月。他们发现南方东南部降水和美国、太平洋及太平洋的海温异常在这三个时期大西洋的关系。然而，他们为这些关系建议了三种不同类型的协会。第一个就是降雨量西南亚热带异常和海温异常大西洋（SSA）与ENSO有关，但是彼此独立的。在第二种类型的协会中，会计事件在SSA中产生了滞后的反应，成为影响南美洲东部地区降雨的主要因素。第三个是这样，ENSO独立海温异常发生在SSA，并且影响南美洲东南部的降雨量。他们也建议第一种类型的协会可能适用到11月至2月和10月至12月期间，而第二种或第三种类型的关联可能适用于4月至7月期间。的确，第二种类型协会在SSA中出现了ENSO滞后响应，似乎是湿条件的合理解释在巴西南部，Grimm等人在1998指出，期间厄尔尼诺事件之后的一年的秋冬季。所以，巴西南部降水强劲而一致与ENSO和SST异常有关。但是，巴西南部温度很高，也应注意到ENSO一致性变化（Kiladis和Diaz 1989; Halpert和Ropelewski 1992;Barros等人2002）。在这个地区，气温往往是5月（0）至4月（ ）为厄尔尼诺现象10月（0） - 5月（ ）为低于正常水平拉尼娜事件（Halpert和Ropelewski，1992）。巴罗斯等人在2002年使用再分析和天气网络观察到表面温度，发现正面（负面）南美东南部西部地区在6月（0） - 8月（0）发生ElNintilde;o（拉尼娜）事件的异常。这些研究仅考虑平均温度。

年际气候的另一个重要方面可变性是它与较低频率变化的关系如类似ENSO的年代际变化（周期更高太平洋地区的变率（Zhang et al。1997）和太平洋年代际振荡（PDO）（Mantua et al人。 1997年）。海温、海平面的全球异常模式压力（SLP）和风应力场为ENSO样，PDO和ENSO模式非常相似。但是，曼图亚等人在1997年表明，1900 - 1924年和1947年 - 1976年的时期年代际SST的模式不太平等，局限在东太平洋并显示出重要的意义在北太平洋温带结构（曼图亚1997;Zhang等人1997年）。而在1925-1946年和1977年至1990年代中期发生了相反的阶段。Kayano（2003）表明，厄尔尼诺和拉尼娜事件，在十年的时间尺度上表现出来，对其影响更大南美南部的降水比那些在年际尺度上考虑。 Andreoli和Kayano（2005）发现南方的厄尔尼诺信号美国的降雨对温暖更显着PDO制度比冷PDO制度。 Kayano和Andreoli（2007）建议PDO创建背景为南方的ENSO遥相关美国的降雨，建设性地（破坏性地）采取行动这些现象发生时的降水异常相同（相反）阶段。

因此，在本文中，主要目标是摆脱有关负责变化机制的一些信，巴西南部的降水量TMAX和TMIN通过考虑到年际的存在年代际变化。 值得一提的是，这一点论文将只涉及与温度有关的方面可变性而不是温度趋势，这是超出了本文的范围，并将在本文中进行分析未来的研究。 本文也将解决关于降水的时间依赖性的问题，巴西南部使用时间频率的TMIN和TMAX变率分析。 因此，这项工作将基于连续小波变换（CWT），这是一个确定主导模式的适当技术可变性以及这些模式如何随时间而变化。

1. 数据和方法

本研究中使用的数据包括月降水量，1913-2006年间巴西天气网络的南部五站的TMIN和TMAX记录。这些数据来自国家气象研究所。使用的站是Bageacute;（31°21S; 54°06W），Passo Fundo（28°15S; 52°24W），Pelotas（31°52S; 52°21W），阿雷格里港（30°01S; 51°13W）和圣玛丽亚（29°42S; 53°42W），分布均匀

巴西南部。 版本2月度格网SST数据也使用Smith和Reynolds（2004）重新构建的方法

并可在以下网址找到：http://www.jisao.washington.edu/data_套/ersst/ index2.html＃数据。 SST数据也被选中在1913-2006年间，纬度为2°times;2°，经度分辨率。

首先，计算月平均温度。标准化的月降水异常时间序列，TMAX，TMIN和平均温度为每个地面站使用气候学的1913-2006基期。 这些变量的指标是通过平均得到相应的五个标准化月异常时间序列。

为了调查这些指数的关系以及赤道东太平洋海温和SSA，使用两个SST指数。 第一个描述了ENSO变化，并由Nintilde;o3.4指数定义为在4°N范围内的平均SST异常，4°S，170°W和120°W。 第二个索引代表SST中的SST变化，并由异常情况给出该区域的平均SST限制在20°S，40°S，60°W和40°W。 这个区域包含了SST的区域已显示异常与降雨有关迪亚兹在南美洲东南部的变化等人。（1998）。 该指数在下文中被称为SSA指数。 1913 - 2006年的气候学被用于SST指数。

在进行小波分析之前，从降水量，温度和SST指数将线性趋势消除。该获得这些指数的时频变化。 为了寻找降水变化的原因，对它们进行小波分析，计算TMAX和TMIN指数的小波一致性和它们与SST指数之间的相位差异。

Morlet小波变换用于时间频率分析。这个小波是一个复指数调制由高斯，e iw0he？h2 = 2，其中eta;= t / s，其中t是时间，s是小波尺度，omega;0是无量纲的频率。小波的计算过程使用由Torrence和Compo（1998）描述的分析这里。 值得一提的是小波函数每个标度s被s-1/2标准化以具有单位能量，这确保了每个尺度s处的小波变换相互媲美并且与其他时间的转换相媲美系列（Torrence和Compo 1998）。

Torrence和Webster（1999）提出小波一致性和相位的计算的差异是在这里使用。 给定两个时间序列X（t）和Y（t）以及它们的值小波变换WX（t，s）和WY（t，s），交叉小波谱定义为WXYdt;sTHORN;=WXeth;t;？sTHORN;WYDT;STH，其中（*）是复共轭。 小波平方一致性被定义为的平方模数平滑的交叉小波频谱，通过平滑归一化小波谱：R2eth;t; sTHORN;=JHS1WXYeth;t;sTHORN;ij2HS1WXeth;t;sTHORN;ihs1WYeth;t;sTHORN;i，其中lt;gt;表示时间和比例平滑。 因子s-1是用于将平方小波一致性转换为能量密度。 另外，小波一致性阶段差值由下式给出：Delta;Phi;eth;t; stan = tan？1 = m s？fh1WXYeth;t;sTHORN;iglt;efhs1WXYeth;t;sTHORN;ig，其中eth;=mTHORN;和eth;lt;eTHORN;是虚构的和真实的部分WXY（t，s），分别为（Torrence和Webster 1999）。

给定尺度s的全局小波能量（GWP）为所有局部小波功率谱的时间平均值（WPS），由Torrence和Compo的等式22给出（1998年）为：

为了便于讨论，“在5％级别“被省略以指代GWP的重要性，WPS和一致性。

3.结果

3.1 SST指数的小波分析

Nintilde;o3.4指数的全球升温潜能值显示年际变化（1.8-5.5年）与5年峰值差异，而在13年时是次要的非显著高峰（图1b）。强劲的5年高点是由于美国的重大差异，这个尺度是在1940年左右的WPS中观察到的，1920-1930和1960-2000时期，这些都与之相关与赤道东太平洋ENSO相关的SST变化太平洋（图1a）。 次要的13年高峰是由于不显著在1930 - 1945年期间这种规模的差异和1970 - 2000年期间。 热带地区的这个盆地的SST变率这个时间尺度的太平洋地区以前曾被报道过与ENSO年代际年代际变化有关（张等1997）。

SSA指数的GWP显示出重大意义年代际的34年高峰，6年的高峰期和a次要非重要的16年高峰（图1d）。该强劲的34年高峰是由于这方面的显着差异从1925年到1985年观察到的规模。在这个时期，PDO指数在1925 - 1946年间显示正值1977 - 1985年期间，1947- 1976年为负值在1957 - 1962年期间极性发生逆转（曼图亚等人，1997年）。 这种极性在冷PDO内反转阶段意味着一个34年的时期振荡叠加到PDO时期。 因此，SSA的34年高峰可能是对PDO或其部分的远程响应。 次要的6年高峰是由于4-8年的显着差异在1913 - 1925年和1950 - 1968年期间观察到（图1c）。 SSA的年际变异性1950-1968年可能是ENSO独立的，因为Nintilde;o的3.4指数在这方面的年际变率最低时期（图1a）。 此外，频率很高（0.25-1年）的差异发生在SSA指数期间相对较短的时间间隔分散在94年期间。

3.2降水和温度的小波分析指数

降水指数的全球升温潜能值显示出主要的显着的年际（6年）高峰，次要不显着峰值在24和2.3年（图2b）。 强全球变暖潜能值的6年高峰是由于年际间的显着性（4 - 7年）在1913 - 1925年，1945 -1975年间的差异1995 - 2006年期间（图2a），这似乎与此有关SSA和东太平洋热带海温的变化海洋。 事实上，发生显着的年际差异

1950-1968年的SSA指数和Nintilde;o3.4指数在1960 - 2000年期间。 次要的2.3年峰值反映了短时间内的显着差异研究开始，中间和结束的时间间隔期间（图2a），这反过来可能与之相关ENSO的两年周期振荡成分报告以前由Ropelewski等人。 （1992）和Tomita和Yasunari（1996）。 另一方面，显着高频率（0.25-1年）的降水量变化指数发生在相对较短的时间间隔内在94年的时间里，除了1930年之前，1970年 - 1980年，1998年后相对较少（图2a）。

TMAX指数的GWP显示出重大意义，8.5年为高峰，次高峰为0.24年（显着）和1.06年（非显着）（图3b）。 8.5-这一比例的高峰是由于这个比例的显着差异在1945-1975年期间（图3a），这部分可能与SSA中的SST变化有关。其实，这个2008年期间SSA指数显着4-8年的差异1950-1968年重叠了8.5年的显着差异TMAX指数。 1.06年的高峰是由重大造成的在1922-1985年期间散布的相对较短的时间间隔内，这种尺度的差异显示出来（图3a）。在此外，显着高频（0.25-0.5年）差异因为TMAX指数在相对较短的时间内发生在94年期间分散的时间间隔除外1965-

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