一次发生在南美洲低空急流实验期间的阿根廷东部热浪过程的特征外文翻译资料

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一次发生在南美洲低空急流实验期间的阿根廷东部热浪过程的特征

摘要

这篇文章描述了与阿根廷中部一次热浪过程同时发生的物理过程，这些过程都发生于2003年3月南半球的夏季期间，在这期间南美洲低空急流实验（SALLJEX）正在进行。在1月25日至2月2日的SALLJEX热浪过程持续的3天时间里，它被某些极端的条件加强了，这个区域的几个站点最高温度创下了35年以来的记录。研究发现不仅天气尺度波动的活动，还有季节内震荡变化，它们对这个夏天温度的攀升有巨大影响。在热浪形成的前几周内，强烈的南大西洋辐合带（SACZ）主要控制了热带南美洲的大气。因为下沉运动、非绝热加热和SACZ，副热带温度逐渐升高，这与SALLJEX高层大气观察一致。一个较高纬度的反气旋在南美洲南部加强，使下沉运动更剧烈。到1月份结束为止，伴随着SACZ的加热过程减弱，但因为南美洲低空急流加强的缘故，温度平流开始控制阿根廷中部。这个机制导致了温度异常到了2月份，随之而来的还有至少比气候平均值大两个标准偏差的温度异常。强烈的太阳辐射加上很强的下沉运动能解释持续到1月31日的热浪过程，在这次过程后，随着温度峰值的出现，水平温度平流成为主要的过程。

1.介绍

对极端温度的分析预测以及对它们持续性的研究非常重要，因为极端温度对人类活动有着很大的影响。据研究，发生在副热带南美洲的强烈热浪过程会对人类造成高危级别的热应力（Campetella and Rusticucci 1998；Alessandro and de Garin 2003），但是，还没有人详细研究在这个特殊地区发生的热浪过程的机制和特征。

副热带南美洲的热浪过程通常与天气尺度波动相联系。Rusticucci和Vargas（1995）和Alessandro、de Grarin（2003）分析了与发生在副热带南美洲的强烈热浪过程相关的天气形势，发现在大多数个例中都有北风发生，同时在阿根廷中部有低压发展。从南部靠近这个区域的前部的系统也为北风的加强做出贡献，这对副热带地区热浪的出现有利。

也有一些证据表明温度的正异常会比阿根廷中部和南部天气尺度的运动时间更为持久（Rusticucci和Vargas 1995）。Campetella和Rusticucci（1998）描述了一次1980年3月在阿根廷中部和南部发生并持续了两周的剧烈热浪过程。在南美洲南部有一次反气旋环流的持续，伴随着持续的低空西北气流。这就是高温产生的原因。持续热浪发生的机制目前尚不清楚。而且，虽然有一些研究已经解决了环流的季节内变化和副热带南美洲降水的相关性问题，但温度和温度异常季节内变化目前也没有得到太多关注。

这篇文章将会描述发生于2003年阿根廷中部和南部、持续了9天（1.25——2.2）的一次热浪的物理过程。在这次过程中，一些站的温度破了记录。这篇文章也会解决季节内变化对这次事件的影响。除了这次热浪的极端特征，它发生在SALLJEX正在进行的2003年3月的夏季也是我们选择它来研究的理由。SALLJ提供了前所未有的观察数据，这使得此事件中结构和温度演变的细节极易被获得。

此文章行文组织如下。第二部分阐述了所用数据，热浪主要特征的评估在第三部分。关于季节内变化和天气尺度波动的讨论分析放在第四和第五部分。为了识别热浪发生的主要机制，将热力学能量方程的诊断放在第六部分。最后，第七部分是总结。

2.数据

使用数据包括12月至2月2002-03NCEP6小时处理分析数据，GDAS的1°times;1°grid17层数据。NCEP/NCAR温度场再分析数据用于与GDAS数据作比较。NOAA日平均数据和OLR场作为降水资料。阿根廷罗萨里奥1200UTC（零时区12：00）的日最高温度和最低温度以及地表温度是由阿根廷国家气候服务中心提供的1968——2003的数据。SALLJEX无线电探空仪观测数据在http：//WWW.EOL.UCAR.EDU/PROJECTS/SALLJEX/DM./可获得。

温度分析是通过罗萨里奥1200UTC的温度演变的研究得到的。罗萨里奥位于这个区域的中心，在研究的这个时间段内有最大的温度正异常。（Fig.3）

3.SALLJEX热浪

南半球2002年3月夏季罗萨里奥1200UTC的地表温度的时间序列被记录在Fig.1,,包含了季节内循环(1968_2003期间的气候日平均温度变化)。一次持续的温度增加过程将1月25日和2月2日之间的这段时期特征化。（下文用SALLJEX热浪指代），同时在Fig.2中最高温度和最低温度的时间序列中也能观察到。并且，将发生于2月2日的温度正异常在95个百分位中分了类，这是1968——2003年2月的最高纪录值。Fig.3显示在

2月2日，SALLJEX热浪席卷了阿根廷中部和南部几乎所有地区，温度超过32℃。在西南部最高温度超过40℃。

1月23日温度开始升高，超过了1月25日至2月2日的气候值。在1月30日观察到了大于标准偏差的异常值，在31日以后发生的事件却至少大于两个标准偏差。因此，SALLJEX热浪的确是一个极端事件。标准温度的演变和异常混合比显示虽然温度异常在此事件中有所增加，但混合比异常却接近于0（fig.4），与SALLJEX热浪相关的干燥的条件是这次事件最根本的特征之一，在下面的部分中会进行深入研究。Fig.4也显示在1月31日之后，混合比异常开始增加，这暗示了一个比较湿润的时期即将开始。

SALLJEX热浪对人类舒适感的影响以RSI来评估，定义RSI=【10.7 0.74（T-35）】/(44-e),其中T为摄氏温度表示的气温，e是水汽压（以百帕斯卡为单位）。这个指标显示了调节体温所需流汗量与大气蒸发能力之间的比率。对于幼年和老年人而言最高的舒适感界限以RSI值来评估分别为0.15和0.10。控制心脏和呼吸问题则需要RSI值在0.18以上。当RSI值大于0.3则代表着失败界限（失去了保持生理热平衡的能力）。对在SALLJEX期间热浪过程中RSI值变化的分析显示，从1月28日起它从0.23单调递增，到2月2日达0.56。RSI指数甚至比温度最高时更高（未显示），这增加了SALLJEX热浪带来的不适感。

在罗萨里奥观察到的地表温度演变地表温度的演化被拿来与GDAS分析和NCEP再分析数据的描述作比较（fig.5），这是为了评估这些数据再现SALLJEX热浪过程的能力。被分析过的数据组都能描述温度演变的主要特征，尽管它们都不能再现SALLJEX热浪时期的正确地表温度值——它们普遍比观察到的值要小。同样地，RUSTICUCCI和Kousky（2002）比较了NCEP再分析资料最高、最低温度和阿根廷的台站资料，发现再分析数据低估了此次极端高温事件的剧烈性。

4.季节内变化

Fig.6表明，罗萨里奥的标准日温度异常不仅显示了典型的天气尺度变化还显示了很强的季节内变化（如10——90日温度异常的过滤时间序列所示），而且，很明显SALLJEX热浪是发生在从1月中旬到2月初）季节内震荡事件过程中。公认的是，关于2002/03南半球夏季罗萨里奥日温度异常光谱分析显示了关于季节内时间尺度的显著变化，尤其是20天左右的变化。

季节内变化和SALLJEX热浪相联系，它是根据对950百帕温度、850百帕（fig.7）、OLR风场和温度场异常的5日平均的分析得出的，从1月29日到2月2日的这些数据以5个为一组，对描述SALLJEX热浪很有代表性，先前的5个为一组的数据与这一组没有联系。

1月19日到1月23日间，在副热带普遍发现了正温度异常（fig.7a）,对流运动在热带南美洲非常剧烈（fig.7b），并伴随着相对强的低空风，把湿空气从玻利维亚输送到了巴西东南部（fig.7c）在那里南大西洋辐合带（SACZ）非常强。暖的条件在阿根廷东部得到了极大的加强，干燥的条件在罗萨里奥临近地区也加强。在那时，SACZ上的对流运动很剧烈，（fig.7e），被流入这个区域的西北低空气流（fig.7f）所加强了。在1月29日和2月2日之间，在阿根廷产生了强正温度异常(fig.7f)。北风低空气流很强，吹入了副热带地区在那里湿空气增多，而SACZ上的对流运动却异常减弱。

Fig.7中环流场和OLR场都和成为SASS的降水模式相似。SASS被认为是季节内时间尺度降水变化的主要模式，它以两极结构为特征。SACZ上降水加强，副热带平原上降水减弱，SALLJ减弱是SASS众多阶段之一的主要特征（如figs.7d-f所示）。一方面，正位相与减弱的SACZ、南部SALLJ的加强，和急流出口的降水加强有关（figs.7g-h）。因此，阿根廷暖条件的加强似乎与SACZ地区加强的对流运动和发生在SALLJ向南加强之前的副热带干旱有关。

之前的工作已经显示了因为补偿性下沉运动机制SACZ活动可能会抑制副热带地区的降水发展,Gandu和Possia（2004）暗示在接近SACZ活跃期结束的时候，阿根廷的温度似乎会升高。然而，下沉运动机制对湿度变化的影响还没有被解决，所以在这篇文章剩下的部分我们将会为了研究SALLJEX热浪而继续探索它。

温度异常也在中小尺度领域中被分析。Fig.8显示了从澳大利亚到南美洲的一个波列，将南美洲的变化与西太平洋和SPCZ地区的变化联系起来，结论与先前的研究一致。

Fig9显示了1月24日和1月28日之间发生在SACZ地区的对流运动，它加强了中阿根廷和巴西东部下沉运动的条件。雷西斯滕西亚（27°27′S,59°02′W）的SALLJEX上层大气观测提供了对这种下沉运动的清晰描述。在1月22日（fig.10a）探空资料显示了650百帕湿润的条件和弱的北风，而在上层，干燥条件和西风很明显。三天以后，探空资料还显示，当SACZ（fig.7e）和下沉运动机制（fig.9）增强时，从地面向上大气十分干暖，在900百帕上尤其干燥（fig.10b）.与之前相比，从650百帕到900百帕有较强的稳定性，可能是因为下沉运动增强。到1月31日为止(fig.10c)，下沉运动减弱，低层更湿，且盛行北风。

5.天气尺度波动

在罗萨里奥，除了季节内振荡运动对温度异常的有力调整，天气尺度波动运动对决定控制温度变化的主要循环模式也起了作用。Fig.11描述了2月2日极端温度发生前一周的天气尺度条件。在1月27日，赤道外反气旋从太平洋进入这片大陆（fig.11b），加强了除SACZ外的辐合下沉运动(fig.9)玻利维亚高压在东太平洋得到加强，比它的气候位置要偏西（fig.11a）。高层低压槽系统，尤其是与SACZ相关的系统，也得到加强。在29日，（fig.11d），地面高压在西南大西洋上移动，然而一个与一个位于南极半岛的显著低压相联系的前部系统沿着南美洲东部东移加强。到那时，玻利维亚高压减弱，赤道外气旋东移（fig.11c）。1月31日，玻利维亚高压和与SACZ有关的循环显著减弱，赤道对流运动也减弱(fig.11e)。在更低层上，赤道外系统持续向东北移动，使阿根廷西北部的低压中心加强。这种气旋特征通常被称为“阿根廷低压”，即在夏季的一种重要的驱动机制，它似乎与SALLJ向南加强有关系。到2月2日罗萨里奥发生极端温度事件，阿根廷西北部低压持续加强，并持续为暖湿北方气流进入阿根廷中部和东部做出贡献。（fig.11h）高层赤道环流是杂乱无章的，相关的对流运动非常弱（fig.11g）有一个上层低压在巴塔哥尼亚维持，为阿根廷低空风的辐合做出贡献。2月2日傍晚，阿根廷发生了降水，温度在6h内降到了15.7℃。fig.6显示天气尺度和季节内的温度特征都在2月2日后减弱。

6.热力学能量方程诊断

为了确定这次极端高温事件的主要机制，我们计算了热力学能量方程的各项。方程如下：

A项代表位温变化趋势，B代表位温平流，C代表位温垂直输送，D是非绝热加热。最后一项包含辐射，地表通量交换、大尺度凝结、对流及摩擦。D看作Eq.（1）的剩余项。Eq.（1）的每一项都作了从地面到850百帕的垂直综合，因为这一层代表了行星边界层。Figure.12展示了2003年1月27日于2月3日之间不同项的演变。1月27日到1月30日之间正温度趋势与非绝热加热相关性最大。赤道对流运动和赤道外反气旋的发展（figs.11a-d）加强了下沉运动和罗萨里奥的晴空环境。强烈的地表显热通量因边界层的强烈太阳辐射和很强的下沉逆温而加强，由于因NAL加剧而产生的强烈北风（figs.11e-h）,此项得到加强，这是导致热浪形成的原因。在1月31日和2月2日间，水平运动项成为主要因素。NAL的加剧使得C项和下沉作用的贡献弱化了。同时，非绝热加热开始减弱（可能是由于云的增加），最后变成了负数。2月2日以后，一股冷空气爆发，使温度趋势和温度平流项都显著减小。

7.结论

这篇文章描述了2003年1月25日到2月2日间发生在阿根廷的一次热浪过程的主要特征。这次过程造成了过去35年2月份的最高温度。偶然地，SALLJEX实验正好于这个夏季进行，它提供了不寻常的密集高层的数据覆盖。

在那个夏季，阿根廷的温度异常显示了天气时间尺度和季节内时间尺度的明显变化。此外，我们发现天气尺度波动和季节内振荡（与SASS模式相似）的综合影响导致了副热带南美洲的炎热环境，这于形成SALLJEX热浪有利。

在2003年1月的下半期，被SACZ之类的系统加强的对流运动在巴西东南部均存在，这种运动加强了阿根廷中部的干热条件。相关的下沉运动加强了晴空条件，晴空条件又反过来加强了显热通量，这导致了热浪过程的开端。SACZ活动与一个罗斯贝波在澳大利亚与南美洲之间传播，这暗示了赤道季节内变化对这次热浪发展有影响。到1月结束为止，SACZ对流运动的减弱和从安第斯东部斜坡到副热带的北风低空气流的加强导致了水平运动造成了热过程的加强。这些造成了阿根廷中部2月2日下午以前的超过40℃的温度峰值。在那天傍晚以前，一个赤道外反气旋

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