北太平洋海表温度对华北地区秋季强降水事件的影响外文翻译资料

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北太平洋海表温度对华北地区秋季强降水事件的影响

李惠新ae，陈霍波ac，王惠军bcad

a.竺可桢-南森国际研究中心，大气物理研究院，中国科学院，中国 北京；

b.气候与环境变化国际合作联合实验室，中国 江苏 南京；

c.气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京信息工程大学，中国 江苏 南京；

d.中国科学院气候变化研究中心，中国 北京；

e.中国科学院研究生院地球科学学院，中国 北京。

摘 要

本文主要研究了华北秋季（9月）强降水频次发生年代际变化的可能原因。经过分析发现，华北秋季强降水频次在2000/01年发生了年代际增强，而它的变化与北太平洋SST变化密切相关。2000/01年之前，影响华北强降水的SST关键区主要位于中国东部海域；2000/01年SST关键区向东偏移，正是这种偏移使得北太平洋西部副热带高压增强，向华北地区的水汽输送增加，从而使得华北地区发生强降水的概率增加。进一步研究指出，北太平洋SST年际变率的变化可能是造成SST与华北秋季强降水频次显著相关区发生东移的原因，更多的原因还需要深入研究。

关键词

强降水; 秋季; 华北; SST;北太平洋

1.引言
在全球变暖背景下，世界范围内极端气象事件发生的概率明显增加（Michel-Kerjan和Morlaye 2008;Stefan和Dim 2011;Chen和Sun 2015）。极端的降水可能会导致诸如山体滑坡和洪水等灾害，从而导致巨大的经济，生态和社会损失。例如，2012年夏天，北京经历了一次极端降水事件，经济损失达116亿元，160万人受影响。因此，了解极端降水事件发生背后的机制，来提高预测能力和发展预警系统是非常重要的。

多项研究调查了中国极端降水的特点，以及相关的大气环流的变化和可能的机制（例如Yang，Jiang，Wang，2008;Wang和Qian 2009;Dong，Chen 2011;Chen，Sun，和Fan 2012；Wang等2012; Fu et al. 2013年太阳和敖2013Liu et al。2015）。例如，Sun等人（2010）探讨了中国强降雪变化;Mao等人（2011）指出，中国中南部冬季极端降水与北极涛动变化密切相关。Li，Chen，Wang（2016）表明，聚集华南夏季极地降水事件的水汽来源不同；Uotila，Karpechko和Vihma（2014）指出，北极海冰浓度的变化对中国夏季极端降水起着重要的作用。此外，SST也与中国夏季和冬季的极端降水密切相关（Zhang and Ding，2004; Wang et al。，2014; Zhang et al。，2015）。

在中国，与夏季相比，秋季降水量和降水强度要弱得多，但后果仍然很严重，影响不应忽视（Gu et al。2012）。已有研究成功调查了中国秋季平均降水量的变化及其相关机制（Zhang，Gao，Zhao 2003；Niu and Li 2008

Gemmer et al。2011）。例如，Gu et al.（2014）指出，热带太平洋东西部的SST梯度对华南地区的秋季降水有重大影响。Zhang和Sumi（2002）指出，厄尔尼诺现象的成熟阶段有利于华南秋季降水；而Han，Zhang，Su（2013）提出了热带太平洋SST的冷却与华北地区秋季降水之间的关系。显然，热带太平洋SST对中国秋季平均降水变化的影响很重要。此外，一些研究（例如Han2014）有证据表明，温带太平洋SST的变化也对调整中国秋季降水起着重要作用。

尽管如上所述有相当大的工作量，但很少有研究关注秋季极端降水的变化，因此本文重点研究秋季极端降水的变化这个主题。在简介后，第2节描述了使用的数据集，第3节介绍了结果，第4节总结了研究的主要发现。

2.数据
本研究的目标地区是华北地区（35°-45°N，110°-120°E）。国家气象中心收集并提供的华北67个气象站的日降水资料，日降水量超过5mm/d的定义为强降水事件，相当于日降水量的第90百分位阈值。根据这一定义，10、11月份这个地区几乎不会发生强降水事件。因此，本研究中的强降水事件主要集中在9月份。同时也采用NCEP-NCAR每月再分析数据，水平分辨率为2.5°times;2.5°（经度times;纬度）。NCEP-NCAR给出的变量包括位势高度，经向风和纬向风，表面压力和比湿度。每月SST数据来自Hadley Center，水平分辨率为1.0°times;1.0°。

3.结果
图1（a）显示了9月份华北地区强降水事件发生的时间序列及其相应的9年低通滤波结果。其年际变化以及年代际变化明显。通过Lepage方法测试（图1（b））和移动t检验（MTT）（图未显示）表明，在2000/01年左右，在这一地区九月份发生的强降水事件发生了显著的（均超过95％的置信水平）年代际增长。因此，以下分析侧重于两个子期：1960-2000年和2001-2014年。此外，极端降水的变率也从1960年至2000年的0.99增加至2001-2014年的1.08。
为了了解华北地区强降水事件的年代际增长的可能原因，我们回归了两个子时期北太平洋西部的同期SST，如图1（c）和（d）所示。显然，这两个时期有不同的空间分布。在第一个时期间，东亚大陆（东海到中国）附近可以观察到显著的信号，如（25°-45°N，120°-140°E）内的“A”标记。然而，东亚大陆附近的重要信号在后一个时期间逐渐消失，向东移动至“B”标记（15°-35°N，140°-160°E）内。因此，北太平洋西部的SST的变化可能是近几十年来华北地区强降水事件发生年代际变化的原因。此外，8月份北太平洋西部地区可能会出现较弱的SST异常现象（数字未显示），9月份仍然持续增长。这可以为早期预测华北极端降水事件提供有价值的信息。
定义了两个指标（I SSTA和I SSTB），用于进一步的研究。将I SSTA定义为1960-2014年期间A区平均SST的标准化时间序列，I SSTB同理，但为B区。另外，关于强降水频率（FHP）事件（I FHP）的另一个指标也被用作华北地区平均FHP的时间序列。图1（e）显示了这些指标的时间序列。显然，在20世纪90年代初之前，I SSTA与I FHP呈现出一致的变化，而在21世纪初，I SSTB与I FHP更接近。I FHP和I SSTA（I SSTB）之间的21年滑动相关系数验证了这种关系变化（图未显示）。结果显示，1987/1988年以后，I FHP与I SSTA之间的关系变弱；而对于I FHP和I SSTB，2000/2001年后，关系变得更强。这些关系变化与I FHP的年代际变化是一致的，特别是对于I FHP和I SSTB之间的相关性。

图2给出了1960年至2000年期间，均去除线性趋势后，I FHP与环流场以及SST的回归分布。尽管1987年以后I SSTA与I FHP之间的关系变弱，1960-1987年期间的回归模式（数字未显示）与1960-2000年期间的结果非常相似。因此，我们只显示1960-2000年这个时期的结果。如图2（a）所示，200hPa纬向风回归图显示了东亚地区的“负-正-负”模式。早期的研究表明，东亚副热带西风急流（EAWJ）入口的右手侧有利于上层的水平辐散（例如Barry和Carleton 2001）。此外，华北地区的EAWJ入口（图未显示）的位置盛行大规模一致的上升运动。因此，上升运动和上层辐散有利于华北地区发生强降水。500hPa位势高度的回归模式（图2（c））显示了西北太平洋的一个显著的异常反气旋中心，表明华北地区发生强降水事件时，西北太平洋副热带高压（WNPSH）更强。由于WNPSH的强化，850hPa风速场（图2（e））中出现了显著的异常反气旋，导致华北地区水汽输送（WVT）增加（图2（g））。低层次的异常南风和整层的WVT可为华北地区发生强降水带来有利条件。

我们进一步回归大气环流与同期的I SSTA，并得到类似的结果（图2的右图）。在200hPa纬向风场中，东亚大陆呈现类似的“负-正-负”模式。东亚地区附近SST的增加，可能加强WNPSH，加剧南极风向异常，从而导致越来越多的水汽输送进入华北地区。因此，增加的SST为1960-2000年期间华北地区发生强降水提供了有利的背景。
对于后一时期（2001-2014年），SST关键区从A向东移动到B（图1）。同时，200hPa纬向风的模式（图2（a），在1960-2000年间）以一个显著的三级模式向东移至北太平洋中部（图3（a），在2001-2014年间）。在这一模式下EAWJ的位置也与在华北地区上升运动位置相一致（数字未显示）。在500hPa位势高度（图3（c））方面，显著的正异常中心向东南移动，并在北太平洋中部形成了显著的三极模式。此外，这种模式也有利于水汽从热带海洋到华北地区输送（图3（g）），为后一时期发生强降水提供了足够的水汽。当使用I SSTB（图3中的右侧面板）实现回归时，得到了类似的模式。
上述分析表明，西北太平洋地区的SST可以通过调节相应的环流和WVT来影响华北地区强降水的发生。然而，在研究的这个时期，SST的关键区域在两个子时期有所不同。因此，出现了为什么会发生这种变化的问题。为了回答这个问题，我们计算了两个时期之间的SST差异（图4）。显然，与1960-2000年相比，2001-2014年太平洋地区的SST在均匀上升。同时，A区SST的差异（标准偏差）变得较弱，但在后一时期B区的则增加了。这个差异的增加在某种程度上导致了SST关键区从A到B的转移。今后还需要进一步的工作来验证这个推断。

4.结论
本文研究了近几十年来华北地区9月份强降水的变化特征，揭示了2000/

2001年左右的年代际变化。调查了这一变化的可能原因，结果表明，从上到下的大气环流一致，为华北地区发生强降水提供了有利的环境。大气模式包括相对于华北地区EAWJ的位置及其强度；华北地区上空垂直环流一致；WNPSH的增强；较低层的南极异常；以及从热带海洋综合WVT的增加。所有这些因素都有利于华北地区强降水事件的发生。此外，发现北太平洋的同期SST显著影响强降水的发生。但是，研究期间，影响强降水的SST关键地区在1960-2000年和2001-2014年的子期间有所不同。其他的工作表明，北太平洋SST差异的变化可能部分地影响华北地区强降水发生的年代际变化。区域A的SST差异减少，而区域B的则增加，导致SST与强降水发生之间的关系不稳定，最终导致了北太平洋从A区到B区的SST关键区的转移。

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