青藏高原中东部地表感热趋势转折特征及成因分析
发布时间：2021-03-20 23:35
利用气候变化趋势转折判别模型（PLFIM）分析了1982-2018年青藏高原（下称高原）70个站地表感热通量趋势转折特征,并从高原地温和气温对同期北半球变暖的响应速度,以及大气环流背景场等方面分析其趋势转折的可能原因。结果表明:（1）高原4个气候区的年平均地表感热均在2000年前后发生了由显著减弱到显著增强的趋势转折,其中Ⅱ区（高原东部）最早发生转折（1999年）,其次是Ⅰ区（高原北部）和Ⅳ区（高原东南部）（2000年）,Ⅲ区（高原西南部）最晚（2002年）。Ⅱ区和Ⅲ区是高原感热趋势转折的关键区。Ⅱ区感热的变化主要由地温的增温加快使地气温差加大所导致,Ⅲ区则主要受地面风速变化的影响,2000年后地面风速的增加对该区感热的趋势转折有重要贡献。（2）2000年之前,北半球中纬度西风急流偏弱且急流轴位置偏南,同时高原北（南）部到高（低）纬度地区温度异常偏高（低）,经向温度梯度和气压梯度减小,使得这一时期高原风速持续减小;2000年之后与之前相反,高原风速的减小趋势在这一时期得到缓解,并逐渐转变为增加趋势,进而造成了高原地表感热变化趋势的转折。
【文章来源】：高原气象. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
1982-2018年青藏高原4个分区年平均感热变化过程
前人对高原整体气候倾向率特征的分析表明，地面风速的减小对2003年之前高原感热的减弱有重要贡献（Duan et al,2008;Liu et al,2012；王美蓉等，2012;Yang et al,2014），而2003年之后高原地面风速减小趋势的趋缓和地气温差的增大可能是高原感热增强和趋势转折的主要原因（戴逸飞等，2016;Zhu et al,2017;Wang et al,2018；解晋等，2018）。但是高原不同区域情况是否一致，为此通过1982-2018年高原4个区年平均地温、气温、地气温差及地面10m风速标准化序列的逐年演变（图3）可以看出，4个要素在不同区域的演变不尽相同。地温和气温序列整体呈上升趋势，尤其从20世纪90年代中后期至21世纪00年代初，增长趋势最为明显；2009年开始，这种增长趋势出现了停滞并有小幅度的降温趋势，特别是在Ⅲ区和Ⅳ区。由气候倾向率统计结果（表1）可以发现，高原4个区的地温在感热通量趋势转折后的升温率均高于转折之前，而气温却有不同程度的改变，Ⅰ区和Ⅲ区升温率减弱，特别是Ⅰ区，升温率减弱69%，而在高原Ⅱ区和Ⅳ区气温增温率与之前几乎相当，略有增加。地气温差受地温与气温变化的共同影响，在感热趋势转折之前高原Ⅰ区地气温差呈减弱趋势，其余3个区没有明显的变化趋势（表1），转折后高原Ⅰ区和Ⅱ区地气温差呈现显著增加趋势，倾向率分别达到0.39℃·（10a)-1和0.27℃·（10a)-1，通过了α=0.01的显著性t检验，而在高原的Ⅲ区和Ⅳ区由于地温和气温在2009年出现了小幅降温趋势，导致这一时段地气温差变化趋势不明显，但在2000-2009年期间地气温差为显著的增加趋势，倾斜率分别达到0.93℃·（10a)-1和0.82℃·（10a)-1，通过了α=0.01的显著性t检验。风速的变化与温度不同，4个区在感热通量转折前均为显著的减弱趋势，特别是Ⅲ区，气候倾斜率达到-0.42 m·s-1·（10a)-1。这与前人的研究结果相同（You et al,2014；姚慧茹等，2016；徐丽娇等，2019），即高原10 m风速在2000年代之前表现为明显的减少趋势。但从2000年开始，风速的减小趋势趋于平缓，并表现为小幅的年际波动增长，这种增长趋势在高原Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区都很明显，气候倾斜率均通过了α=0.01的显著性t检验。通过以上分析表明，地温、气温、地气温差和风速等感热相关气象要素在高原的不同区域，具有不同的演变特征，高原感热演变趋势的转变在不同区域影响因素也不尽相同，所以对高原感热趋势转折的物理成因需要分区域来认识。综上可知，高原4个区的年平均地表感热都发生了由显著减弱到显著增强的趋势转变，转折时间为Ⅱ区最早（1999年），其次是Ⅰ区和Ⅳ区（2000年），Ⅲ区最晚（2002年）。在高原感热趋势转折之前，4个区的地面风速均表现出显著的减弱趋势，气温和地温为显著升温趋势，地气温差无明显变化趋势。在高原感热趋势转折之后，高原Ⅰ区风速无明显变化趋势，之前的减弱趋势出现了停滞，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区风速均转变为显著增加趋势；地温的增温速率比之前明显增快，而4个区气温的增温率与之前相比几乎不变或有减弱，导致地气温差出现增加趋势。那么，不同区域影响高原感热趋势转折的主导因素究竟是什么？是否仅与地面气象要素的趋势变化有关？在第5部分将对各区域不同要素对高原感热趋势转折的相对贡献进行定量分析。
从式（1）可知，地气温差和地面10 m风速是影响感热变化的重要因子。为了研究各因子对高原不同区域感热的影响，采用多元线性回归模型的方差分析方法进行定量评估，分别计算高原各站感热趋势转折前后，地气温差和地面风速变化对其影响的方差贡献率。从高原4个分区地气温差和地面风速对感热变化的方差贡献率超过50%的站数统计（表2）可以看出，感热趋势转折前，高原Ⅰ区感热的变化受高原风速和地气温差的共同影响，地气温差和风速的方差贡献率超过50%的站点各占一半。从各要素方差贡献超过50%的站点分布[图6(a）]可以发现，在柴达木盆地四周地气温差对感热的贡献略大，而在柴达木盆地外围风速对感热的贡献略大，这可能主要与地形有关。而在高原的Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，风速对感热变化的影响均较强，各要素方差贡献率超过50%的站点，受地面风速影响为主的站点约为地气温差的2倍，地面风速的影响占优势。这些站点主要分布在Ⅱ区的南部和Ⅲ区、Ⅳ区的中部[图6(a）]，这与第三节只从要素的气候倾斜率反映出的结果有所不同，这说明要素影响的贡献率和气候倾斜率不同，虽然感热转折前，地气温差的气候倾斜率不如风速的变化显著，但是同样对感热的变化具有较重要贡献。感热趋势转折后，地气温差和风速对高原感热变化的方差贡献率与之前相比，在Ⅲ区没有发生变化，而其他3个区受地气温差影响的方差贡献率超过50%的站点均出现不同程度的增加，受风速影响的方差贡献率超过50%的站点减小了约一半，Ⅰ区感热的变化受地气温差的绝对主导[图6(b）]，其区域内全部站点地气温差对感热变化的方差贡献率均超过了50%，在Ⅱ区和Ⅳ区地气温差方差贡献超过50%的站点个数大约是地面风速的2倍，地气温差的影响占优势。综上可知，高原感热趋势转折前，在Ⅰ区地气温差和地面风速的影响贡献率相当，在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区地气温差的影响贡献率约为地面风速一半，所以，高原感热的减弱不仅仅受风速变化的影响，地气温差变化的影响也不容忽视。高原感热趋势转折后，高原Ⅰ区感热的变化以地气温差变化的影响为绝对主导，在Ⅱ区和Ⅳ区地气温差的影响贡献率约为地面风速2倍，Ⅲ区没有发生变化。高原北部即32°N以北的区域地气温差的变化对感热的变化有重要贡献。
【参考文献】：
期刊论文
[1]1961—2010年青藏高原气候变化特征分析[J]. 徐丽娇,胡泽勇,赵亚楠,洪潇宇. 高原气象. 2019(05)
[2]青藏高原积雪对陆面过程热量输送的影响研究[J]. 王婷,李照国,吕世华,姚闯,马翠丽. 高原气象. 2019(05)
[3]青藏高原多年冻土特征、变化及影响[J]. 程国栋,赵林,李韧,吴晓东,盛煜,胡国杰,邹德富,金会军,李新,吴青柏. 科学通报. 2019(27)
[4]那曲高寒草地长时间地面热源特征及其气候影响因子分析[J]. 严晓强,胡泽勇,孙根厚,谢志鹏,王奕丹,郑汇璇. 高原气象. 2019(02)
[5]青藏高原地表非绝热加热模态及其与中国北方环流异常的联系[J]. 于涵,张杰,刘诗梦. 高原气象. 2019(02)
[6]Influence of Late Springtime Surface Sensible Heat Flux Anomalies over the Tibetan and Iranian Plateaus on the Location of the South Asian High in Early Summer[J]. Haoxin ZHANG,Weiping LI,Weijing LI. Advances in Atmospheric Sciences. 2019(01)
[7]青藏高原不同海拔地表感热的年际和年代际变化特征及其成因分析[J]. 于威,刘屹岷,杨修群,吴国雄. 高原气象. 2018(05)
[8]青藏高原感热气泵影响亚洲夏季风的机制[J]. 吴国雄,刘屹岷,何编,包庆,王子谦. 大气科学. 2018(03)
[9]青藏高原中东部地区地表感热通量的时空变化特征[J]. 张超,田荣湘,茆慧玲,张志非,申紫薇. 气候变化研究进展. 2018(02)
[10]青藏高原地表感热通量变化特征及其对气候变化的响应[J]. 解晋,余晔,刘川,葛骏. 高原气象. 2018(01)
本文编号：3091872
【文章来源】：高原气象. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
1982-2018年青藏高原4个分区年平均感热变化过程
前人对高原整体气候倾向率特征的分析表明，地面风速的减小对2003年之前高原感热的减弱有重要贡献（Duan et al,2008;Liu et al,2012；王美蓉等，2012;Yang et al,2014），而2003年之后高原地面风速减小趋势的趋缓和地气温差的增大可能是高原感热增强和趋势转折的主要原因（戴逸飞等，2016;Zhu et al,2017;Wang et al,2018；解晋等，2018）。但是高原不同区域情况是否一致，为此通过1982-2018年高原4个区年平均地温、气温、地气温差及地面10m风速标准化序列的逐年演变（图3）可以看出，4个要素在不同区域的演变不尽相同。地温和气温序列整体呈上升趋势，尤其从20世纪90年代中后期至21世纪00年代初，增长趋势最为明显；2009年开始，这种增长趋势出现了停滞并有小幅度的降温趋势，特别是在Ⅲ区和Ⅳ区。由气候倾向率统计结果（表1）可以发现，高原4个区的地温在感热通量趋势转折后的升温率均高于转折之前，而气温却有不同程度的改变，Ⅰ区和Ⅲ区升温率减弱，特别是Ⅰ区，升温率减弱69%，而在高原Ⅱ区和Ⅳ区气温增温率与之前几乎相当，略有增加。地气温差受地温与气温变化的共同影响，在感热趋势转折之前高原Ⅰ区地气温差呈减弱趋势，其余3个区没有明显的变化趋势（表1），转折后高原Ⅰ区和Ⅱ区地气温差呈现显著增加趋势，倾向率分别达到0.39℃·（10a)-1和0.27℃·（10a)-1，通过了α=0.01的显著性t检验，而在高原的Ⅲ区和Ⅳ区由于地温和气温在2009年出现了小幅降温趋势，导致这一时段地气温差变化趋势不明显，但在2000-2009年期间地气温差为显著的增加趋势，倾斜率分别达到0.93℃·（10a)-1和0.82℃·（10a)-1，通过了α=0.01的显著性t检验。风速的变化与温度不同，4个区在感热通量转折前均为显著的减弱趋势，特别是Ⅲ区，气候倾斜率达到-0.42 m·s-1·（10a)-1。这与前人的研究结果相同（You et al,2014；姚慧茹等，2016；徐丽娇等，2019），即高原10 m风速在2000年代之前表现为明显的减少趋势。但从2000年开始，风速的减小趋势趋于平缓，并表现为小幅的年际波动增长，这种增长趋势在高原Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区都很明显，气候倾斜率均通过了α=0.01的显著性t检验。通过以上分析表明，地温、气温、地气温差和风速等感热相关气象要素在高原的不同区域，具有不同的演变特征，高原感热演变趋势的转变在不同区域影响因素也不尽相同，所以对高原感热趋势转折的物理成因需要分区域来认识。综上可知，高原4个区的年平均地表感热都发生了由显著减弱到显著增强的趋势转变，转折时间为Ⅱ区最早（1999年），其次是Ⅰ区和Ⅳ区（2000年），Ⅲ区最晚（2002年）。在高原感热趋势转折之前，4个区的地面风速均表现出显著的减弱趋势，气温和地温为显著升温趋势，地气温差无明显变化趋势。在高原感热趋势转折之后，高原Ⅰ区风速无明显变化趋势，之前的减弱趋势出现了停滞，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区风速均转变为显著增加趋势；地温的增温速率比之前明显增快，而4个区气温的增温率与之前相比几乎不变或有减弱，导致地气温差出现增加趋势。那么，不同区域影响高原感热趋势转折的主导因素究竟是什么？是否仅与地面气象要素的趋势变化有关？在第5部分将对各区域不同要素对高原感热趋势转折的相对贡献进行定量分析。
从式（1）可知，地气温差和地面10 m风速是影响感热变化的重要因子。为了研究各因子对高原不同区域感热的影响，采用多元线性回归模型的方差分析方法进行定量评估，分别计算高原各站感热趋势转折前后，地气温差和地面风速变化对其影响的方差贡献率。从高原4个分区地气温差和地面风速对感热变化的方差贡献率超过50%的站数统计（表2）可以看出，感热趋势转折前，高原Ⅰ区感热的变化受高原风速和地气温差的共同影响，地气温差和风速的方差贡献率超过50%的站点各占一半。从各要素方差贡献超过50%的站点分布[图6(a）]可以发现，在柴达木盆地四周地气温差对感热的贡献略大，而在柴达木盆地外围风速对感热的贡献略大，这可能主要与地形有关。而在高原的Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，风速对感热变化的影响均较强，各要素方差贡献率超过50%的站点，受地面风速影响为主的站点约为地气温差的2倍，地面风速的影响占优势。这些站点主要分布在Ⅱ区的南部和Ⅲ区、Ⅳ区的中部[图6(a）]，这与第三节只从要素的气候倾斜率反映出的结果有所不同，这说明要素影响的贡献率和气候倾斜率不同，虽然感热转折前，地气温差的气候倾斜率不如风速的变化显著，但是同样对感热的变化具有较重要贡献。感热趋势转折后，地气温差和风速对高原感热变化的方差贡献率与之前相比，在Ⅲ区没有发生变化，而其他3个区受地气温差影响的方差贡献率超过50%的站点均出现不同程度的增加，受风速影响的方差贡献率超过50%的站点减小了约一半，Ⅰ区感热的变化受地气温差的绝对主导[图6(b）]，其区域内全部站点地气温差对感热变化的方差贡献率均超过了50%，在Ⅱ区和Ⅳ区地气温差方差贡献超过50%的站点个数大约是地面风速的2倍，地气温差的影响占优势。综上可知，高原感热趋势转折前，在Ⅰ区地气温差和地面风速的影响贡献率相当，在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区地气温差的影响贡献率约为地面风速一半，所以，高原感热的减弱不仅仅受风速变化的影响，地气温差变化的影响也不容忽视。高原感热趋势转折后，高原Ⅰ区感热的变化以地气温差变化的影响为绝对主导，在Ⅱ区和Ⅳ区地气温差的影响贡献率约为地面风速2倍，Ⅲ区没有发生变化。高原北部即32°N以北的区域地气温差的变化对感热的变化有重要贡献。
【参考文献】：
期刊论文
[1]1961—2010年青藏高原气候变化特征分析[J]. 徐丽娇,胡泽勇,赵亚楠,洪潇宇. 高原气象. 2019(05)
[2]青藏高原积雪对陆面过程热量输送的影响研究[J]. 王婷,李照国,吕世华,姚闯,马翠丽. 高原气象. 2019(05)
[3]青藏高原多年冻土特征、变化及影响[J]. 程国栋,赵林,李韧,吴晓东,盛煜,胡国杰,邹德富,金会军,李新,吴青柏. 科学通报. 2019(27)
[4]那曲高寒草地长时间地面热源特征及其气候影响因子分析[J]. 严晓强,胡泽勇,孙根厚,谢志鹏,王奕丹,郑汇璇. 高原气象. 2019(02)
[5]青藏高原地表非绝热加热模态及其与中国北方环流异常的联系[J]. 于涵,张杰,刘诗梦. 高原气象. 2019(02)
[6]Influence of Late Springtime Surface Sensible Heat Flux Anomalies over the Tibetan and Iranian Plateaus on the Location of the South Asian High in Early Summer[J]. Haoxin ZHANG,Weiping LI,Weijing LI. Advances in Atmospheric Sciences. 2019(01)
[7]青藏高原不同海拔地表感热的年际和年代际变化特征及其成因分析[J]. 于威,刘屹岷,杨修群,吴国雄. 高原气象. 2018(05)
[8]青藏高原感热气泵影响亚洲夏季风的机制[J]. 吴国雄,刘屹岷,何编,包庆,王子谦. 大气科学. 2018(03)
[9]青藏高原中东部地区地表感热通量的时空变化特征[J]. 张超,田荣湘,茆慧玲,张志非,申紫薇. 气候变化研究进展. 2018(02)
[10]青藏高原地表感热通量变化特征及其对气候变化的响应[J]. 解晋,余晔,刘川,葛骏. 高原气象. 2018(01)
本文编号：3091872
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