青藏高原中東部地表感熱趨勢轉(zhuǎn)折特征及成因分析
發(fā)布時間：2021-03-20 23:35
利用氣候變化趨勢轉(zhuǎn)折判別模型（PLFIM）分析了1982-2018年青藏高原（下稱高原）70個站地表感熱通量趨勢轉(zhuǎn)折特征,并從高原地溫和氣溫對同期北半球變暖的響應速度,以及大氣環(huán)流背景場等方面分析其趨勢轉(zhuǎn)折的可能原因。結果表明:（1）高原4個氣候區(qū)的年平均地表感熱均在2000年前后發(fā)生了由顯著減弱到顯著增強的趨勢轉(zhuǎn)折,其中Ⅱ區(qū)（高原東部）最早發(fā)生轉(zhuǎn)折（1999年）,其次是Ⅰ區(qū)（高原北部）和Ⅳ區(qū)（高原東南部）（2000年）,Ⅲ區(qū)（高原西南部）最晚（2002年）。Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)是高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折的關鍵區(qū)。Ⅱ區(qū)感熱的變化主要由地溫的增溫加快使地氣溫差加大所導致,Ⅲ區(qū)則主要受地面風速變化的影響,2000年后地面風速的增加對該區(qū)感熱的趨勢轉(zhuǎn)折有重要貢獻。（2）2000年之前,北半球中緯度西風急流偏弱且急流軸位置偏南,同時高原北（南）部到高（低）緯度地區(qū)溫度異常偏高（低）,經(jīng)向溫度梯度和氣壓梯度減小,使得這一時期高原風速持續(xù)減小;2000年之后與之前相反,高原風速的減小趨勢在這一時期得到緩解,并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾于厔?進而造成了高原地表感熱變化趨勢的轉(zhuǎn)折。
【文章來源】：高原氣象. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：13 頁
【部分圖文】：
1982-2018年青藏高原4個分區(qū)年平均感熱變化過程
前人對高原整體氣候傾向率特征的分析表明，地面風速的減小對2003年之前高原感熱的減弱有重要貢獻（Duan et al,2008;Liu et al,2012；王美蓉等，2012;Yang et al,2014），而2003年之后高原地面風速減小趨勢的趨緩和地氣溫差的增大可能是高原感熱增強和趨勢轉(zhuǎn)折的主要原因（戴逸飛等，2016;Zhu et al,2017;Wang et al,2018；解晉等，2018）。但是高原不同區(qū)域情況是否一致，為此通過1982-2018年高原4個區(qū)年平均地溫、氣溫、地氣溫差及地面10m風速標準化序列的逐年演變（圖3）可以看出，4個要素在不同區(qū)域的演變不盡相同。地溫和氣溫序列整體呈上升趨勢，尤其從20世紀90年代中后期至21世紀00年代初，增長趨勢最為明顯；2009年開始，這種增長趨勢出現(xiàn)了停滯并有小幅度的降溫趨勢，特別是在Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)。由氣候傾向率統(tǒng)計結果（表1）可以發(fā)現(xiàn)，高原4個區(qū)的地溫在感熱通量趨勢轉(zhuǎn)折后的升溫率均高于轉(zhuǎn)折之前，而氣溫卻有不同程度的改變，Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)升溫率減弱，特別是Ⅰ區(qū)，升溫率減弱69%，而在高原Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)氣溫增溫率與之前幾乎相當，略有增加。地氣溫差受地溫與氣溫變化的共同影響，在感熱趨勢轉(zhuǎn)折之前高原Ⅰ區(qū)地氣溫差呈減弱趨勢，其余3個區(qū)沒有明顯的變化趨勢（表1），轉(zhuǎn)折后高原Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)地氣溫差呈現(xiàn)顯著增加趨勢，傾向率分別達到0.39℃·（10a)-1和0.27℃·（10a)-1，通過了α=0.01的顯著性t檢驗，而在高原的Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)由于地溫和氣溫在2009年出現(xiàn)了小幅降溫趨勢，導致這一時段地氣溫差變化趨勢不明顯，但在2000-2009年期間地氣溫差為顯著的增加趨勢，傾斜率分別達到0.93℃·（10a)-1和0.82℃·（10a)-1，通過了α=0.01的顯著性t檢驗。風速的變化與溫度不同，4個區(qū)在感熱通量轉(zhuǎn)折前均為顯著的減弱趨勢，特別是Ⅲ區(qū)，氣候傾斜率達到-0.42 m·s-1·（10a)-1。這與前人的研究結果相同（You et al,2014；姚慧茹等，2016；徐麗嬌等，2019），即高原10 m風速在2000年代之前表現(xiàn)為明顯的減少趨勢。但從2000年開始，風速的減小趨勢趨于平緩，并表現(xiàn)為小幅的年際波動增長，這種增長趨勢在高原Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)都很明顯，氣候傾斜率均通過了α=0.01的顯著性t檢驗。通過以上分析表明，地溫、氣溫、地氣溫差和風速等感熱相關氣象要素在高原的不同區(qū)域，具有不同的演變特征，高原感熱演變趨勢的轉(zhuǎn)變在不同區(qū)域影響因素也不盡相同，所以對高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折的物理成因需要分區(qū)域來認識。綜上可知，高原4個區(qū)的年平均地表感熱都發(fā)生了由顯著減弱到顯著增強的趨勢轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)折時間為Ⅱ區(qū)最早（1999年），其次是Ⅰ區(qū)和Ⅳ區(qū)（2000年），Ⅲ區(qū)最晚（2002年）。在高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折之前，4個區(qū)的地面風速均表現(xiàn)出顯著的減弱趨勢，氣溫和地溫為顯著升溫趨勢，地氣溫差無明顯變化趨勢。在高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折之后，高原Ⅰ區(qū)風速無明顯變化趨勢，之前的減弱趨勢出現(xiàn)了停滯，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ區(qū)風速均轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著增加趨勢；地溫的增溫速率比之前明顯增快，而4個區(qū)氣溫的增溫率與之前相比幾乎不變或有減弱，導致地氣溫差出現(xiàn)增加趨勢。那么，不同區(qū)域影響高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折的主導因素究竟是什么？是否僅與地面氣象要素的趨勢變化有關？在第5部分將對各區(qū)域不同要素對高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折的相對貢獻進行定量分析。
從式（1）可知，地氣溫差和地面10 m風速是影響感熱變化的重要因子。為了研究各因子對高原不同區(qū)域感熱的影響，采用多元線性回歸模型的方差分析方法進行定量評估，分別計算高原各站感熱趨勢轉(zhuǎn)折前后，地氣溫差和地面風速變化對其影響的方差貢獻率。從高原4個分區(qū)地氣溫差和地面風速對感熱變化的方差貢獻率超過50%的站數(shù)統(tǒng)計（表2）可以看出，感熱趨勢轉(zhuǎn)折前，高原Ⅰ區(qū)感熱的變化受高原風速和地氣溫差的共同影響，地氣溫差和風速的方差貢獻率超過50%的站點各占一半。從各要素方差貢獻超過50%的站點分布[圖6(a）]可以發(fā)現(xiàn)，在柴達木盆地四周地氣溫差對感熱的貢獻略大，而在柴達木盆地外圍風速對感熱的貢獻略大，這可能主要與地形有關。而在高原的Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)，風速對感熱變化的影響均較強，各要素方差貢獻率超過50%的站點，受地面風速影響為主的站點約為地氣溫差的2倍，地面風速的影響占優(yōu)勢。這些站點主要分布在Ⅱ區(qū)的南部和Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)的中部[圖6(a）]，這與第三節(jié)只從要素的氣候傾斜率反映出的結果有所不同，這說明要素影響的貢獻率和氣候傾斜率不同，雖然感熱轉(zhuǎn)折前，地氣溫差的氣候傾斜率不如風速的變化顯著，但是同樣對感熱的變化具有較重要貢獻。感熱趨勢轉(zhuǎn)折后，地氣溫差和風速對高原感熱變化的方差貢獻率與之前相比，在Ⅲ區(qū)沒有發(fā)生變化，而其他3個區(qū)受地氣溫差影響的方差貢獻率超過50%的站點均出現(xiàn)不同程度的增加，受風速影響的方差貢獻率超過50%的站點減小了約一半，Ⅰ區(qū)感熱的變化受地氣溫差的絕對主導[圖6(b）]，其區(qū)域內(nèi)全部站點地氣溫差對感熱變化的方差貢獻率均超過了50%，在Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)地氣溫差方差貢獻超過50%的站點個數(shù)大約是地面風速的2倍，地氣溫差的影響占優(yōu)勢。綜上可知，高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折前，在Ⅰ區(qū)地氣溫差和地面風速的影響貢獻率相當，在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ區(qū)地氣溫差的影響貢獻率約為地面風速一半，所以，高原感熱的減弱不僅僅受風速變化的影響，地氣溫差變化的影響也不容忽視。高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折后，高原Ⅰ區(qū)感熱的變化以地氣溫差變化的影響為絕對主導，在Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)地氣溫差的影響貢獻率約為地面風速2倍，Ⅲ區(qū)沒有發(fā)生變化。高原北部即32°N以北的區(qū)域地氣溫差的變化對感熱的變化有重要貢獻。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]1961—2010年青藏高原氣候變化特征分析[J]. 徐麗嬌,胡澤勇,趙亞楠,洪瀟宇. 高原氣象. 2019(05)
[2]青藏高原積雪對陸面過程熱量輸送的影響研究[J]. 王婷,李照國,呂世華,姚闖,馬翠麗. 高原氣象. 2019(05)
[3]青藏高原多年凍土特征、變化及影響[J]. 程國棟,趙林,李韌,吳曉東,盛煜,胡國杰,鄒德富,金會軍,李新,吳青柏. 科學通報. 2019(27)
[4]那曲高寒草地長時間地面熱源特征及其氣候影響因子分析[J]. 嚴曉強,胡澤勇,孫根厚,謝志鵬,王奕丹,鄭匯璇. 高原氣象. 2019(02)
[5]青藏高原地表非絕熱加熱模態(tài)及其與中國北方環(huán)流異常的聯(lián)系[J]. 于涵,張杰,劉詩夢. 高原氣象. 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熱的年際和年代際變化特征及其成因分析[J]. 于威,劉屹岷,楊修群,吳國雄. 高原氣象. 2018(05)
[8]青藏高原感熱氣泵影響亞洲夏季風的機制[J]. 吳國雄,劉屹岷,何編,包慶,王子謙. 大氣科學. 2018(03)
[9]青藏高原中東部地區(qū)地表感熱通量的時空變化特征[J]. 張超,田榮湘,茆慧玲,張志非,申紫薇. 氣候變化研究進展. 2018(02)
[10]青藏高原地表感熱通量變化特征及其對氣候變化的響應[J]. 解晉,余曄,劉川,葛駿. 高原氣象. 2018(01)
本文編號：3091872
【文章來源】：高原氣象. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：13 頁
【部分圖文】：
1982-2018年青藏高原4個分區(qū)年平均感熱變化過程
前人對高原整體氣候傾向率特征的分析表明，地面風速的減小對2003年之前高原感熱的減弱有重要貢獻（Duan et al,2008;Liu et al,2012；王美蓉等，2012;Yang et al,2014），而2003年之后高原地面風速減小趨勢的趨緩和地氣溫差的增大可能是高原感熱增強和趨勢轉(zhuǎn)折的主要原因（戴逸飛等，2016;Zhu et al,2017;Wang et al,2018；解晉等，2018）。但是高原不同區(qū)域情況是否一致，為此通過1982-2018年高原4個區(qū)年平均地溫、氣溫、地氣溫差及地面10m風速標準化序列的逐年演變（圖3）可以看出，4個要素在不同區(qū)域的演變不盡相同。地溫和氣溫序列整體呈上升趨勢，尤其從20世紀90年代中后期至21世紀00年代初，增長趨勢最為明顯；2009年開始，這種增長趨勢出現(xiàn)了停滯并有小幅度的降溫趨勢，特別是在Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)。由氣候傾向率統(tǒng)計結果（表1）可以發(fā)現(xiàn)，高原4個區(qū)的地溫在感熱通量趨勢轉(zhuǎn)折后的升溫率均高于轉(zhuǎn)折之前，而氣溫卻有不同程度的改變，Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)升溫率減弱，特別是Ⅰ區(qū)，升溫率減弱69%，而在高原Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)氣溫增溫率與之前幾乎相當，略有增加。地氣溫差受地溫與氣溫變化的共同影響，在感熱趨勢轉(zhuǎn)折之前高原Ⅰ區(qū)地氣溫差呈減弱趨勢，其余3個區(qū)沒有明顯的變化趨勢（表1），轉(zhuǎn)折后高原Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)地氣溫差呈現(xiàn)顯著增加趨勢，傾向率分別達到0.39℃·（10a)-1和0.27℃·（10a)-1，通過了α=0.01的顯著性t檢驗，而在高原的Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)由于地溫和氣溫在2009年出現(xiàn)了小幅降溫趨勢，導致這一時段地氣溫差變化趨勢不明顯，但在2000-2009年期間地氣溫差為顯著的增加趨勢，傾斜率分別達到0.93℃·（10a)-1和0.82℃·（10a)-1，通過了α=0.01的顯著性t檢驗。風速的變化與溫度不同，4個區(qū)在感熱通量轉(zhuǎn)折前均為顯著的減弱趨勢，特別是Ⅲ區(qū)，氣候傾斜率達到-0.42 m·s-1·（10a)-1。這與前人的研究結果相同（You et al,2014；姚慧茹等，2016；徐麗嬌等，2019），即高原10 m風速在2000年代之前表現(xiàn)為明顯的減少趨勢。但從2000年開始，風速的減小趨勢趨于平緩，并表現(xiàn)為小幅的年際波動增長，這種增長趨勢在高原Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)都很明顯，氣候傾斜率均通過了α=0.01的顯著性t檢驗。通過以上分析表明，地溫、氣溫、地氣溫差和風速等感熱相關氣象要素在高原的不同區(qū)域，具有不同的演變特征，高原感熱演變趨勢的轉(zhuǎn)變在不同區(qū)域影響因素也不盡相同，所以對高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折的物理成因需要分區(qū)域來認識。綜上可知，高原4個區(qū)的年平均地表感熱都發(fā)生了由顯著減弱到顯著增強的趨勢轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)折時間為Ⅱ區(qū)最早（1999年），其次是Ⅰ區(qū)和Ⅳ區(qū)（2000年），Ⅲ區(qū)最晚（2002年）。在高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折之前，4個區(qū)的地面風速均表現(xiàn)出顯著的減弱趨勢，氣溫和地溫為顯著升溫趨勢，地氣溫差無明顯變化趨勢。在高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折之后，高原Ⅰ區(qū)風速無明顯變化趨勢，之前的減弱趨勢出現(xiàn)了停滯，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ區(qū)風速均轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著增加趨勢；地溫的增溫速率比之前明顯增快，而4個區(qū)氣溫的增溫率與之前相比幾乎不變或有減弱，導致地氣溫差出現(xiàn)增加趨勢。那么，不同區(qū)域影響高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折的主導因素究竟是什么？是否僅與地面氣象要素的趨勢變化有關？在第5部分將對各區(qū)域不同要素對高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折的相對貢獻進行定量分析。
從式（1）可知，地氣溫差和地面10 m風速是影響感熱變化的重要因子。為了研究各因子對高原不同區(qū)域感熱的影響，采用多元線性回歸模型的方差分析方法進行定量評估，分別計算高原各站感熱趨勢轉(zhuǎn)折前后，地氣溫差和地面風速變化對其影響的方差貢獻率。從高原4個分區(qū)地氣溫差和地面風速對感熱變化的方差貢獻率超過50%的站數(shù)統(tǒng)計（表2）可以看出，感熱趨勢轉(zhuǎn)折前，高原Ⅰ區(qū)感熱的變化受高原風速和地氣溫差的共同影響，地氣溫差和風速的方差貢獻率超過50%的站點各占一半。從各要素方差貢獻超過50%的站點分布[圖6(a）]可以發(fā)現(xiàn)，在柴達木盆地四周地氣溫差對感熱的貢獻略大，而在柴達木盆地外圍風速對感熱的貢獻略大，這可能主要與地形有關。而在高原的Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)，風速對感熱變化的影響均較強，各要素方差貢獻率超過50%的站點，受地面風速影響為主的站點約為地氣溫差的2倍，地面風速的影響占優(yōu)勢。這些站點主要分布在Ⅱ區(qū)的南部和Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)的中部[圖6(a）]，這與第三節(jié)只從要素的氣候傾斜率反映出的結果有所不同，這說明要素影響的貢獻率和氣候傾斜率不同，雖然感熱轉(zhuǎn)折前，地氣溫差的氣候傾斜率不如風速的變化顯著，但是同樣對感熱的變化具有較重要貢獻。感熱趨勢轉(zhuǎn)折后，地氣溫差和風速對高原感熱變化的方差貢獻率與之前相比，在Ⅲ區(qū)沒有發(fā)生變化，而其他3個區(qū)受地氣溫差影響的方差貢獻率超過50%的站點均出現(xiàn)不同程度的增加，受風速影響的方差貢獻率超過50%的站點減小了約一半，Ⅰ區(qū)感熱的變化受地氣溫差的絕對主導[圖6(b）]，其區(qū)域內(nèi)全部站點地氣溫差對感熱變化的方差貢獻率均超過了50%，在Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)地氣溫差方差貢獻超過50%的站點個數(shù)大約是地面風速的2倍，地氣溫差的影響占優(yōu)勢。綜上可知，高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折前，在Ⅰ區(qū)地氣溫差和地面風速的影響貢獻率相當，在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ區(qū)地氣溫差的影響貢獻率約為地面風速一半，所以，高原感熱的減弱不僅僅受風速變化的影響，地氣溫差變化的影響也不容忽視。高原感熱趨勢轉(zhuǎn)折后，高原Ⅰ區(qū)感熱的變化以地氣溫差變化的影響為絕對主導，在Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)地氣溫差的影響貢獻率約為地面風速2倍，Ⅲ區(qū)沒有發(fā)生變化。高原北部即32°N以北的區(qū)域地氣溫差的變化對感熱的變化有重要貢獻。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]1961—2010年青藏高原氣候變化特征分析[J]. 徐麗嬌,胡澤勇,趙亞楠,洪瀟宇. 高原氣象. 2019(05)
[2]青藏高原積雪對陸面過程熱量輸送的影響研究[J]. 王婷,李照國,呂世華,姚闖,馬翠麗. 高原氣象. 2019(05)
[3]青藏高原多年凍土特征、變化及影響[J]. 程國棟,趙林,李韌,吳曉東,盛煜,胡國杰,鄒德富,金會軍,李新,吳青柏. 科學通報. 2019(27)
[4]那曲高寒草地長時間地面熱源特征及其氣候影響因子分析[J]. 嚴曉強,胡澤勇,孫根厚,謝志鵬,王奕丹,鄭匯璇. 高原氣象. 2019(02)
[5]青藏高原地表非絕熱加熱模態(tài)及其與中國北方環(huán)流異常的聯(lián)系[J]. 于涵,張杰,劉詩夢. 高原氣象. 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熱的年際和年代際變化特征及其成因分析[J]. 于威,劉屹岷,楊修群,吳國雄. 高原氣象. 2018(05)
[8]青藏高原感熱氣泵影響亞洲夏季風的機制[J]. 吳國雄,劉屹岷,何編,包慶,王子謙. 大氣科學. 2018(03)
[9]青藏高原中東部地區(qū)地表感熱通量的時空變化特征[J]. 張超,田榮湘,茆慧玲,張志非,申紫薇. 氣候變化研究進展. 2018(02)
[10]青藏高原地表感熱通量變化特征及其對氣候變化的響應[J]. 解晉,余曄,劉川,葛駿. 高原氣象. 2018(01)
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