青藏高原气候变暖和云量变化相关关系外文翻译资料

 2022-12-04 14:34:41

Change of cloud amount and the climate warming on the Tibetan

Plateau

Based on the 6-hourly weather observations at 71 stations across the central and eastern Tibetan Plateau (TP) during 1961– 2003, the change of cloud amount and its possible connection with recent climate warming on TP were investigated. The low-level cloud amount exhibits a significant increasing trend during the nighttimes, leading to the enhanced atmospheric counterradiation, weakened effective terrestrial radiation, and the subsequently strong nocturnal surface warming. On the other hand, both the total and low-level cloud amounts during daytime display decreasing trends, resulting in more absorbing of direct solar radiation at the surface and the associated surface warming. Since the increase in nocturnal low-level cloud is more than the decrease of daytime low and total cloud amounts, such changes in cloud amount contribute to at least partly of the increased surface air temperature and its diminished diurnal range on TP. Citation: Duan, A., and G. Wu (2006), Change of cloud amount and the climate warming on the Tibetan Plateau, Geophys. Res. Lett., 33, L22704,doi:10.1029/2006GL027946.

1. Introduction

[2] The Tibetan Plateau (TP) is the highest and largest highland in the world and exerts profound influences not only on the local climate and environment but also on the global atmospheric circulation through its thermal and mechanical forcing [e.g., Wu, 1984; Manabe and Broccoli, 1990; Yanai et al., 1992; Duan and Wu, 2005; Yanai and Wu, 2006]. Growing evidence [e.g., Liu and Chen, 2000; Niu et al., 2004] has demonstrated that a significant climate warming occurred there during the last half century. Recent analysis [Duan et al., 2006] has also shown that the climate warming is featured by strong increase of the nocturnal surface air temperature. Previous studies [Karl et al., 1991, 1993; Easterling et al., 1997] suggested that the increase of the global mean surface air temperature during the 20th century is partly caused by the daily minimum temperature increasing at a faster rate than the daily maximum. This imbalanced temperature changing rate also leads to a decrease in the diurnal temperature range (DTR) in many parts of the world. However, the changes of cloud amount and the related radiation flux on TP have not been discussed in previous studies. This work uses 6-hourly weather observations at 71 stations located on the central and eastern TP together with the daily records of surface radiation flux at Golmud (34440 N, 101360 E, 3501 m above sea level) in the period 1961 – 2003 provided by China Meteorological Administration to investigate the long term trend of cloud amount and its connection with the recent climate warming on TP

2. Results

[3] One prominent feature of the TP climate is the much larger DTR compared to its adjacent plain regions at the same latitudes, which is due to its intense daytime solar radiation heating and nocturnal long wave radiation cooling [Yeh and Gao, 1979]. However, during the passed decades, the DTR has diminished remarkably when strong warming happened (Figure 1). The 71-station averaged warming amplitude in annual mean surface air temperature is of 0.25C/decade and obviously larger than that for the global during 1976 – 2000 (about 0.15C/decade [Intergovernmental Panel on Climate Cha nge, 2001]. Considering the fact that the surface air temperature on TP is much lower than that in the adjacent plain regions, TP is therefore one of the most significant warming areas of the world. Similar result has been reported in previous papers [Liu and Chen, 2000; Niu et al., 2004]. Meanwhile, the DTR has decreased at the rate of 0.12C/decade, and the largest DTR diminished areas, such as the north TP and south fringe of the central TP, are in accordance with the areas of the strongest warming. Note that for sparse station distribution, the case in the western TP was not discussed here. But similar results have been documented by Duan et al. [2006] in term of observations at three western stations

Local effects such as urban growth, irrigation, desertification, and variation in local land use can affect the DTR [Karl et al., 1993], but these effects are minimal here because TP is a highly elevated large area with small population. Satellite data indicate that the change of landscape in TP is not so obviously compared to other parts of China [Liu et al., 2005]. However, effects of urbanization may be felt immediately in the eastern rather than western TP for relatively more population. Large-scale climatic effects on the DTR include increases in cloud cover, surface evaporative cooling from precipitation, greenhouse gases, and tropospheric aerosols. Studies indicated that there is a strong relation between trends of the DTR and decreases in pan evaporation over the former Soviet Union and the United States [Peterson et al., 1995], suggesting that the DTR decrease in these areas is influenced by increase of cloud amount and reduced insolation. However, in Figure 2 we can see that the total cloud amount (0–10 tenths of sky cover) at all times decreased rapidly over the central and eastern TP when the surface warming occurred. Its relative changing rates (RCR, defined as (Be-Bb)/Bb of a time series, Be and Bb are the ending and beginning values of its linear trend line, respectively) at 0000, 0600, 1200, and 1800 Lhasa Time (LT) are 9.4%, 5.5%, 5.9%, and 4.7%. This is consistent with the overall case in China [Kaiser, 1998, 2000] but is opposite to the former Soviet Union [Kaiser and Razuvaev, 1995], United States [Angell, 1990], Europe [Henderson-Sellers, 1986], and Australia [Jones and Henderson-Sellers, 1992]. On the other hand, the trend of low-level cloud was totally different between day and night with a decreasing trend at noon in the RCR of 4.5% and an increasing trend in other periods especially at dawn (the RCRs are 4.5% for

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青藏高原气候变暖和云量变化相关关系

基于青藏高原中东部1961-2003年71个台站6小时的天气观测资料，对云量变化与近期在青高气候变暖之间的可能联系进行了相关调查。低云量在夜间表现出了巨大的增长趋势，导致加强了大气逆辐射，减弱了地面有效辐射，并因此导致了夜间地面变暖。另一方面，总云量和低云量在白天都有减少的趋势，导致地表对太阳直接辐射更多的吸收并且相关表面的变暖。由于夜间低云量的增加比白天低云量和总云量更为明显，这种云量的变化至少一定程度上导致了青藏高原地表气温的升高和日较差温度的减少。

1、引言

青藏高原是世界上最高也是最大的高原，它通过热力和动力强迫不仅对当地的气候和环境产生了深远的影响，而且对全球大气环流也产生了深远的影响。越来越多的证据已经表明，在过去的半个世纪里发生了显著的气候变暖。最近的分析[Duan等人，2006]也表明，气候变暖的特点是夜间地表气温的强烈增加。以前的研究[Karl等，1991,1993; Easterling等人，1997]认为，20世纪全球平均地表气温的上升部分是由于日最低气温的上升速度高于日最高气温。这种不平衡的温度变化率也导致世界许多地区的日温差（DTR）下降。然而，以前的研究并没有讨论青藏高原上云量和相关辐射通量的变化。本论文使用了青藏高原中东部71个台站的6小时天气观测资料，以及1961-2003年由中国气象局提供的格尔木（34〜440 N，101〜360 E，3501 m海平面）地表辐射通量的日志记录，用于调查云量的长期趋势及其与近期青藏高原气候变暖的联系。

2、结论

青藏高原气候的一个主要特征是与同纬度相邻平原地区相比，日较差（DTR）温度大得多，这是由于其强烈的白天太阳辐射加热和夜间长波辐射冷却[Yeh and Gao，1979]。然而，在过去的几十年里，当发生明显变暖时，DTR显著减少（图1）。1976 - 2000年间71个台站的年平均地表温度平均增长幅度为0.25℃/十年，明显大于该阶段的全球平均升温幅度（约为0.15℃/十年[政府间气候变化专门委员会，2001]。考虑到青藏高原地表温度远低于相邻平原地区，因此青藏高原地区是全球变暖最为重要的地区之一。以前的报道也有类似的结果[Liu和Chen，2000; 牛等人，2004]。与此同时，DTR以0.12C / 10年的速率下降，并且青藏高原北部及南部等DTR减少最大的区域与变暖幅度最大的地区一致。 需要注意的是，由于站点分布稀疏，西部TP中的情况在这里没有讨论。 但是对于三个西部台站观测Duan等人也有类似的结果。 [2006年]

城市增长，灌溉，沙漠化和当地土地利用变化等局部效应可能会影响DTR [Karl等，1993]，但这些影响在这里是最小的，因为青藏高原是一个面积大，人口少的地区。卫星资料表明，青藏高原的土地利用变化与中国其他地区相比差异并不大[Liu et al。，2005]。然而，对于大多数人而言，城市化的影响可能会立即在青藏高原的东部地区而不是在西部中感受到。影响DTR的大规模气候包括云量增加，降水至地表蒸发冷却，温室气体和对流层气溶胶增加等。根据前苏联和美国研究表明[Peterson等，1995]，DTR的变化趋势与泛蒸发的减少有强相关，这表明DTR在这些地区的减少受到云量增长和日照时间减少的影响。但是，从图2中可以看到，青藏高原中、东部的地表变暖时总云量（覆盖天空程度由0-10成）也在迅速下降。它的相对变化率（RCR，定义为（Be-Bb）/ Bb的时间序列，Be和Bb分别是其线性趋势曲线的结束和开始值）在拉萨时间 （LT）0000,0600,1200和1800时分别为9.4％，5.5％，5.9％和4.7％。这与中国的整体情况是一致的[Kaiser，1998,2000]，但不同于前苏联[Kaiser和Razuvaev，1995]，美国[Angell，1990]，欧洲[Henderson-Sellers，1986] 澳大利亚[Jones and Henderson-Sellers，1992]。 另一方面，低云的昼夜变化趋势完全不同，在中午有4.5％RCR的减少趋势，而其他时段则呈上升趋势，尤其是凌晨时（RCR在 0000LT为4.5％ ，0600 LT为7.6％，1800 LT为1.8％）。

图1.1961 - 2003年年平均地表气温（a）和地表气温日较差（b）的线性变化率，单位为℃/十年。 三角形，空心圆和实心圆分别表示大于等于4000,3000和2000m的台站。 青色区域代表青藏高原地区平均海拔高度超过2500米的区域。 格尔木站位于34L440N, 101L360E ，海拔3501米。

在夜间，低云通过增强大气逆辐射和减弱地面有效辐射来促进地面增温[Peixoto和Oort，1992]。 具体来说，高原夜间低云量占总云量的近60％。因此，低云在影响地表气温方面的作用更为显着。实际上，白天气温和总云量存在明显的负相关关系，而地面温度和低云在夜间显著正相关，中午为负相关（表1）。

从长期趋势来看，尽管云的主要资料仍然有很大的不确定性但是云量的变化确实在影响气候变化中起着关键的作用[Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001]。在青藏高原中东部地区，白天总云量和低云量的减少有利于地表接受更多的太阳辐射并因此导致地表持续增温。另一方面，夜间低云量的增加有利于地表温度的增加。此外，夜间低云量增加的幅度与白天总云量和低层云量的减少幅度相比，有利于夜间增温幅度大于白天。昼夜变暖幅度的差异为这一假设提供了支持。 在1961 - 2003年间，一天四个时间（0000,0600,1200和1800LT）的线性升温速率分别为0.29,0.29,0.18和0.27LC / 10年，相对应的RCR分别为85％，181％，8％ 和16％。 显然，午夜（0000 LT）和凌晨（0600 LT）的变暖比中午（1200 LT）要大得多。

图2. 1961-2003年71个台站平均（a）地表气温，（b）低层云量，（c）总云量的年平均时间序列。温度单位为LC。 云量从天空覆盖的0到10成之间变化。 红色，黄色，蓝色和绿色曲线分别表示0000 LT，0600 LT，1200 LT和1800 LT。粗线表示线性趋势。

0600 LT

1200 LT

1800 LT

Total cloud amount

0.23

0.69

0.58

Low cloud amount

0.56

0.37

0.04

夜间低云量的增加是否是夜间显著变暖的主要影响因子还有待进一步研究，但是它确实是诱发青藏高原夜间气候变暖的一个重要因素。通常，最高和最低地面温度分别出现在中午和凌晨。凌晨时低云量的最大增幅以及中午总云量和低云量的显著减少可以明显影响日较差温度。这就是为什么地表变暖时DTR却明显减少。另外，在20世纪80年代中期发生的0000LT和0600LT低云量的突然增加（本论文中的所有突变变量均高于使用t检验的95％置信水平），也与该时期夜间地表快速升温的变化一致。

图3显示了温度和云量在凌晨和正午时的空间分布变化和不同之处。与全球变暖相对应，总云量呈下降趋势。另一方面，青藏高原的大部分地区，特别是北部和东部，凌晨时的低云量增加，而除了位于青藏高原东北部的柴达木盆地和其他一些地区，青藏高原的大部分地区中午的低云量减少。值得注意的是，凌晨时低云增加量大于中午总云量的减少量。因此，云量的变化不仅带来了近期的气候变暖，而且也使得高原地区的日较差一定程度上的减少。这些区域的气候变暖也有可能是因为总云量的减少或其他未知的原因。

3、进一步研究

地表太阳辐射的研究对于评估气候变化和全球变暖具有重要意义[Ramanathan et al., 2001]，并且由云、温室气体和气溶胶引起的辐射强迫已经成为IPCC关注的主要话题[2001]。青藏高原中、东部有六个气象站观测地表太阳辐射通量。但只有格尔木站在整个1961 - 2003年期间连续观测到全球辐射通量，漫射辐射通量以及天空直接辐射通量。用该台站作为例子来研究温度长期变化趋势与云和辐射通量变化的相关性。由于辐射是以每日总量为基础的，因此温度和云量相应地计算为四个时间值的日均均值。以前基于相同的数据库的研究[Che et al。，2005]表明，1961 - 2000年间全球辐射和直接辐射在中国许多其他地区都呈下降趋势。

青藏高原上云特别是低云的短波升温速率和长波降温速率大于其他平原地区[Liu and Ye, 1991]。在格尔木，地表气温，低云量和直接辐射之间存在显著的正相关关系。 但地面气温与散射辐射之间有较大的负相关性。年平均地表气温与低层云量，总云量，天空直接辐射通量，散射辐射通量和全球辐射通量的相关系数分别为0.53（99.9％置信水平以上），0.1,0.34,0.44 （高于99％的置信水平）和0.01。因此，该台站低云量对地面气温有重要影响，但是总云量似乎并不有着显著影响。虽然地表气温与天空直接太阳辐射通量和散射太阳辐射通量分别呈强正相关，但是它们在影响地表气温方面的联合作用趋于相互抵消。

图3. 1961 - 2003年期间地表温度（a - c），总云量（d - f）和低云量（g - i）的相对变化率（RCR）百分比。 0600 LT（图3a，3d和3g），1200 LT（图3b，3e和3h），0600 LT和1200 LT之间的差值（图3c，3f和3i）。 三角形，空心圆和实心圆与图1中的相同。

图4 （a）表面气温，（b）DTR，（c）低云量，（d）总云量，（e）天空直接辐射通量 ，（f）散射辐射通量，和（g）全球辐射通量。 温度和DTR以LC为单位。 云量从天空覆盖的0到10成之间变化。 辐射通量单位为10^6 J m ^2，粗线表示线性趋势。

图4给出了1961-2003年格尔木地区年平均地表温度，DTR，低云量，总云量，天空直接太阳辐射通量，散射太阳辐射通量以及全球辐射通量的变化。青藏高原上变暖最显著站点的年平均地面气温以0.58LC / 10年的速率大幅上升，RCR接近50％。地表温度升高伴随着DTR降低，并且RCR为20％。同时，低云量显著增加伴随RCR达到181％，但总云量减少，RCR只有6.3％。因此导致地面接收到的天空直接辐射通量增加了6.1％，散射辐射减少了14％。由于直接辐射通量的强度一般比散射辐射通量的强度要大，所以它们之和的全球辐射通量仅仅略有下降了2.3％。增加的直接辐射通量和减少的散射辐射通量与白天降低的总云量和低云量一致。 因此，云量的变化以及由此产生的辐射通量的变化是青藏高原上的地表温度升高的基础。

4、总结

本研究发现，根据青藏高原中部和东部71个气象站点的历史资料，过去几十年云量变化较大，并且与近期气候变暖和日较差减少密切相关。夜间尤其是凌晨时段低云量的增加有效地增强了大气逆辐射和削弱了有效地面辐射，并因此造成了夜间大幅升温。另一方面，白天总云量的减少有利于地表接受更多的太阳直接辐射并造成地表温度升高。除此之外，青藏高原中东部的夜间低云量增加远大于白天总云量减少，导致了日较差一定程度上的减小。

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资料编号：[21554]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

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