RQL's Blog 菜鸟成长记

近年TP气候变化综述

2018-03-25
renql

Yang, K., et al. (2014). “Recent climate changes over the Tibetan Plateau and their impacts on energy and water cycle: A review.” Global and Planetary Change 112: 79-91.

摘要

青藏高原TP是亚洲季风区域的强大热源,并为起源于此处的河流提供水资源。近几十年,TP经历了显著的气候变化,从而改变了大气和水循环,使当地环境发生改变。

首先,TP表面空气温度升高,使得空气湿度增加,产生更多深厚的云层,导致太阳辐射减弱。
此外,由于亚洲中高纬度的温度差减弱,使得气压差也减弱,从而使风速自1970年代逐渐减弱。

地表空气温度增加和风速减弱,降低了Bowen ratio,导致地表感热减少。
由于温暖地表的长波辐射以及太阳辐射反射,空气的辐射冷却增强。
这些都导致TP区域的加热效应减弱。

风速减弱使得亚洲季风区域和TP区域的水汽交换减弱,从而使的TP东南部(受季风影响)降水减少,同时由于地表温度升高使得地面蒸发加剧,两者共同作用使得TP东南部的径流减少。

在TP中部,由于更热更湿的状况,使得对流降水增多;同时由于太阳辐射减弱降低了地表的蒸发作用,加上地表温度升高使得冰山融化,从而使得TP中部的湖泊扩张。

PS:但在TP中部的水汽蒸发量仍有一定的增长,因为TP中部是干旱地区,其蒸发量由水量决定,当TP地区降水增多时,可蒸发的水量也增加,因此蒸发量有一定增长。这也可以解释,当TP中部降水增多时,发源于此地的河流流量仍维持在一个较低的水平

2.2. Wind speed change

研究发现,自1970年代以来,东亚地区风速普遍减少,尤其是TP区域。有学者认为这可能是因为城市化和空气污染,但是TP区域城市化并未普及且其空气污染也不严重。

风速的降低并未呈现一个日循环或季节循环,表明该风速变化由一个更大尺度的过程控制。
风速的变化与海拔有关,海拔越高,风速变化越剧烈。这表明,风速变化的信号是由高空向低空传递的,海拔高处的风速会先响应大气环流的变化。

全球变暖背景下,过去三十多年,高纬度地区的升温幅度大于低纬度地区。

亚洲高纬度地区(例如西伯利亚)变暖,使纬向温度梯度减弱,从而使高层气压梯度减弱,接着再通过地转平衡使高层风速减弱,高层风再通过向下的动量输送影响地表风速。

风速会影响能量传送与交换

2.3. Solar radiation change

TP区域的太阳辐射变化趋势与整个中国的不同:整个中国的太阳辐射在1990年代末之前一直降低,在这之后则在某一稳定值上下波动;而TP区域的太阳辐射则在1970年代末之前一直上升,此后下降。

关于TP区域太阳辐射降低有三种说法:

  1. 与气溶胶浓度有关。但TP区域的最主要的气溶胶就是沙尘,而当TP区域风速减弱后,沙尘暴的量和发生频率均有下降,而这应该使太阳辐射增强。因此该说法不成立。
  2. 与水汽有关。由于地表温度升高后,空气湿度增加,水汽吸收的太阳辐射增多,导致到地面的太阳辐射减弱。但由于水汽增多而减少的太阳辐射最多只有1W/m-2,但观测到的太阳辐射减弱量是6W/m-2。因此作者认为该说法也不成立。
  3. 与云量有关。这里,作者认为还可以继续进一步探究深厚云层与浅云对太阳辐射的影响。

3.3. Response of heat and evaporation to climate change

Bowen ratio 即感热与潜热的比值。在干旱地区不宜使用该指数,因为此时潜热趋于0,会使该比率无穷大。另外,也经常用Bowen ratio 来表征土地类型(沙漠、干旱、半干旱等等)。

土地温度与空气温度的差值以及风速会影响Bowen ratio的大小。
一般土地温度与空气温度差值增大,感热增多。
当风速减小时,降低空气中热量扩散速度,使局地空气温度升高,继而使感热减小,潜热增大。

在TP区域使感热减小的原因除近地面空气温度升高、风速减小外,还有如下三点:

  • 冬春季节雪盖忽然增多(反射率增加),雪融化等使地面净辐射通量减小,从而使感热通量减少
  • TP植被密度增加,植物蒸腾作用加强,从而使感热减少
  • TP土壤湿度增加,蒸发作用加强,感热减少

4. A conceptual model for the Plateau climatic changes

造成TP表面空气温度升高的原因有很多种:

  • 风速减弱,使得TP区域与周围区域的能量交换与传输减弱,使能量过多地留在了TP(这是本文提出的)
  • 二氧化碳效应
  • 地表水汽含量丰富加强了向下的长波辐射
  • TP区域上空的臭氧浓度比同纬度其他区域要小

the warming trend over the Plateau is not observed in NCEP reanalysis data (You et al., 2010)
the wind decline is not observed in ERA-40 and ERA-interim data
the negative trend in the heat source is not seen in the JRA-25.

文章结构

  1. Introduction
  2. Observed climatic changes
    2.1. Spatial variability of surface temperature change
    2.2. Wind speed change
    2.3. Solar radiation change
  3. Response of energy and water cycles
    3.1. Land and atmospheric energy budget
    3.2. Land surface water budget
    3.3. Response of heat and evaporation to climate change
  4. A conceptual model for the Plateau climatic changes
  5. Recommendations for future studies(提了四点)

英语词句摘录

Siberian 西伯利亚,prerequisite 首要必备的,先决条件,prevailling 普遍的,striking 显著的
artificial neural network (ANN) 人工神经网络
land surface model (LSM),Simple Biosphere Scheme(SiB2,简单生物圈模式),land surface hydrological model
a complementary effect 互补效应


Similar Posts

下一篇 Namelist Variables