Decadalna varijabilnost u pojavi zimskog izmaglice u središnjem istočnom kineskom porijeklu vezanom za tihiju desetljeću oscilaciju | znanstvena izvješća

Decadalna varijabilnost u pojavi zimskog izmaglice u središnjem istočnom kineskom porijeklu vezanom za tihiju desetljeću oscilaciju | znanstvena izvješća

Anonim

teme

  • pripisivanje
  • Projekcija i predviđanje

Sažetak

Izmaglica je ozbiljno pitanje u Kini s sve većom zabrinutošću, a razumijevanje faktora koji utječu na dekadne razlike u pojavljivanju izmaglice relevantno je za vladino oblikovanje politika. Korištenjem sveobuhvatnog skupa podataka promatranja izmaglice pokazujemo značajna dekadna fluktuacija u broju dana zamagljivanja (HD) tijekom zime na središnjem istoku Kine, pokazujući pad od sredine 1980-ih. Vodeći način zimskog HD-a obilježava rastući trend za 1959. do 2012. na istoku Kine, visoko povezan s kineskim bruto domaćim proizvodom (BDP-om) koji predstavlja trend rasta emisija onečišćujućih tvari, au manjoj mjeri meteoroloških čimbenika. Drugi način rada pokazuje decadne varijacije u središnjoj istočnoj Kini povezane s Pacifičkom desetljećom oscilacijom (PDO). Promatranja i numeričke simulacije upućuju na to da je Mongolija Visoko i odgovarajuće silazno kretanje obično pojačano (oslabljeno) u središnjoj istočnoj Kini tijekom pozitivne (negativne) faze PDO. S prelaskom PDO-a u negativnu fazu, oslabljena Mongolijska visoka i uzlazna anomalija čine zrak nestabilnim i vode ka širenju zagađivača, što dovodi do pada HD-a u zimskom vremenu od središnje istočne Kine od sredine 1980-ih. Na temelju gornjih fizičkih mehanizama, linearni model temeljen na PDO i BDP mjerilima dobro se uklopio u promatrani HD.

Uvod

S eksplozivnim ekonomskim razvojem Kine u posljednjih nekoliko desetljeća, zagađenje od magle postalo je ozbiljan ekološki problem 1, 2, 3, utjecavši na zdravlje ljudi 4, 5, vidljivost (potencijalno opasno za zračni promet i cestovni promet) 6, 7, i regionalna i globalna klima 8, 9 . Broj dana maglice (HD) važan je pokazatelj pojave onečišćenja izmaglice. Za opažanje, dan izmaglice karakterizira pogoršana atmosferska horizontalna vidljivost manja od 10 km zbog sitnih čestica pri relativnoj vlažnosti manjoj od 80% 10 . Indikatori atmosferskih aerosola (poput koncentracija čestica) potrebni su za daljnju identifikaciju pri relativnoj vlažnosti zraka između 80% i 95% 10 (vidi Metode). Promatrani HD u odnosu na istočnu Kinu pokazuje trend porasta od 1960-ih 11, 12, 13, 14 . Prethodne studije 7, 15 pokazale su da je ovaj trend porasta HD-a usko povezan s povećanjem prometa i industrijskih emisija onečišćujućih tvari povezanih s pojačanom urbanizacijom i industrijalizacijom. Pored zagađenja zraka uslijed ljudskih aktivnosti, meteorološki uvjeti također mogu igrati važnu ulogu u varijabilnosti izmaglice 11, 16, 17, 18 . Meteorološki uvjeti predstavljeni s nizom meteoroloških čimbenika, poput vjetrova, oborina, atmosferske stabilnosti i vlažnosti mogu pridonijeti transportu, taloženju, difuziji i prijelazu čestice maglice, što dovodi ili do održavanja ili do raspršivanja izmaglice 11, 17, 18 . Trend porasta visoke vrijednosti HD za istočnu Kinu u velikoj je vezi sa slabljenjem brzine površinskog vjetra 14 i smanjenjem relativne atmosferske vlažnosti zraka 11 . Nekoliko studija sugeriralo je da na međugodišnju varijabilnost zimske izmaglice nad Kinom može utjecati istočnoazijski zimski monsun 19 i temperatura morske površine (SST) u Atlantskom oceanu 20 .

Prethodne studije 11, 12, 13, 14, 19, 20 o HD varijabilnosti u Kini uglavnom se usredotočuju na dugoročne trendove i međugodišnje varijacije, ali dekadne fluktuacije u HD nisu opsežno dokumentirane. Na slici 1a, b prikazani su linearni trendovi u zimskom vremenu (od prosinca do veljače, u daljnjem tekstu DJF) HD u Kini za ranija razdoblja (1959 / 1960–1983 / 1984) i za nedavna (1984 / 1985–2012 / 2013) razdoblja. Rastući trend HD u odnosu na istočnu Kinu očit je u ranijem razdoblju (Sl. 1a). Međutim, unatoč sve većem prometu i industrijskim emisijama, u posljednjem razdoblju primjećuje se značajan trend pada nad središnjom istočnom Kinom (26 ° S – 38 ° N, 110 ° E – 115 ° E) (Sl. 1b). Te promjene HD-a dodatno su ilustrirane usporedbom linearnih trendova za stanice u središnjoj istočnoj Kini između ranijeg i novijeg razdoblja (slika 1c). Na većini stanica dolazi do usporavanja porasta HD-a (36 stanica; čini oko 70% ukupnih stanica) ili čak pada HD-a (22 stanice; što čini ~ 43% ukupnih stanica) od sredine. 1980-ih (sl. 1c). Prosječni zimski HD za one lokacije sa usporenim trendom (36 postaja) u središnjoj istočnoj Kini pokazao je izrazit trend pada od sredine 1980-ih i dekadalnu varijaciju koja pomno slijedi indeks Pacific Decadal Oscillation (PDO) ( r = 0, 66; p = 0, 08; Sl. 1d), što ukazuje da je zimski HD u središnjoj istočnoj Kini možda povezan s PDO-om.

Image

( a, b ) Linearni trend (dani po desetljeće) obrasci zimskog HD-a u istočnoj Kini za ranije i najnovije razdoblje. ( c ) Trendovi (krugovi) i 95% granice pouzdanosti (trake pogrešaka) za HD u zimskom vremenu koje su primijetile 51 stanice (Dopunska tablica S1) u središnjem istoku Kine (26 ° N – 38 ° N, 110 ° E – 115 ° E, kako je naznačeno pravokutnikom u ( a, b )) za ranije razdoblje (crvena) i novije razdoblje (plava). Plavi obrnuti trokut (36 stanica, što čini ~ 70% od ukupnog broja stanica) označava stanice za koje su trendovi u posljednjem razdoblju slabiji od onih za ranije razdoblje. ( d ) Normalizirani u prosjeku u srednjoj istočnoj Kini (prosječno 36 stanica, vidi stanice označene plavim pretvorenim trokutima u ( c )) zimskoj HD vremenskoj seriji (plava) i PDO indeks (crveno) za 1959./ 1960. Sve su plohe generirane pomoću naredbenog jezika NCAR (NCL). Znanstvena izvješća i dalje su neutralna s obzirom na sporne tvrdnje o nadležnosti u objavljenim kartama.

Slika pune veličine

PDO 21, 22, 23 je dominantan obrazac interdekadne varijacije u pacifičkom SST-u. PDO ima El Niño-ov prostorni obrazac i odgovarajuće vremenske serije pokazuju značajnu desekadalnu varijabilnost 24 . Promjene faze PDO-a praćene su interdekadnim promjenama klimatskih uvjeta u mnogim dijelovima svijeta 25 . Prethodne studije 26, 27 izričito su ispitale odnos PDO-a i klimatskih razlika u Kini, poput vjetra, oborina i površinskog tlaka. Međutim, prema našem saznanju, nijedna studija koja bi povezivala dekadne razlike u vremenu maglice sa PDO. Detaljna analiza dekadne varijabilnosti HD-a u odnosu na istočnu Kinu i s tim povezane meteorološke faktore presudna je za otkrivanje fizičkih mehanizama između HD-a i PDO-a i imala bi koristi za HD predviđanje.

Rezultati

Dominantna varijabilnost u zimskom HD-u izvađena je primjenom empirijske analize ortogonalne funkcije (EOF) nad istočnom Kinom (južno od 43 ° S i istočno od 105 ° E). Obrazac prvog EOF-a (EOF1, Sl. 2a, nazvan način povećanja HD), koji čini 43, 0% ukupne varijance, pokazuje gotovo identičan dugoročni trend HD uzorka u odnosu na istočnu Kinu za razdoblje 1959. / 1960-2012 / 2013. EOF1 pokazuje snažni prostorni (obrazac) koeficijent korelacije 0, 99 s linearnim trendovima najmanje kvadrata zimskog HD-a (dopunska slika S1b). Obrazac trenda HD-a u zimskom razdoblju u skladu je s rezultatima promatranja ispitanim u prethodnim studijama 11, 20 . Povezana glavna komponenta (PC) (plava linija na slici 2b) pokazuje snažan trend porasta u skladu s kineskim indeksom BDP-a (crvena linija na slici 2b) s visokim koeficijentom korelacije od 0, 96 ( p = 0, 05). BDP je dobar posrednik za industrijalizaciju i urbanizaciju u Kini 28, 29 . Uz brzu industrijalizaciju i urbanizaciju u Kini za 1960.-2013., Emisije ugljičnog dioksida (CO 2 ), dušikovog oksida (N2O) (dopunska slika S2a) i sumpornog dioksida (SO2) 30 povećavaju se s BDP-om. To ukazuje da se brzim ekonomskim razvojem sve više zagađivača postupno ispušta u zrak, što rezultira s više HD. Kao što se i očekivalo, najintenzivniji porast HD zabilježen je u delti rijeke Yangtze, delti rijeke Biser, zapadnoj provinciji Henan i Hubei i Peking-Tianjin-Hebei (dopunska slika S1), koje imaju najbrže rastuća gospodarstva u Kini ( Dopunska slika S2b, koja pokazuje i lokacije ovih regija).

Image

( a ) Prostorni uzorak prvog EOF načina, koji objašnjava 43, 0% varijance. ( b ) Prvo računalo (PC1, plavo) i kineski vremenski niz BDP-a (crveno). ( c ) PC1 i vremenska serija površinske brzine vjetra (MWS, zelena), dana mirnog vjetra (CWD, ljubičasta) i dani vjetra (GWD, crvena isprekidana linija) u prosjeku u središnjoj i istočnoj Kini. MWS i GWD se množe s -1. Koeficijenti korelacije između PC1 i BDP-a, MWS-a, CWD-a i GWD-a su 0, 96, 0, 82, 0, 82, odnosno 0, 78. Sve vremenske serije su normalizirane. Sve parcele nastale su korištenjem NCL-a. Znanstvena izvješća i dalje su neutralna s obzirom na sporne tvrdnje o nadležnosti u objavljenim kartama.

Slika pune veličine

Pored značajnog povećanja emisije onečišćujućih tvari, u meteorološkim uvjetima primjećuju se i trenutne promjene. O slabljenju površinskih vjetrova nad Kinom izvještavaju se prethodno 31 . Dopunske slike S3a-c pokazuju znatna slabljenja brzine površinskog vjetra, značajno povećanje trendova broja mirnih dana vjetra i neznatno smanjenje broja dana vjetrovitih vjetrova nad istočnom Kinom za razdoblje 1959 / 1960–2012 / 2013, Područja s intenzivnim porastom HD (istočno od 110 ° E) dobro su kolocirana s područjima s jakim vjetrovitim padovima (dopunska Sl. S3a). Vremenska serija PC1 ima koeficijente korelacije 0, 82 ( p = 0, 05), 0, 82 ( p = 0, 09) i 0, 78 ( p = 0, 07) s prosječnom brzinom površinskog vjetra u Kini, brojem dana mirnog vjetra i brojem dana vjetrova, odnosno (Sl. 2c). Slabljenje brzine vjetra vidljivo je i u donjoj troposferi (dopunska Sl. S3d). Slabi advekcijski učinak vjetrova pogodan je održavanju izmaglice nad istočnom Kinom, pa doprinosi povećanju HD zimi. Značajni poboljšani trendovi u atmosferskoj statičkoj stabilnosti (Dopunska slika S3g) i ojačani visoki tlak (Dodatni Sl. S3h) u donjoj troposferi vidljivi su nad istočnom Kinom, koji zrak čine stabilnijim i sprečavaju širenje zagađivača, a time i povećavaju HD. U skladu s rezultatima Ding-a i Liu-a 11, značajno je smanjen trend relativne vlage zraka na istoku Kine (dopunska slika S3i, j), što ukazuje da je smanjena vlaga mogla spriječiti prijelaz iz izmaglice u maglu što rezultira porastom HD 11 . Te promjene intenziteta i učestalosti vjetra, zajedno sa stabilnijom raslojavanjem atmosfere i smanjenom atmosferskom vlagom, pogoduju stvaranju neprozirnog vremena i stoga su u skladu s rastućim trendom HD-a u odnosu na istočnu Kinu. Međutim, ni sve veći teret onečišćujućih tvari ni monotonske promjene klimatskih uvjeta (Sl. 2c) ne mogu objasniti dekadne fluktuacije HD-a u središnjem istoku Kine, posebno pad HD-a od sredine 1980-ih (Sl. 1d).

Drugi EOF (EOF2, sl. 3a), na koji otpada 14, 1% ukupne varijance, ima pozitivne anomalije u središnjoj istočnoj Kini, a flankirane su slabijim negativnim anomalijama u odnosu na istočna obalna područja i zapadnu Kinu (to nazivamo HD decadal način). Vremenska serija PC2 (plava linija na slici 3b) pokazuje dekadalne varijacije s prelaskom iz najnovije pozitivne faze (1977–1998) u najnoviju negativnu fazu (1999–2012), snažno u fazi s PDO indeksom (crvena linija na slici 3b) s koeficijentom korelacije 0, 85 ( p = 0, 07). Regresijski obrasci zimskih HD anomalija u odnosu na PDO pokazuju značajne pozitivne anomalije u središnjoj istočnoj Kini (Sl. 3c) i u velikoj mjeri nalikuju EOF2 obrascu. Ovi su rezultati također podržani primjenom linearno ometanih HD anomalija u zimskom vremenu (s oduzetim linearnim trendovima) tijekom istog razdoblja (dopunska slika S4). Nadalje, regresijski obrazac godišnjih srednjih globalnih SST anomalija u odnosu na vremensku seriju PC2 sadrži PDO sličan SST obrazac (sl. 3d). Taj odnos nije osjetljiv na odabir skupa podataka SST (dopunska slika S5), što ukazuje da su dekadne razlike u zimskom HD-u u središnjoj istočnoj Kini značajno povezane s PDO-om.

Image

( a ) Prostorni uzorak drugog EOF načina, koji objašnjava 14, 1% varijance. ( b ) Drugo računalo (PC2, plavo) i PDO indeks (crveno) ( r = 0, 85). ( c ) Regresija zimskog HD-a s PDO indeksom. ( d ) Korelacija između godišnjeg srednjeg globalnog standardnog standardnog indeksa dobivenog iz ERSST i PC2. Crne točke označavaju točke za koje su koeficijenti regresije (u c ) i korelacije (u d ) značajni na nivou pouzdanosti od 90%. Sve parcele nastale su korištenjem NCL-a. Znanstvena izvješća i dalje su neutralna s obzirom na sporne tvrdnje o nadležnosti u objavljenim kartama.

Slika pune veličine

Da bismo razumjeli temeljni mehanizam odnosa PDO-a i HD dekadnog načina rada, prvo ćemo ispitati glavne meteorološke faktore koji su povezani s HD-om na desetljećima. Dopunska slika S6 prikazuje korelaciju između PC2 i vjetrova, oborina, atmosferske stabilnosti i relativne vlažnosti. Korelacije vjetrova (dopunska slika S6a – d), oborina (dopunska slika S6e, f), atmosferska statička stabilnost (dopunska slika S6g) i relativna vlaga (dopunska slika S6i, j) s HD dekadnim načinom rada razmjerno su niski, što ukazuje na to da advekcijski učinak vjetrova, učinak ispiranja oborina i prijelaz između magle i izmaglice nisu važni procesi koji su odgovorni za visoku razlučivost nad središnjom istočnom Kinom u desetljećima. Saha 32 i Zheng i sur . 18 izvijestilo je da su polja geopotencijalne visine i vertikalne brzine važni posrednici dinamičke stabilnosti, koji su učinkoviti pokazatelji za prepoznavanje difuzije zagađivača zraka. Kao što je prikazano na Dodatnom Sl. S6h, utvrđeno je da je HD dekadalni način rada značajno povezan s visinom geopotencijala 850 hPa nad istočnom Kinom, što ukazuje da bi dinamička stabilnost mogla igrati važnu ulogu u određivanju dekadnih varijacija HD.

Da biste stekli bolji uvid u potencijalni utjecaj PDO na dekadne promjene HD-a, slika 4a, b prikazuju razlike između visine geopotencijala 850 hPa i vertikalne brzine od 500 hPa za kompozitna razdoblja visoke i niske PDO temeljene na NCEP / NCAR ponovna analiza. Zimskim klimatološkim kruženjem nad istočnom Azijom u donjoj troposferi dominira hladni vrh, sa središtem oko Mongolije (Mongolia High) 33 . Pretpostavlja se da bi istodobna varijacija između aleutskog niskog i mongolskog visokog nivoa mogla biti važan način na koji PDO utječe na cirkulaciju atmosfere preko istočne Azije 26 . Tijekom pozitivne faze PDO-a, mongolski visoki značajno se ojačava i kreće prema jugu što rezultira visokim pritiskom na istoku Kine (sl. 4a). Visoki tlak prati snažno potonuće kretanje u središnjoj istočnoj Kini (sl. 4b). Srednja visina zimskog planetarnog graničnog sloja (PBL) iznosi oko 1–1, 5 km nad istočnom Kinom 34 . Potonuće velikih razmjera događa se uglavnom iznad 800 hPa (oko 2 km) (dopunska slika S7a), sprječava da se onečišćujuće tvari u PBL-u miješaju prema gore u slobodnu troposferu, a također ne pomaže bočnoj disperziji jer se odstupanje ne dosegnu tlo (velika divergencijska anomalija javlja se iznad 850 hPa) u središnjoj istočnoj Kini (dopunska Sl. S7b). Ovi rezultati sugeriraju da visoki tlak i gibanje iznad PBL-a u središnjoj istočnoj Kini površinski sloj čini stabilnijim i sprečava vertikalno miješanje zagađivača, što dosljedno rezultira s više HD-a u odnosu na središnju istočnu Kinu. Dopunska slika S8a, b pokazuje anomalije divergencije u donjoj i konvergencijske anomalije u gornjoj troposferi u središnjem istoku Kine, koje pogoduju održavanju gibanja koje tone. Složeni obrasci razlika (Sl. 4a) slični su uzorcima visine 500 hPa koje su prikazali Zhang i sur . 22 i Dong i sur . 35. iako su vremenska razdoblja odabrane pozitivne i negativne faze PDO malo različita. Dosljedni rezultati mogu se dobiti uklanjanjem linearnog trenda cirkulacije atmosfere (dopunska Sl. S9). Ojačana Mongolija High tijekom pozitivne faze PDO-a vidljiva je i u tlaku razine mora dobivenom iz reakcije NCEP / NCAR-a, te u promatranjima površinskog tlaka stanice (Dopunska slika S10). Ovi rezultati pokazuju jasnu tendenciju prema povećanim (smanjenim) pojavama mutnog vremena u središnjoj istočnoj Kini tijekom pozitivne (negativne) faze PDO-a.

Image

Kompozitne razlike visine geopotencijala od 850 hPa ( a ) i vertikalne brzine od 500 hPa ( b ) za visoke i niske vrijednosti PDO indeksa iz NCEP / NCAR reanalize (točke pokazuju razlike koje su značajne na razini pouzdanosti od 90%). ( c ) i ( d ), za ( a ) i ( b ), ali za CAM5 simulacije. Siva područja označavaju tibetansku visoravan. Sve parcele nastale su korištenjem NCL-a.

Slika pune veličine

Da bi se procijenilo u kojoj mjeri PDO utječe na cirkulaciju atmosfere u Kini, eksperimenti s osjetljivošću provedeni su korištenjem modela atmosfere atmosfere općom atmosferom verzije 5 (CAM5) u atmosferi Zajednice (AG5). Kompozitne SST anomalije za razdoblja visokog i niskog PDO-a u slivu Tihog oceana propisane su u modelu (dopunska slika S11), karakteriziran uzorkom potkove u Tihom oceanu, meridijanno širi od ENSO. AGCM eksperiment pokazao se dobro u kvalitativnom reproduciranju uočene intenzifikacije i pomicanja prema jugu Mongolije visoke prema jugu, odgovarajući silazno kretanje kao odgovor na PDO forsiranje (Sl. 4c, d) i anomalije divergencije u donjoj i konvergencijske anomalije u gornjoj troposferi u središnjoj istočna Kina (dopunska sl. S8c, d).

Općenito, naši rezultati pružaju snažne dokaze da je PDO posljednjih desetljeća imao važnu ulogu u moduliranju HD-a za zimu u središnjoj istočnoj Kini. Slika 5 prikazuje shematski dijagram procesa koji sažima utjecaj PDO-a na zimski HD u središnjoj istočnoj Kini. Tijekom pozitivne faze PDO-a, aleutsko nisko jača i proširuje se prema zapadu, a mongolski visoki ojačava i kreće se prema jugu što rezultira visokim pritiskom i potonućima anomalija u središnjoj istočnoj Kini. Visoki tlak i gibanje iznad PBL čini površinski sloj stabilnijim i sprečava vertikalno miješanje zagađivača, što dovodi do više HD u središnjoj istočnoj Kini. S kretanjem PDO-a prema najnovijoj negativnoj fazi (1999–2012), naši rezultati sugeriraju da mongolski visoki i odgovarajući silazni pokret imaju tendenciju slabljenja, što zrak čini nestabilnim i vodi ka širenju zagađivača, što dovodi do pada u zimskom HD-u nad središnjom istočnom Kinom od sredine 1980-ih (Sl. 1d).

Image

Niske, aleutske niske anomalije; Visoke, mongolske visoke anomalije. Zaplet je generiran pomoću NCL-a i licenciranog Microsofta PowerPoint.

Slika pune veličine

Rasprava

Naši nalazi sugeriraju da je dekadalna varijabilnost u zimskom HD-u usko povezana s PDO-om i da to ima implikacije na desetogodišnja predviđanja HD-a u središnjoj istočnoj Kini. Kako bi se usredotočili na ulogu PDO-a i uzevši u obzir složenost njegovih utjecaja, za daljnje modeliranje i analizu odabrane su samo stanice za koje je pronađeno da imaju značajnu pozitivnu povezanost sa PDO-om (dopunska slika S12a). Empirijski linearni model za središnju istočnu Kinu razvijen je za predviđanje prosječnog HD zimi na temelju kineskog BDP-a i PDO-a, kako slijedi:

Image

gdje je t vrijeme u godinama, a parametri a = 9, 8, b = 2, 8 i c = 15, 4 empirijski su određeni linearnom regresijom, tako da je regresijska pogreška Eq. (1) je minimaliziran. Kao što je prikazano na slici 6, linearni model uklopljen u HD podatke pomno prati promatrani HD ( r = 0, 85; p = 0, 01). Izvedba empirijskog linearnog modela je u velikoj mjeri neosjetljiva na odabir postaja u središnjoj istočnoj Kini, prosječni rezultat dobiven od 36 stanica dan je na Dodatnom Sl. S12b. Ovaj rezultat ukazuje na to da bi rigorozno određena dekadalna predviđanja pacifičkih SST-ova povezanih s PDO-om, na primjer iz inicializiranih decadalnih predviđanja korištenjem vezanih GCM-a, mogla proizvesti poboljšana decadalna predviđanja HD-a na središnjem istoku Kine.

Image

Promatrani prosjek (22 postaje; vidi dopunsku sliku S12) zimske HD vremenske serije u središnjoj istočnoj Kini od 1960. do 1961. do 2012./2013. (Plava) i linearni model (jednadžba (1)) prilagođeni podacima (crveni). Ovaj je plan generiran pomoću NCL-a.

Slika pune veličine

Treba napomenuti da HD pokazuje značajnu varijabilnost u međugodišnjem vremenskom rasponu, a empirijski linearni model pokazuje pristranosti u snimanju HD varijacija sredinom 2000-ih (sl. 6), što sugerira da PDO nije jedini jedinstveni pokretač Promjenjivost HD-a i drugi procesi također mogu igrati ulogu u njegovoj modulaciji. Unatoč relativno niskoj prediktivnoj vještini PDO indeksa u modelima povezanim s CMIP5, nedavne studije 36, 37 pokazale su da je inicijalizacija stanja gornjeg oceana primjenom povijesnih opažanja učinkovita za uspješne kasne PDO i može imati veliki utjecaj na budućnost predviđanja. Tijekom narednih desetljeća, predviđena tendencija prema negativnoj PDO fazi 36, 38 može suzbiti rastući trend zimskog HD-a kao što je predviđeno povećanim opterećenjem onečišćujućih tvari na središnjem istoku Kine.

metode

Promatranja izmaglice

Podatkovni podaci o magli izvedeni su iz podataka koje je dao Državni meteorološki informativni centar Kineske meteorološke uprave (CMA) na temelju opažanja izvršenih na mreži od 2474 meteorološke postaje između 1954. i 2013. u skladu s njihovim strogim postupcima i protokolima za kontrolu kvalitete. Dani maglice, definirani u CMA 10, javljaju se kada je vidljivost manja od 10 km (nakon isključenja kiše, olujne prašine i drugih vremenskih pojava koji utječu na vidljivost) i kada je dnevna srednja relativna vlaga manja od 80%. Kada je dnevna srednja relativna vlaga između 80% i 95%, potrebna je daljnja identifikacija 26 razmatranjem specifikacija površinskih meteoroloških opažanja ili pokazatelja atmosferskih aerosola. Mjesečni HD može se izračunati pod uvjetom da se na bilo kojoj postaji ne pojave podaci koji nedostaju tijekom čitavog mjeseca (kao što je to bio slučaj sa 756 postaja prikazanih na dodatnoj slici S13a). Razdoblje 1960.-2013. I zimska sezona (DJF) odabrani su jer tijekom ovog razdoblja i sezone postoje neprekidni HD zapisi za mnoge stanice (dopunsko Sl. S13b), a pojava dana izmaglice dostiže vrhunac tijekom borelske zime u Kini ( Dopunska slika S14b). Stanice s rekordnim prazninama koje su iznosile više od 0, 01% ukupnog zapisa za 1960–2013 (tj. Više od 6 mjesečnih zapisa tijekom 648 mjeseci) isključene su iz analize, kao i stanice sa svim nultim vrijednostima (dopunska slika S15). Kao rezultat toga, odabrano je 480 meteoroloških stanica sa zimskim HD zapisima za 54 godine (1959 / 1960–2012 / 2013) (dopunska slika S15).

Promatranje meteoroloških uvjeta

Također su dobivena dnevna opažanja brzine vjetra od 10 m, površinskog tlaka i relativne vlage za 480 stanica (dopunska slika S14). Mirni dani vjetra definirani su kao dani gdje je najveća brzina vjetra na 10 m manja od 3 ms −1 . Dani vjetra Gale definirani su kao dani gdje je najveća brzina vjetra na 10 m veća od 17 ms −1 .

Reanaliza i umreženi skup podataka za promatranje

Za ponovnu analizu korišteni su skupovi podataka Nacionalnih centara za predviđanje stanja okoliša - Nacionalni centar za atmosferska istraživanja (NCEP / NCAR) 39 . Rezani globalni SST dobiven je iz NOAA produžene rekonstruirane temperature morske površine (ERSST) V3b 40, temperature morske površine Hadley Centra iz Met Officea (HadISST) 41 i HadSST3 42, 43 .

BDP

BDP u Kini tijekom 1960–2013. Dobiven je od Svjetske banke (od //databank.worldbank.org/data/home.aspx, pristupljeno u srpnju 2015.) kako bi predstavljao gospodarski rast i ubrzavanje urbanizacije u Kini na temelju njihove dvosmjerne uzročnosti 29, Logaritam BDP-a iz izvorne vremenske serije korišten je za uklanjanje utjecaja heteroscedastičnosti i drastičnih kolebanja u ekonomskim podacima. Koristili smo i bruto regionalni proizvod za razdoblje 1993.-2013. Dobiven od Kineskog nacionalnog zavoda za statistiku (od //data.stats.gov.cn/, od srpnja 2015.), kao što je prikazano na Dodatnoj slici S2b.

PDO indeks

Mjesečni PDO indeks za 1957. do 2014. dobiven je sa Sveučilišta u Washingtonu (od //jisao.washington.edu/pdo/PDO.latest, pristupljeno srpnju 2015.). Pojedinosti o ovom indeksu osiguravaju Mantua i sur . 21 . Kako bi se usredotočili na dekadne varijacije, najprije se prosječno obrađuje nepročišćeni indeks, a zatim vremenski niz ublažava petogodišnjim prosjekom.

Statističke metode

Provedena je EOF analiza 44 kako bi se identificirao HD zimi za 355 stanica iznad istočne Kine (južno od 43 ° s. Istoka od 105 ° e.) Koje su uglavnom nastale po maglu (dodatna slika S14a). EOF1 i EOF2 dobro su razdvojeni jedan od drugog i od drugih viših modusa na temelju kriterija koji su predložili North i sur . 45 . Trendovi HD-a izračunati su kao Senanov nagib 46 i testirani su za statističku značajnost Mann-Kendall testom. Značaj regresije i korelacijskih koeficijenata testiran je dvostrukim Studentovim t- testom, računajući vremensku autokorelaciju korištenjem efektivne veličine uzorka 47, 48, 49 . Efektivna veličina uzorka N * može se procijeniti slijedećom aproksimacijom:

Image

gdje je N broj raspoloživih vremenskih koraka, a R X ( j ) i R Y ( j ) autokorelacije dvije uzorkovane vremenske serije X i Y s vremenskim odmakom j . Studentski t- test korišten je za ispitivanje važnosti kompozicijskih razlika.

Simulacije modela CAM5

Model atmosferske atmosfere verzije 5 (CAM5), razvijen u NCAR-u, korišten je za provjeru veze telekomunikacija i uspostavljanje pravca uzročne veze između PDO-a i klimatske regije Istočne Kine. CAM5 je atmosferska komponenta modela zemaljskog sustava Zajednice, CESM 1.0.4. Dinamička jezgra konačnog volumena CAM5 korištena je s globalnom horizontalnom razlučivošću od ~ 2 °. Model zemljišta Zajednice i termodinamički modul Zajedničkog modela more-led korišteni su za procjenu toplinskog toka na površini, kako bi se osiguralo da je SST bio jedina vanjska donja granica na atmosferskom modelu.

Kontrolna vožnja bila je prisiljena s mjesečnim promjenjivim, godišnjim ponavljanjem koncentracije SST i morskog leda, te koncentracije ugljičnog dioksida i ozona, sve utvrđene na razini 1980-ih. Dva prisilna pokretanja uspostavljena su promjenom samo SST-a u slivu Tihog oceana. SOM anomalije su nametnute prema PDO-kompozitnom SST obrascu za razdoblja visokog i niskog PDO indeksa. Razlika između dva prisilna pokretanja definirala je reakciju atmosferskog modela na PDO SST forsiranje. Sve su integracije pokrenute 35 godina polazeći od istih početnih uvjeta, a rezultati od 5 do 35 korišteni su za istraživanje odgovora modela na navedeno SST forsiranje.

Grafički softver

Sve karte i crteži nastali su korištenjem NCAR naredbenog jezika (NCL, ref. 50), dok je Slika 5 dodatno izmijenjena licenciranim Microsoft PowerPoint-om.

dodatne informacije

Kako citirati ovaj članak : Zhao, S. i sur . Dekadna promjenjivost pojave zime izmaglice u središnjoj istočnoj Kini vezana za desecifensku oscilaciju Tihog oceana. Sci. Rep. 6, 27424; doi: 10.1038 / srep27424 (2016).

Dodatna informacija

PDF datoteke

  1. 1.

    Dodatna informacija

komentari

Slanjem komentara slažete se s našim Uvjetima i smjernicama zajednice. Ako ustanovite da je nešto zloupotrebno ili nije u skladu s našim uvjetima ili smjernicama, označite to kao neprimjereno.