[论文解读] On Changes of Global Wet-bulb Temperature and Snowfall Regimes

Sagar K. Tamang, Ardeshir Ebtehaj+2 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2019

Cryospheric studies and observations参考文献 66被引用 5

一句话总结

本研究利用三种再分析产品和观测数据，分析了1979年至2017年全球湿球温度和降雪模式的变化，发现北半球显著变暖，导致湿球温度上升0.34–0.35 °C/十年，陆地和海洋上的潜在降雪区域分别减少了0.52/0.34百万平方公里/十年，高山地区如阿尔卑斯山和落基山脉的退缩速度加快。

ABSTRACT

To properly interpret the observed shrinkage of the Earth's cryosphere it is important to understand global changes of snowfall dominant regimes. To document these changes, three different reanalysis products of wet-bulb temperature together with observationally-based data sets are processed from 1979 to 2017. It is found that over the Northern Hemisphere (NH), the annual mean wet-bulb temperature has increased at a rate of 0.34$^\circ$C per decade (pd) over land and 0.35$^\circ$C pd over ocean, resulting in a reduction of the annual mean potential areas of snowfall dominant regimes by 0.52/0.34 million km$^2$pd over land/ocean. However, the changes in the Southern Hemisphere (SH) are less conclusive and more uncertain. Among the K$ö$ppen-Geiger climate classes, the highest warming trend is observed over the NH polar climate regimes. Over studied mountain regions, the Alps are warming at a faster rate compared to the Rockies, Andes and High Mountain Asia (HMA). Due to such warming, potential snowfall areas over the Alps is reducing at 3.64% pd followed by Rockies at 2.81 and HMA at 1.85% pd. On average, these mountain ranges have lost 0.02 million km$^2$pd of potential snowfall areas. The NH potential snowfall areas is retracting towards the North pole over the Central Asia and Europe at a rate of 0.45 and 0.7 degree pd. Furthermore, terrestrial regions over the NH including the Great Plains in the United States, Canadian provinces around the Hudson Bay, Central Siberian and Tibetan Plateaus, are losing as much as 4% of the solid proportion of the annual precipitation amount pd.

研究动机与目标

• 利用长期再分析和观测数据量化全球降雪主导模式的变化。
• 评估湿球温度上升对降雪时空分布的影响。
• 评估主要高山地区和气候区的降雪潜力区域趋势。
• 利用NCDC的地面雨量计观测数据验证结果并评估数据不确定性。
• 识别因降水相态受气候变化影响而最易受影响的区域，特别是北半球。

提出的方法

• 利用三种第三代再分析产品（ERA-Interim、MERRA-2、JRA-55）获取1979年至2017年2米湿球温度和降水量数据。
• 基于气温、相对湿度、气压和经验常数，使用牛顿-拉夫森迭代法计算湿球温度。
• 通过湿球温度阈值推断降水相态：陆地为<1 °C，海洋为<1.1 °C时判定为降雪主导。
• 将湿球温度低于降雪阈值的区域定义为潜在降雪主导区域。
• 使用线性回归和空间分析计算降雪-降水比（SPR）、过渡纬度和面积变化趋势。
• 使用R²、RBIAS、POD、FAR和CSI等统计指标，将结果与NCDC雨量计观测数据进行对比验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 1979年至2017年，全球不同气候区的湿球温度发生了怎样的变化？
• RQ2 北半球和南半球陆地与海洋上的潜在降雪主导区域在多大程度上减少？
• RQ3 阿尔卑斯山、落基山脉、安第斯山脉和青藏高原等主要高山地区，降雪模式如何演变？
• RQ4 北半球降雪过渡纬度的退缩速度是多少？
• RQ5 湿球温度变化与观测到的固态降水比例减少之间存在何种相关性？

主要发现

• 1979年至2017年，北半球陆地年均湿球温度上升0.34 °C/十年，海洋上升0.35 °C/十年。
• 北半球陆地潜在降雪主导区域面积减少0.52百万平方公里/十年，海洋减少0.34百万平方公里/十年。
• 阿尔卑斯山的降雪区域减少速度最快，达3.64%/十年，其次为落基山脉（2.81%）和青藏高原（1.85%）。
• 北半球降雪潜力区域正以每年0.45°的速度向极地移动（中亚地区），欧洲地区为每年0.7°。
• 包括大平原、哈德逊湾、中西伯利亚和青藏高原在内的陆地区域，固态降水比例每年最多减少4%。
• 南半球变化不甚明确，主要由于不确定性较高及数据限制，特别是在高山和极地地区。