气象学的进展

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气象学的进展/2018年/文章

研究文章|开放获取

体积 2018年 |文章的ID 5404123 | https://doi.org/10.1155/2018/5404123

珍妮a . Baijnath-Rodino克劳德·r·Duguay, 历史时空的趋势在降雪极端加拿大五大湖盆地的域”,气象学的进展, 卷。2018年, 文章的ID5404123, 20. 页面, 2018年 https://doi.org/10.1155/2018/5404123

历史时空的趋势在降雪极端加拿大五大湖盆地的域

学术编辑器:斯特凡诺迪特里希
收到了 2018年3月20日
修改后的 2018年8月01
接受 2018年10月18日
发表 2018年12月10

文摘

劳伦大湖盆地(GLB)是容易降雪事件由温带气旋或湖泊效应过程。监控极端降雪应对气候变化趋势对可持续发展和适应气候变化的研究至关重要,因为气候变化可能显著影响降水在21世纪的可变性。许多研究调查降雪在GLB都集中在特定案例研究事件与明显的考试下区域极端降雪的趋势。当前研究探讨了历史极端降雪通过评估的强度、频率和持续时间的降雪在安大略省的最大下界。时空的降雪和降雨趋势计算1980年到2015年期间使用Daymet(版本3)每月网格插值数据集从橡树岭国家实验室。结果表明,极端的降雪强度、频率和持续时间明显下降,在90%置信水平,更多的加拿大背风的苏必利尔湖沿岸比休伦湖,几个月的12月和1月。帮助分辨时空趋势是极端降雪,几个趋势分析lake-induced预测变量进行分析的两个城市,瓦瓦Wiarton,分别沿着湖泊优越的多雪地带和休伦人。这些变量包括每月最大和最小空气温度、最大阵风速度,湖的表面温度,最大年冰盖浓度。合成显著增加12月的最大和最小空气温度的瓦瓦的原因可能是一个潜在的极端降雪减少的趋势。

1。介绍

在冬季,大雪是一位著名的气象现象在五大湖盆地(GLB)和来自温带气旋或lake-induced降雪过程。温带气旋生成的准地转强迫正温度或涡度平流1),与射流后跟踪纬向低压中心。因此,频繁的冬季温带风暴,如阿尔伯塔大剪刀,科罗拉多低,东北风,跟踪从西到东,影响surface-atmosphere GLB地区内的条件。与这些大型天气系统是浅meso-beta规模湖泊效应降雪(LES)。LES范围从约5公里到几百公里的长度,是由湍流能量和水分通量湖泊(1]。

剪切空间范围和地理位置的劳伦大湖LES著名气象现象在深秋和冬季(1]。LES当边界层对流形式发起由于寒冷和干燥的大陆气团用平流输送相对温暖湖,产生水分和湍流热通量,破坏的下部行星边界层(PBL)。到低层大气水分的增加提高了云层和降水的背风岸大湖(1- - - - - -12]。湖泊效应垂直大气剖面经常moist-neutral或不稳定的对流边界层特性,扩展了1到4公里高湖表面,覆盖稳定层或者反转限制垂直对流的程度(12- - - - - -16]。除了莱斯,lake-enhanced降雪天气尺度系统时容易发生,由准地转强迫驱动,GLB移动。天气系统可以增加高度限制的反转,产生更深层次的云对流,因此,增加降雪。因此,术语lake-induced降雪是用来描述湖泊效应和lake-enhanced降雪过程,所定义的(17]。Lake-induced降雪可以组织成一个光谱的LES形态从离散的和无组织的细胞组织中尺度乐队(16),包括广泛的覆盖率,海岸线乐队,midlake乐队,和中尺度涡旋1,11,18- - - - - -20.]。对流乐队通常狭长,50至300公里长,5到20公里宽(1,10),和能产生高度本地化的降雪在城市GLB的多雪地带。

高度密集的GLB是包括安大略省90%的人口超过3300万人。超过150万人居住在加拿大海岸休伦湖和200000在苏必利尔湖(21]。劳伦大湖支持加拿大的经济活动的40%,其农业产能的25%,和45%的工业能力。这些湖泊也支持大约4亿美元的累积休闲和商业渔业和1800亿美元的加拿大和美国贸易(22]。因此,重lake-induced GLB的降雪会影响当地居民和众多行业(23- - - - - -27]。GLB的条款对周围社区和其气候有利的降雪位置给信任评估的历史时空的降雪的上下文中极端气候变化的趋势。

根据政府间气候变化专门委员会第五次评估报告中,IPCC AR5,气候变化,由自然或人类营力可能导致发生变化或强度等极端天气和气候事件的极端降水(28]。因此,评估和监测时空趋势在降雪极端气候变化历史可以为未来提供知识行为时空趋势降雪极端在人口稠密的加拿大GLB域和可持续发展和适应气候变化研究是非常有用的。

然而,只有少数lake-induced降雪的研究集中在加拿大GLB虽然许多研究,包括(25,27,29日- - - - - -32],集中在美国多雪地带。此外,underexaminations LES相比极端案例研究观察到的历史上是显而易见的。LES调查分析具体事件的大部分与莱斯气候学和相关的功能,例如,(9,10,33- - - - - -42]。

降雪的几项研究已经检查趋势模式在20世纪,发现整个GLB降雪趋势逆转,有增加的降雪在1980年代之前,紧随其后的是降雪减少过去几十年。的一项研究[43]调查降雪趋势从1948年到2001年在北美和观察到的降雪增加窄带从科罗拉多的李伊利湖和安大略湖。此外,(44)发现area-averaged降雪在加拿大北部(55°N 88°N)的速度显著增加8.8厘米/十年20世纪末。然而,在加拿大南部(低于55°N),一个消极的趋势,0.65厘米/十年在此期间被发现,最减少发生在1980年代45]。研究[17)表明,尽管一些研究显示一般在降雪增加GLB [8,23,25,29日,46,47),最近的研究已经看到莱斯衰落通过后20世纪和21世纪初的一半。例如,[48)显示,降雪减少沿着密歇根湖的背风岸1980年和2005年之间,32]显示减少中央纽约在1971年和2012年之间。虽然这些研究大纲的趋势在北美降雪,还有考试缺乏GLB极端气候的降雪。仍知之甚少过去变化的物理过程影响日常降雪对全球极端和半球尺度。在区域范围内,观察研究显示大的年代际变化降雪极端措施;然而,长期趋势仍不明朗49- - - - - -51]。

本研究的目的是评估的历史(1980 - 2015)时空趋势降雪极端加拿大多雪地带的苏必利尔湖区和湖Huron-Georgian湾(图1)。这将是由检查降雪强度、频率和持续时间,并提供可能的解释结果的上下文中lake-induced预测变量,包括月度极端最高最低气温,最大阵风速度,湖地表温度(LST),和年度最大的冰盖浓度。研究分为两个折叠:第一个将评估的统计极端降雪强度、频率和持续时间超过36年的时期,而第二个将检查这些极端的趋势在给定的时间。将使用术语“极端降雪”当指所有极端的强度、频率和持续时间,除非另有说明。摘要部分1介绍了介绍,提供了一个背景的发展在GLB地区降雪;部分2概述了数据和方法论;部分3介绍了结果;部分4提供讨论和分析结果;和部分5总结了研究并提出未来可能的研究途径。

2。数据和方法

2.1。数据集

在这项研究中使用的数据集包括网格插值从Daymet降水和温度数据。预测lake-enhanced气象变量,温度和大风等天气观测站点的瓦瓦和Wiarton加拿大安大略省和提供环境和气候变化(ECCC)。此外,国家海洋和大气管理局(NOAA)提供湖湖冰浓度和表面温度(LST)数据集。表1列出了在这项研究中使用的数据集和来源。


数据集 月时间可用性 变量

Daymet版本3 1980 - 2015 (我)降水 https://daac.ornl.gov/DAYMET/guides/Daymet_V3_CFMosaics.html修正

NOAA海岸观看 1995 - 2015 (我)LST https://coastwatch.glerl.noaa.gov

NOAA大湖冰地图集 1980 - 2015 (我)最大的冰盖浓度 https://www.glerl.noaa.gov/data/ice/atlas/daily_ice_cover/daily_averages/dailyave.html
https://www.glerl.noaa.gov/pubs/tech_reports/glerl-135/Appendix2/DailyLakeAverages/

历史气象站观测 1980 - 2014 (我)最高和最低温度
(2)最大阵风速度
http://climate.weather.gc.ca/historical_data/search_historic_data_e.html

2.1.1。Daymet

Daymet(第三版)提供了气象数据用于这项研究和构成的软件和算法的集合生成网格的估计每日天气观测,包括每日最高和最低温度和降水。Daymet输入包含土地面具和北美的子集国家航空和宇宙航行局(NASA)航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM)广泛30-arc第二个数字高程模型,2.1版。它还包括空间引用地面观测来自NOAA国家环境信息中心的全球历史气候学网络(GHCN), 3.22版(52,53]。

每个预测点的插值方法采用迭代估计位置的密度,使用空间截断高斯滤波器的卷积得到1公里×1公里网格的气象参数。算法的搜索半径站数据丰富的地区减少和增加区域分析法逐渐失宠。从环境科学数据集开发部门在橡树岭国家实验室(54,55]。详细描述数据集可以在这个网站上找到http://daymet.ornl.gov。每日最小和最大温度和降水在北美,1980年至2015年,获得在线http://daac.ornl.gov/cgi-bin/dsviewer.pl?ds_id=1328和使用获得网格日常降雪。

也承认,降水和温度变量Daymet V3的估算值。Daymet V3的广泛交叉验证统计数据计算站日常观察和预测/ 2°×2°瓷砖北美(55]。瓷砖提供信息创纪录的平均绝对误差(MAE)和偏见的统计数据输入的最大和最小温度和降水天气观测每年,1980 - 2015。详细的验证总结可以发现https://daac.ornl.gov/DAYMET/guides/Daymet_V3_CrossVal.html修正。Daymet数据适合本研究考虑其他数据集的选择后,如北美地区再分析(NARR)。而NARR提供3小时降水产品,涉及的成本粗32公里的空间分辨率。1公里日报Daymet产品生产和提供高时空分辨率描述高度本地化snowsquall乐队在安大略多雪地带。

2.1.2。加拿大的环境和气候变化信息存档

城市的气象数据集Wiarton和瓦瓦由ECCC提供。相关的地理坐标和多雪地带如表所示2。从ECCC观测数据的归档历史数据可以发现在国家气候数据和信息归档,http://climate.weather.gc.ca。历史地面气象观测站ECCC提供最大和最小空气温度和被定义为观察到的最高和最低气温在特定的位置。每个月最大风速的方向也获得和定义为最大风速的方向,风一吹,价值360°指示风从真北用平流输送。值只报道阵风速度超过29公里/小时。最大风速的速度也是对网站进行了分析。阵风被定义为瞬时峰值或单一阅读从气象站风速计。相对应的运行时间之间的阵风的持续时间通常是三到五秒。湖除了大气气象观测变量,变量也进行了分析。


城市 气象站坐标 相关的多雪地带

瓦瓦,安大略 47.9−84.78 优越的
安大略省Wiarton 44.75−81.11 休伦

2.1.3。国家海洋和大气管理局冰地图集和海岸的手表

NOAA提供lake-wide年度最大冰盖浓度和月平均为湖泊优越和休伦LST。LST数据集可以找到https://coastwatch.glerl.noaa.gov。冰图表数据的混合观测船舶、海岸电台、飞机和卫星来估计整个大湖冰层覆盖数据。冰图表是数字化和可用https://www.glerl.noaa.gov/data/ice/atlas/index.html

2.2。降雪推导

降雪来源于日常降水,P1(毫米),和日常中点2 m空气温度,T中期(°C),基于所使用的方法(56]。因为Daymet并不提供每日意味着2 m空气温度,中点值是使用和计算通过日常温度的最大值和最小值的总和除以2,见以下方程:

T中期用于估计比(R每日降水下降),这表示降雪的每日总降水、 ,方程(2)[57]。以下函数推导使用对数曲线和安装在月度数据每个月报告绝对偏差为0.06毫米(58]:

P1R收益率的水当量日常降雪,Pn(毫米),见以下方程:

然后计算密度值的函数T中期(4)。指出,当T中期≤−15°C,降雪的密度是分配到0.05克 厘米−3:

最后,估计新的降雪的高度,Hn(cm)是由

额外的不确定性分析是由(56]在派生的降雪量化的不确定性。考虑到Hn是一个函数的RP1, , ,首先,每年为每个这些变量不确定性值计算。计算初始的降水和不确定性 ,两个2°×2°瓷砖包含瓦瓦,一个城市在苏必利尔湖的多雪地带,和Wiarton Huron-Georgian湖内湾的多雪地带的城市,选择从Daymet交叉验证数据资源。两个瓷砖提供了沉淀的美,转化为误差的标准差和降水的不确定性。此外,每年不确定性的措施 计算通过计算年度标准差之间Daymet和一个独立的数据集,NARR,瓦瓦和Wiarton的城市。不确定性估计的密度为0.005,其初始值的10%。计算年度的不确定性R,P1, , 然后输入到上述方程的导数确定年度的敏感性Hn ,HnP1,R , ,HnR,Hn (如果 ≥−15°C),Hn (如果 <−15°C)。

不确定性分析表明,总体36年的年的不确定性Hn相对于 是瓦瓦Wiarton 1.7厘米和6.2厘米。的敏感性HnP1是瓦瓦Wiarton 0.03厘米和0.12厘米。降雪的敏感性R平均1.4厘米Wiarton和瓦瓦。预计降雪不确定性包含瓦瓦的瓷砖会高于Wiarton因为它是北部和含有更少的天气观测站点的数量。此外,当预测降雪积累,气象学家通常提供一个5厘米降雪预测范围,例如,1 - 5厘米或10 - 15厘米的积雪。因此,一个不确定性值Wiarton 1.7厘米和6.2厘米的瓦瓦是在合理的不确定性。这些不确定性是相当低,提供信心派生降雪方法用于这项研究。派生的网格计算每日降雪GLB和有界的坐标95°W, 75°W, 40°N, 45°N。在这个地区,极端的降雪(强度、频率和持续时间)每个月(11月、12月、1月、2月和3月)在36年时间(1980 - 2015)计算。

2.3。定义降雪极端

降雪极端分析评估两个折叠:首先通过探索每月时空极端降雪强度,频率和持续时间在36年期间(从这里被称为36年极端),其次通过确定在这些极端的趋势。首先,36年极端是解释说。降雪强度随着时间的推移被定义为降雪的速度。日常降雪积累的第99个百分位是在计算步骤,也就是说,1980年和2015年之间的所有天每个月。第99百分位36年期间然后空间映射到确定的极端值降雪强度和它的位置为每个月的寒冷的冬季(11月、12月、1月、2月和3月)。根据每个月的极端强降雪,降雪中点值选择最能代表极端的降雪强度阈值(S_threshold)整个寒冷的月份。

然后S_threshold值是用来评估36年极端降雪频率和持续时间。频率被定义为的降雪天数在一个特定的时期。在这项研究中,极端的降雪频率是由计算的降雪天数,给定S_threshold达到或超过每个月对所有36年的时间步骤。每月生成地图来确定区域内高和低的GLB极端降雪频率36年期间。降雪时间被描述为下雪的时间在一个特定的强度。36年时间极端提出了映射的最大数量连续降雪,而事件等于或超过了获得S_threshold值在这个时期。重复这个过程对于每个月的寒冷的冬季来确定空间模式在极端降雪时间在整个赛季。

其次,计算36年极端的趋势。趋势在极端强度计算通过一个过滤器来提取日常降雪事件大于或等于S_threshold每月和每年的价值。过滤值聚合,然后除以总数量的降雪天月,月平均降雪强度。注意降雪的一天被定义为一个完整的24小时一天,降雪超过0厘米的积雪。重复该过程对于每个36年。Mann-Kendall(可)测试应用于时间序列来计算每月的趋势极端降雪强度。趋势是计算每个月的寒冷季节,和每月的时空的极限强度的趋势。趋势降雪频率计算通过计算每月的数量每年极端事件(过滤值)。然后应用在这个时间序列可测试来评估时空月降雪极端的趋势。趋势在极端降雪时间计算通过计算可测试在每个月度时间序列。 The time series comprises the monthly maximum number of consecutive snowfall days, for which events equaled or exceeded the S_threshold.

可测试应用于极端降雪时间序列来确定是否有单调上升或下降的趋势强度、频率和持续时间对每个网格单元36年期间。如果没有一个完整的36年的时间网格细胞的一系列极端值,然后没有趋势分析是计算网格单元,并分配“不是一个数字”和阴影灰色。可测试评估估计线性回归直线的斜率nonparametrically,不需要安装的残余回归线是正态分布,像参数的线性回归59,60]。在这项研究中,斜率是计算每个网格单元36年期间为了产生时空趋势地图。本研究的目的,意义极端降雪潮流计算的90%置信水平。这是因为较高的置信水平可能无法捕捉的高度情景和紊乱的空间模式lake-induced趋势的结果。使用可预测变量趋势也估计方法的城市瓦瓦和Wiarton安大略省。

3所示。结果

3.1。降雪强度极值

需要一个预定义的极端降雪强度值以进行极端降雪分析。在这项研究中,S_threshold值计算通过计算每个月的日常降雪的第99个百分位36年时期(数字2(一个)- - - - - -2 (e))。加拿大GLB域中,背风的苏必利尔湖沿岸和湖Huron-Georgian湾显示所有月降雪强度最大的价值。沿着这些海岸,较低的降雪强度值范围5厘米/天至15厘米/天11月和3月个月(数字2(一个)2 (e))和较高的值介于15厘米/天,12月和1月30厘米/天(数字2 (b)2 (c))。

15厘米/天的降雪的S_threshold价值评估采用极端的降雪在36年的研究期间。指出,前期工作也调查了较小的阈值(5厘米/日和10厘米/天),以确定是否有任何环比时空变化。然而,结果显示类似的时空趋势的15厘米/天,但小震级的极端值。由于这些发现,只有15厘米/天S_threshold值绘制减少重复的结果。

此外,15厘米/天S_threshold是理想的,因为它是寒冷的月份之间的中点的价值分析。这个S_threshold也符合环境和气候变化加拿大安大略省的预警标准。安大略加拿大环境问题降雪警告当提醒降雪参数达到或超过15厘米的降雪在12小时内。安大略省的snowsquall警告的报警参数相似但也因素能见度400米标准有或没有持续的飞雪的存在(61年]。由于本研究仅限于日常时间分辨率,15厘米/天作为S_threshold价值。此外,15厘米/天是一个合理的S_threshold价值。例如,当分别考虑历史1981年到2015年每月平均降雪巴里市位于休伦湖的多雪地带,巴里经验最高降雪1月平均66厘米。这表明平均大约只有2厘米/假设每天连续降雪[62年]。因此,每天15厘米的降雪率可以被认为是一个极端的降雪事件的高强度。这种S_threshold现在应用于评估极端降雪频率和持续时间。

3.2。降雪频率极端值

结果表明,极端降雪强度是主要沿着背风的苏必利尔湖沿岸和湖Huron-Georgian湾在寒冷的季节。接下来,极端降雪事件的时空频率探索通过确定的天数,降雪事件等于或超过15厘米/天的S_threshold 36年的时期。开始的时候,莱斯赛季,去年11月,背风的苏必利尔湖沿岸开始体验极端降雪事件与其他地区更高频率的最大下界(图3(一个))。最大的空间范围和最高频率上升50天的背风岸是苏必利尔湖、休伦湖(图12月的月3 (b))和(图1月3 (c))。高频降雪的时空发作表现类似于lake-induced降雪时空模式。今年2月,(图3 (d))的频率仍然很高在苏必利尔湖加拿大多雪地带,但是变得高度本地化,而空间范围和更高频率的多雪地带湖Huron-Georgian湾了。在3月,高频值和空间范围减少了对多雪地带与频率小于10天(图3 (e))。类似的时空的结果检查时表现出极端的降雪持续时间。

3.3。降雪时间极端值

极端的降雪时间块显示的最大连续数天当降雪强度等于或超过15厘米/ 36年的时期。早在11月,沿着背风的苏必利尔湖沿岸高度本地化领域经验丰富的高极端降雪事件持续时间超过3天,而湖Huron-Georgian湾的多雪地带没有最大降雪持续时间(图4(一))。在12月和1月,大多数东北安大略省经历了极端事件超过2天。然而,极端降雪事件的持续时间大于5天空间局限于多雪地带的地区。2月,极端降雪事件的持续时间沿着湖Huron-Georgian湾多雪地带空间减少了,但是继续保持主要沿着背风的苏必利尔湖沿岸。在3月,多雪地带显示空间在降雪持续时间(图那么极端4 (e))。

3.4。降雪极端的趋势

本节对1980年到2015年时空的趋势在极端降雪强度、频率和持续时间为每个月的寒冷季节,S_threshold 15厘米/天。研究[62年,63年]显示清晰、一致和连续的时空趋势月降雪总计和苏必利尔湖的湖Huron-Georgian湾的多雪地带。然而,时空的月度趋势意味着降雪极端不连贯和不太明显的描绘。

3.4.1。11月

极端的降雪强度、频率和持续时间的经验没有显著变化在五大湖盆地的11月。虽然不显著,但降雪强度趋势可以提供极端降雪进化的迹象,显示在图5。例如,背风的苏必利尔湖沿岸北部显示极端降雪强度下降,而其背风南部海岸出现增加,表明沿着这多雪地带连贯的空间分布的不一致性。此外,有一个强烈的负面趋势安大略省东北部的地区内,即从背风的苏必利尔湖沿岸更远的内陆。这种地理位置意味着强烈的极端降雪减少趋势可能不是由于莱斯但也许天气和温带暴风雪。时空的趋势表明,11月的降雪增加在安大略省北部极端可能是由于lake-induced过程,但减少在温带和天气scale-driven暴风雪。

安大略省南部大部分地区不经历每日极端降雪大于15厘米11月/天。记得从图211月,每月平均极端降雪不超过12厘米/天对于大多数网格细胞在安大略省南部和灰色像素区域所示。此外,极端的降雪频率和持续时间没有变化的11月和不包括在结果中。12月结果提供更多实质性的证据多雪地带地区降雪极端的趋势。

3.4.2。12月

12月展品最连贯的降雪极端重要的时空趋势的所有月寒冷的季节。去年12月,苏必利尔湖的多雪地带显示两种不同的趋势。南部的背风岸揭示极端降雪强度明显降低,而北部背风岸显示高度本地化的显著增加(图6(一))。北部和南部的背风岸表现出明显降低在极端降雪频率(图6 (b))。然而,北岸显示一个较弱的负面趋势。南海岸的持续时间也显著减少,没有北方的极端降雪持续时间变化背风岸苏必利尔湖的多雪地带(图6 (c))。在本月,Huron-Georgian湾湖的多雪地带显示高度本地化的降雪强度下降,但没有极端的降雪频率和持续时间的变化。很明显,不仅是时空趋势降雪极端多雪地带也都不同,在相同的多雪地带,降雪极端不空间相干的趋势。

3.4.3。1月

1月的展示了这两个空间相干比12月多雪地带的地区。优越的背风岸北部降雪强度明显降低(图7(一)(图),频率7 (b)(图)和持续时间7 (c))。安大略省南部显示空间非相干负面趋势在极端降雪强度,尽管没有频率和持续时间的变化。与去年12月相比,时空的趋势在极端降雪是高度局部和整体空间相干。

3.4.4。2月和3月

2月的月显示不连贯的空间积极的和消极的趋势在极端降雪强度对多雪地带(图8(一个))。极端降雪频率结果显示高度本地化减少上级多雪地带(图8 (b)),而没有极端的降雪持续时间的变化,结果没有显示。也没有变化的频率和持续时间对湖Huron-Georgian湾的多雪地带。

3月展览明显降低极端降雪强度沿背风的苏必利尔湖沿岸和更远的内陆,多雪地带以外的区域(图9)。的地理位置和时间-强度下降趋势表明,极端的降雪强度可能不仅仅来自莱斯,但也许从规模综观暴风雪。频率和持续时间的降雪极端表现出任何改变对于这个多雪地带,结果没有显示。湖Huron-Georgian湾的多雪地带还显示降雪极端的变化可以忽略不计。

3.4.5。预测变量

Lake-induced预测变量也分析了每个月的寒冷季节的城市瓦瓦(表3)和Wiarton(表4)。位置和所有月显示最大和最小的空气温度上升,除了2月(瓦瓦)和11月(Wiarton)。每月最高气温有明显的变暖(瓦瓦)12月和1月(Wiarton)。有明显的变暖每月最低气温在12月和2月的月(瓦瓦)和3 (Wiarton)。


第一年 去年 数年 森斜率和意义

最高月温度
11月 1980年 2013年 34 0.044
12月 1980年 2013年 34 0.089 +
1月 1980年 2014年 35 0.043
2月 1981年 2014年 34 −0.024
3月 1981年 2014年 34 0.038

每月最低温度
11月 1980年 2013年 34 0.067
12月 1980年 2013年 34 0.212
1月 1980年 2014年 35 0.100
2月 1981年 2014年 34 0.121
3月 1982年 2014年 33 0.060

最大风速的方向
11月 1980年 2013年 34 0.417
12月 1980年 2013年 34 0.000
1月 1980年 2014年 35 0.455
2月 1980年 2014年 35 0.588
3月 1980年 2014年 35 0.000

速度的最大风速
11月 1980年 2013年 34 −0.250
12月 1980年 2013年 34 0.000
1月 1980年 2014年 35 0.000
2月 1980年 2014年 35 0.000
3月 1980年 2014年 35 0.000

湖优越的表面温度
11月 1995年 2015年 21 0.040
12月 1995年 2015年 21 0.022
1月 1995年 2015年 21 0.049 +
2月 1995年 2015年 21 0.006
3月 1995年 2015年 21 0.000

+, , 代表90%、95%、和99%置信水平,分别。

第一年 去年 数年 森斜率和意义

最高月温度
11月 1980年 2014年 35 −0.032
12月 1980年 2013年 34 0.062
1月 1980年 2014年 35 0.125 +
2月 1980年 2014年 35 0.015
3月 1980年 2014年 35 0.033

每月最低温度
11月 1980年 2014年 35 0.027
12月 1980年 2013年 34 0.156
1月 1980年 2014年 35 0.000
2月 1980年 2014年 35 0.065
3月 1980年 2014年 35 0.200

最大风速的方向
11月 1980年 2011年 32 0.000
12月 1980年 2011年 32 −0.889
1月 1980年 2012年 33 0.000
2月 1980年 2012年 33 1.181
3月 1980年 2012年 33 0.513

速度的最大风速
11月 1980年 2011年 32 −0.472
12月 1980年 2011年 32 −0.128
1月 1980年 2012年 33 −0.725
2月 1980年 2012年 33 −0.077
3月 1980年 2012年 33 −0.296

湖休伦湖的表面温度
11月 1995年 2015年 21 0.040
12月 1995年 2015年 21 0.033
1月 1995年 2015年 21 0.022
2月 1995年 2015年 21 0.001
3月 1995年 2015年 21 0.001

+, , 代表90%、95%、和99%置信水平,分别。

两个城市都没有显示显著改变方向的最大风速。瓦瓦,最大阵风的趋势是积极的个月,除了3月,当没有变化。对于Wiarton,所有的趋势是积极的,除了月12月,这显示了一个消极的趋势。此外,最大风速的速度显示了瓦瓦没有变化,除了减少发生在11月。在Wiarton,最大阵风的速度减少每个月的寒冷季节,1月份出现显著下降。

LST也为湖泊优越的温暖和休伦数月的寒冷的冬季,为显著增加发生在一月份苏必利尔湖。参考表34森斜率值和意义。最后的变量分析是湖泊的最大年度冰盖浓度。这些湖泊都显示最大年度冰盖浓度下降,但不显著(表5)。


第一年 去年 数年 森斜率和意义

最大年冰盖
优越的 1980年 2015年 36 −0.713
休伦 1980年 2015年 36 −0.453

4所示。讨论

4.1。降雪强度、频率和持续时间的极端值

36年降雪强度、频率和持续时间、由S_threshold每日15厘米/天,评估在加拿大GLB的域。合成行为模式的时空降雪极端表明,他们主要是归因于lake-induced降雪而不是温带风暴。这是由于降雪极端表现出类似的时空模式莱斯。空间,这些极端主要沿着加拿大背风湖泊沿岸优越和休伦湖,lake-induced降雪发生的地方。暂时的,这些结果在降雪在湖泊效应占主导地位的几个月极端。根据(4),这些多雪地带区域经验高每年降雪总数,超过250厘米在秋季和冬季由于莱斯。这些空间模式在极端降雪也见过所有寒冷的月份在这项研究中,极端最高的降雪强度发生在12月和1月。这是协议的研究(64年)表明,LES GLB内是最强烈的在12月和1月有最大的开放水域和寒冷的北极空气质量,促进水分和热量的交换之间的湖和气氛。

结果表明,极端降雪在2月和3月是低于其他寒冷的月份。这是协议的研究(65年)表明,只有大约14%的LES发生顺风休伦湖泊优越和在2月和3月。这是归因于这样一个事实:冰层覆盖最广泛的在五大湖在2月和3月66年,67年]。随着冰盖的形成变得更加突出,在冬季,抑制的能量和水分的交换通量发生,减少生产的降雪9]。因此,湖冰是一个监管机构的莱斯(68年),而冰盖分数的变化也会影响LES的空间分布和程度。

从空间的角度来看,相比其他的加拿大GLB湖泊优越和Huron-Georgian湾的背风岸展览降雪极端最高,降雪的减少极端更远的内陆。极端的降雪的空间模式类似于lake-induced降雪休伦上级和背风海岸附近的湖泊。莱斯并不遥远的内陆和依赖于风切变在上层水平来确定雪带的强度和组织。莱斯能产生最大量的雪在50到150公里的背风岸。大部分水分供应从湖到上层大气通过降水在这个距离(1,69年,70年]。

此外,今年2月,极端的空间范围降雪已大幅减少湖Huron-Georgian湾的多雪地带比苏必利尔湖。去年11月,极端的降雪已经开始开发苏必利尔湖的多雪地带而不是休伦湖的。这些差异在极端降雪行为归因于lake-induced预测变量的影响,受到深度测量法和地形的影响,给予额外的凭证,降雪的合成极端大多由lake-induced降雪。

湖五大湖有不同的地理位置和深度测量法,如大小、深度,纬度的影响程度不稳定的季节发病,沿着每个多雪地带区域触发莱斯。不稳定的季节是指时期湖比环境空气温度变暖。苏必利尔湖,例如较大,更深,比其他大湖区和更远的北部地区,因此,苏必利尔湖的变暖季节在春天开始较晚,很少达到的LST值较高,较低的大湖。长期稳定的季节在苏必利尔湖的结果在一个更长的莱斯赛季,持续从11月中旬到四月初1),说明在当前的研究中观察到。湖的深度也是一个控制因素在考虑冰冰冻期和冰分手日期高纬度地区(71年,72年]。在浅水湖泊,LST上升速度比更深的湖泊,发生强烈的蒸发的允许解冻赛季早些时候(73年]。在秋天和冬天的时候,浅湖允许快速和早期冷却LST (4]。这些湖泊也促进更快的冰增长由于短热周转率,在一周的顺序存储更少的热量。因此,时空行为降雪多雪地带之间的极端情况可能不同,因为湖的深度测量法和其他重要的因素。

地形抬升是另一个因素,影响莱斯和可以提供额外的空气包裹不稳定,影响时间,和降水的空间分布12]。地形抬升可以添加大约13到20厘米的年平均降雪每30米高度的增加。它还可以从莱斯积累产生的两倍27,74年]。苏必利尔湖的多雪地带和拖轮山高原产生的年降雪降水虽然拖轮山高原位于南方气温的升高和经验在空中比其他的多雪地带(4]。高原上升500米安大略湖的背风岸,甚至以其适中的高度,可以影响湖泊效应降水的分布的长轴湖。年平均降雪在这个领域可以在Redfield超过700厘米,纽约西部斜坡,积累观察在低地的两倍多12]。

类似行为在极端降雪发现在这项研究中,苏必利尔湖的多雪地带和拖轮山高原,进一步确认产生的极端的降雪lake-induced过程和不完全由温带天气风暴。如果极端主要是大型锋面系统的产物,然后空间分布在降雪会极端气候持续额边界和飑线而不是多雪地带区。极端的时空的降雪已经评估了36年的时间;和下一步是讨论是否有这些极端降雪的趋势。

4.2。降雪极端的趋势

先前的研究显示的频率的增加冬季环流模式(1951年至1982年)850 mb西风和超绝热空气温度等,这都是需要LES的发展,提出增加LES事件(3,23,25,29日,64年]。相对,在20世纪的最后20年和21世纪的第一部分显示显著减少每月的降雪总数在加拿大的五大湖地区盆地(62年,63年]。最近的趋势在极端的降雪在加拿大五大湖的领域并不明显,显示不一致的时空模式。,总的来说,结果表明降低极端降雪强度、频率和持续时间,每个月他们空间不一致和多雪地带和nonlake-effect区之间的波动。

因此,进一步识别出潜在的变化在极端的降雪,lake-enhanced预测变量对瓦瓦和Wiarton趋势进行了分析。总的来说,lake-wide年度最大的冰盖已经减少了两个湖泊。这些结果与[协议62年,63年趋势调查),从1980年到2015年每月平均冰盖浓度显示显著下降,一月和二月份的苏必利尔湖,虽然休伦湖1月明显下降。月度趋势冰层覆盖不完全结合在极端降雪的时间趋势。而显著减少苏必利尔湖冰盖发生在1月,最显著减少(图12月发生在极端的降雪6)。减少年度最大的湖冰可以归因于lake-wide每月LST变暖趋势。

LST和随后的减少增加最大的冰盖可以表现出能量通量的增加成行星边界层越低,可以有利于lake-enhanced降雪的发展。然而,广泛的工作62年,63年)表明,随着空气温度,空气包裹可以容纳更多的水分,延长在空气和水蒸气的共振时间延迟的饱和度和降水沿立即空运五大湖的背风岸。

从目前的研究结果显示一个类似的想法。极端降雪已减少在过去的36年的背风岸苏必利尔湖、休伦湖,尽管LST的增加和减少最大年度冰层覆盖。极端的降雪减少潜在的原因可以归因于两个最大和最小的增加每月的空气温度。气象站观测到的最大和最小温度上升,气温将成为降水落如雪太热。此外,两个月最高最低气温的增加表明,大气变暖,从而有能力留住水分,正如前面所讨论的那样。

文章还提出了趋势的方向和速度最大的月度阵风。虽然没有显著变化方向的最大风速,瓦瓦和Wiarton显示增加方向最大风速的月,Wiarton 12月的一个例外。主要增加这些值表明顺时针阵风的原点位置的转变。这种顺时针转移被称为顺转,可以改变开始,地点,lake-induced降雪的频率、强度和持续时间。例如,加拿大的背风岸苏必利尔湖、休伦湖的多雪地带区域由于普遍寒冷和干燥来自西北的风遇到最大的获取在这些湖泊。然而,如果这些风方向的起源开始转向偏北、偏东流,苏必利尔湖背风多雪地带区将主要在密歇根州北部和东部沿海岸明尼苏达。休伦湖的主要多雪地带也会转移到沿着密歇根东部海岸。

最大阵风的速度没有变化的几个月,除了减少11月的瓦瓦。所有月的寒冷的冬季表明减少最大阵风Wiarton, 1月份有明显降低。一个空运的速度将影响获取时间的湖泊。空运的获取时间将在湖泊和修改空气温度影响lake-induced降雪的发展。的一项研究[75年)表明它只需要大约10分钟的空气包裹,在高度一至15米的湖泊,进行温度的增加修改。共振越长时间的空气包裹在湖泊、空气温度增加越大。如果气温变暖太多(超过值0°C以上),这可以减少生产lake-induced降雪,在这项研究中观测到的。

本研究有两个明显的发现。首先,两个都加拿大多雪地带区表现出不同的时空降雪极端的趋势。例如,苏必利尔湖的加拿大多雪地带展现极端降雪强度显著降低,频率和持续时间,主要是,几个月的12月和1月,尽管没有显著变化休伦湖的加拿大多雪地带。正如在前一节中所讨论的,这是归因于湖泊的地理位置,地形、水深、湖和湖取向将影响取回,冰盖,垂直温度,不同的和不稳定,从而导致不同的空间和时间的行为。因此重要的是要评估莱斯在每个单独多雪地带,劳伦大湖和它们的位置都有自己的独特属性,影响LES及其成分如电梯、不稳定和水分。

其次,在每一个多雪地带,时空的趋势并不连续空间连贯。这是明显的合成增加和减少在极端降雪强度沿北部和南部看到加拿大背风的苏必利尔湖沿岸,分别。空间变异性在每个多雪地带可以从当地的影响结果,如小规模surface-atmosphere气象因素,其中包括本地化冰盖分数,垂直和水平风速的变化在PBL越低,和风暴跟踪从天气尺度系统,导致lake-enhanced降雪。此外,冷空气爆发的频率和强度的变化可以影响垂直温度梯度和振荡模式,这两种影响LES的生产。评估北极空气爆发的趋势将在未来值得研究湖泊效应和气候变化的研究。

5。结论

目前的研究集中在检查月度极端寒冷季节时空降雪强度、频率和持续时间在历史时期的1980年到2015年加拿大最大下界。这项研究有两个折叠:第一次探讨了36年时期降雪极端,而第二个探讨了降雪极端的变化趋势,在给定的时期。在第一折,极端降雪强度导出通过评估所有日常降雪的第99个百分位36年的每个月冷段GLB域。基于时空的结果,15厘米的降雪强度/天被发现是理想的阈值来评估极端的降雪。数的数量等于或超过这个S_threshold降雪天,极端的降雪天确定的频率。的最大数量连续降雪,等于或超过15厘米/天代表极端降雪事件的持续时间。时空的结果表明,极端的降雪强度、频率和持续时间是空间相干沿着背风的苏必利尔湖沿岸和湖Huron-Georgian湾。结果还表明,降雪极端最主要的几个月的12月和1月,表明极端降雪是归因于lake-enhanced过程而不是仅仅由温带风暴。

第二折,有两个明显的发现的时空趋势降雪极端。首先,个人多雪地带评估时空表现出不同的趋势。例如,加拿大背风的苏必利尔湖沿岸的部分显示显著降低极端的降雪,任何更改观察到休伦湖的多雪地带。其次,在每一个多雪地带,有空间可变性和不一致的降雪模式。苏必利尔湖的加拿大多雪地带表明这是明显减少极端降雪强度沿背风南部海岸和增加其背风北部海岸。湖区的地形、地理和水深特性影响这些结果,此外,中尺度和天气尺度变化lake-induced预测变量。

lake-induced趋势预测变量进行分析提供可能的解释产生的负面趋势在极端降雪强度、频率和持续时间。主要变量影响极端降雪的减少建议每月最大和最小的空气温度。这是因为,与其他预测变量相比,最大和最小空气温度产生最显著的趋势。这些温度的显著增加瓦瓦和Wiarton表明这些变量会影响降雪的减少,正如前面所讨论的那样。研究[62年,63年)指出,月度趋势降雪总数从上半年的增加减少在过去的20世纪20和21世纪初的一部分。然而,目前的研究表明,不仅总量在月降雪减少加拿大劳伦大湖的背风岸1980年到2015年期间也极端的降雪强度、频率和持续时间也减少,尽管空间一致性难以描绘。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

信息披露

本研究提出了在2017年欧洲地球科学大会,在维也纳,资格气候评估时空观测月降雪总数和极端的趋势在加拿大的五大湖盆地。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢米歇尔·桑顿,橡树岭国家实验室的分布式有源档案中心(ORNL DAAC),支持Daymet产品,以及南江,来自北京师范大学,从阿尔弗雷德韦格纳研究所和索非亚Antonova博士,德国波茨坦计算援助。此外,感恩是对她的帮助表示安德里亚·斯科特博士的不确定性分析和迈克Lackner技术映射支持,来自安大略省滑铁卢大学的加拿大。进行这项研究的一部分,加拿大网络区域气候和天气过程(CNRCWP)和由自然科学和工程研究理事会(NSERC)的加拿大。

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