夏季风影响过渡区气候干燥度和气象干旱对夏季风活动的响应研究

发布时间：2020-06-14 22:46

【摘要】：夏季风影响过渡区大部分地区位于气候过渡带的半干旱区,既是典型的生态过渡区和生态环境脆弱带,也是我国气象干旱和水土流失最为严重的区域。相比于夏季风区和非夏季风区,该区域是冷干与暖湿气团的频繁交汇区,气候的动态性最明显。该地区不仅气候的波动幅度和空间变率大,也是天气系统博弈的气候关键区,特别值得科学界重点关注。东亚夏季风的活动包括其强度、北推至最北的位置以及持续时间,东亚夏季风的活动对夏季风影响过渡区气候变化具有十分重要的影响,但是以往研究多集中于夏季风强度变化对该区域的影响,而关于夏季风最北边缘位置以及持续时间对该区域影响的研究不够深入,尤其夏季风持续时间的影响研究十分罕见。因此关于夏季风最北边缘位置以及持续时间对夏季风影响过渡区气候变化的影响是十分值得研究的科学问题。本文首先研究了东亚夏季风活动的上述三个方面之间的联系和差别,其次以夏季风影响过渡区为研究对象,研究了夏季风活动的三个方面对该区域气候干燥度和气象干旱特征变化的影响,最后在以上研究的基础上进一步探究了该区域气候干燥度和气象干旱变化的差异性。主要得到以下结论:(1)东亚夏季风活动的强度、影响范围、夏季风持续时间不完全成正比。季风活动包括其强度、最北边缘位置、夏季风持续时间三个方面,以往尤其以夏季风强度的定量指标最为丰富,但是对夏季风持续时间的定量描述指标罕见。本文构建了夏季风持续时间指数,同时从动力和热力角度选择了三个夏季风强度指数,一个夏季风最北边缘指数。将这三类指数进行不同时间尺度上的对比分析,结果发现3类指数在年际、年代际和长期趋势变化不尽相同,其中长期和年代际变化上基本能够表现出较好的一致性,即都表现出1961-2013年期间夏季风活动减弱和类似的年代际波动情况;但是在年际尺度上,三类指数差别很大。这说明夏季风活动的强度、最北边缘位置以及持续时间三者确实存在差异,尤其今后在年际尺度的研究中,不能认为夏季风越强,夏季风最北边缘就越北,同时持续时间越长。(2)夏季风影响过渡区气候干燥度(气象干旱)对夏季风活动的强度、最北边缘和持续时间变化在年际尺度上的响应差异十分明显。研究发现气候干燥度(及气象干旱)的对夏季风强度、最北边缘及持续时间的响应在年代际尺度和长期趋势一致,显示气候干燥度增大(气象干旱频发)的同时,夏季风活强度减弱、最北边缘南退、持续时间减小。但是在年际时间尺度上,整个夏季风影响过渡区域气候干燥度(及气象干旱)的变化仅对夏季风持续时间的响应最显著,对夏季风强度基本没有响应。从指数方面看,MSM指数(夏季风最北边缘指数)与IAI指数(气候干燥度指数)及SPEI指数(气象干旱指数)的相关系数绝对值分别在0.15~0.46和0.15~0.35,本文首次定义的MDN指数(夏季风持续时间指数)则对整个夏季风影响过渡区的气候干燥度(及气象干旱)的描述得到了很大提高,MDN指数(夏季风持续时间指数)与IAI指数(气候干燥度指数)及SPEI指数(气象干旱指数)的相关系数绝对值分别在0.46~0.65和0.4~0.55。说明夏季风影响过渡区年气候干燥度(及气象干旱)对夏季风活动的持续时间响应十分显著,今后对夏季风影响过渡区的气候变化的研究中,仅考虑夏季风活动的强度或缺乏一定的合理性,应注重夏季风最北边缘及持续时间对该区域气候的影响。同时也说明,本文构建的夏季风持续时间指数能够更好的描述夏季风影响过渡区气候变化。(3)夏季风影响过渡区气候干燥度(及气象干旱)变化对夏季风持续时间对的响应存在区域差异,其中中西部的响应更为相似和显著,东部区域的响应则更为独立并且较弱。这是因为夏季风持续时间对实际降水的调控和西南风所携带的水汽通量的影响存在区域差异。首先从夏季风持续时间对夏季风影响过渡区实际降水调控作用来看,夏季风持续时间与中西部实际降水的相关系数为0.63,而与东部相关系数为0.53,可见夏季风持续时间对中西部调控作用明显大于东部区域。其次从水汽通量输送来看,异常年份,夏季风环流系统调控下的水汽输送特征在夏季风影响过渡区东部和西部的基本呈现相反的形式。我国东部和西太平洋出现异常的反气旋水汽输送,且该反气旋位置异常偏西偏强,夏季风影响过渡区西部区域容易出现异常的西南水汽输送,伴随出现该区域异常偏湿的情况,反之出现异常偏干。我国东部和西太平洋出现异常的气旋水汽输送,且该气旋位置异常偏北偏强,夏季风影响过渡区东部区域容易出现异常的偏东南或者偏东北的水汽输送,若异常的反气旋输送处于异常偏强和偏弱的中间,伴随该区域出现偏湿的情况,反之出现异常偏干。可见能够给夏季风影响过渡区东西部区域带来大量水汽输送的主要系统不同,西部区域主要受异常反气旋输送系统影响(西南向水汽输送),而东部区域主要受异常气旋输送系统影响(东南或者东北向水汽输送)。由于本文定义的夏季风持续时间指数基于西南风,因此夏季风影响过渡区的中部和西部气候干燥度和气象干旱的变化对本文定义的西南夏季风持续时间指数的响应在中西部地区更为显著,东部区域较弱。(4)以上结果发现夏季风最北边缘及持续时间对夏季风影响过渡区气候干燥度和气象干旱的影响也存在差异,即对气候干燥度的影响比对气象干旱的影响更为显著,结合前人研究基础,发现这是因为气候干燥度和气象干旱本身存在差异,因此研究了夏季风影响过渡区这一特殊区域气候干燥度和气象干旱变化的关系及存在差异的原因。结果表明,两者的差异主要集中在小于6个月的短时间尺度上,尤其在夏季风影响过渡区,这种差异性表现的比夏季风区和非夏季风区都要显著。因此,在今后夏季风影响过渡区的短时间气象干旱监测中,采用气候干燥度指数作为气象干旱监测指数不一定合理。造成这种差异性的是因为气候干燥度和气象干旱物理意义本身存在差异,并且气象要素对两者的调控作用存在差异。在物理意义方面,气候干燥度代表气候干湿背景,其变化多在长时间尺度上,在短时间尺度上变化不大,而气象干旱则为气候事件,在短时间内变化较为频繁。气象要素调控气候干燥度和气象干旱变化方面,在夏季风影响过渡区,影响干燥度的气象要素从主到次依次为降水、相对湿度、气温、风速,与非夏季风区类似;而影响气象干旱的气象要素从主到次依次为相对湿度、降水、风速、气温,与夏季风区类似,可见主导因子顺序不同。气候干燥度和气象干旱差异在夏季风影响过渡区最大,与该区域气候背景密不可分,首先气象干旱事件的频繁发生必定会导致气候更为干燥,这一特点与夏季风区类似,同时若该区域某一年份降水异常偏少,年内气候干燥程度偏干甚至接近1,其气象干旱的发生与气候干燥度的关系则会更类似非夏季风区,这造就了该区域IAI与SPEI指数更加不确定并且复杂多变的关系,使得两者在该区域差异最大。可见,夏季风影响过渡区气候干燥度和气象干旱变化具有复杂性和特殊性。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P461

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本文编号：2713470