全球旱地1948-2008年温度和降水的变化特征

发布时间：2020-06-30 09:16

【摘要】：旱地约占地球陆地面积的40%,约1/3的世界人口居住于此。因此,研究全球旱地的气候变化特征显得尤为重要。本文将旱地分为极端干旱区、干旱区、半干旱区和湿润偏干区,基于CPC(Climate Prediction Center)、GLDAS(Global Land Data Assimilation System)和NCEP(National Centers Environmental Prediction)资料,用Mann-Kendall检验、小波分析、曲线拟合、EOF分解、相关性分析等方法、按南北半球和冬夏两季分别分析了全球旱地的温度和降水的分布及变化特征,并分析了气候突变前后环流场的特征和差异。主要结论如下:(1)从全球来看,越干旱的地方,年平均温度越高,降水量越少。但干旱区的分布范围并不与高温区和降水稀少区严格一致,干旱的出现是温度与降水综合作用、相辅相成的结果。不同旱地类型的温度变化周期存在差异。全球陆地和全球旱地的温度随纬度变化的趋势大部分区域基本一致,但在赤道附近表现差异性较大,究其原因,可能与赤道地区旱区分布较少、参考点较少引起。(2)AI(Arid Index)第一模态的时间变化整体是增加的趋势,表明总的干旱面积有逐步扩大的趋势;温度第一模态的特征向量基本为正值;降水第一模态的时间变化则与温度相反,多为负值。通过AI、温度和降水的EOF分解的相关性对比发现,AI第一模态主要由降水的第二模态决定,其次由温度的第一模态决定;而AI第二模态则主要由降水的第一模态决定。说明AI受降水的影响要明显于受温度的影响。(3)研究结果表明不同旱地类型的南北半球的平均温度变化率差异较大:极端干旱区是南半球冬季平均温度变化率最大的区域,而其他地区都是北半球变化比南半球明显。南北半球的温度及其突变也存在较大差异,与北半球相比,南半球夏季平均温度的周期波动性较大,小周期较多,但明显的大周期不如北半球多,且周期普遍比北半球短。(4)北半球冬季的旱地增温贡献率要高于夏季的增温贡献率,尤其是在半干旱地区和湿润偏干区,这一现象更为明显。南半球冬季的旱地中,极端干旱区的温度增加最为明显,冬季的温度变化明显高于夏季,这一现象的区域覆盖率比北半球更为明显。(5)降水量的减少在湿润偏干区最快,其次为半干旱区。南北半球的平均降水量也存在较大差异:北半球夏季,平均降水量减少的区域明显多于其增加的区域。南半球夏季则与北半球相反,平均降水量增多的区域多于减少的区域。全球旱地中,冬季的降水变化贡献率要低于夏季的降水降低贡献率,南半球冬季平均降水量变化率在冬季呈现降低趋势,而在夏季呈现升高趋势。(6)近六十年来的整层大气平均可降水高值区集中在低纬地区,并有四个高值中心,由低纬向高纬递减。非洲中北部、中国西北地区以及中东太平洋赤道地区降水是在这六十年间是减少的,特别是在中国西北部和非洲中北部地区,减少的程度更深,这也意味着干旱的程度有所加深。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P423.3;P426.614
【图文】：

空间分布,干燥度指数,全球,单位

图 3.1 1948-2008 年全球平均（a）干燥度指数、（b）温度（单位：℃）、（c）降水（单位：mm/yr）的空间分布。3.2 全球旱地干燥度指数 AI 的 EOF 分析EOF 分解是将我们想要研究的变量分解成为空间函数和时间函数[56]，作为传统的统计方法，EOF 分解可以在少数几个模态上集中反应出气象要素场的主要信息，在分析要素场的分布和周期等特征时有良好效果。通过 EOF 分解计算出特征向量分布、时间系数序列[57]，从而能进一步分析出全球干旱的分布特征和变化特点。为了研究全球旱地温度和降水的变化，首先对1948年到2008年的AI做EOF分解[51]，以此来对比温度和降水与干燥度指数的关系。本文中的显著性检验是利用了 North 等[58]提出的计算特征值误差范围来进行。图 3.2 给出了经过经过显著

正弦曲线,EOF分解,特征向量,模态

第一模态（EOF1）的特征向量值[60-62]在非洲中北部和南部、澳大利亚东部和贝加尔湖南部等地区均为负值，美国的西部、我国的南疆盆地，青藏高原北部及澳大利亚东部地区均为正值，呈反相关关系。该模态的时间系数在 1980 年前为负值，正值则出现在 1980 年后，总体是增加的趋势（图 3.2d），表明在从1950-2008 年，正值区所在的区域在变湿，而负值区所在的区域在变干,1980 年前后 AI 指数有一个明显的跃变。第二模态（EOF2）相对于第一模态来说，特征向量在我国中西部、中亚及非洲西部为负值，澳大利亚、非洲南部为正值，对应的时间变化在 1970 年之前大多为负值，正值则出现在 70 年代中期，而 80 年代整体多为负值，大约在 1994年以后又转变为正值，呈现一个正弦曲线变化。第三模态（EOF3）的特征向量大部分为负值，以非洲北部地区最为显著，其中一小部分为正值，主要集中在非洲南部、澳大利亚，时间变化呈现不规律的波动变化，70 年代之前多为负值，70 年代中期至 90 年代为正值，90 年代中后期为负值极大，2000 年以后多为正值。

【参考文献】