中国西部气象干旱时空演变特征研究

发布时间：2020-09-02 13:34

　　我国位于亚洲东部,国家疆土辽阔,资源丰富,其中陆地国土面积约有960万平方公里,处于世界第三位。由于地理条件复杂,气候多变,人口密集,我国是世界上自然灾害发生种类多、频率高且受气象灾害影响最严重的少数几个国家之一。随着全球变暖的加剧,极端事件的强度和趋势逐渐上升,对人类的影响也愈发严重,而其中又以干旱和极端高温事件对人们的影响最大。因此,本文通过小波分析和相关分析探讨了西南地区不同时间尺度下的干旱影响因子及前兆信号;基于SPEI指数研究轻旱、中旱、重旱、特旱四类不同类型干旱发生频次的年代际变化特征。同时,利用百分位阈值法确定中亚地区极端高温事件的阈值,进而分析了中亚地区近70年来极端高温事件强度、频次的时间-空间分布特征。主要的结论如下:(1)西南地区各类型干旱趋势增加,近年来重旱、特旱增多;西南地区干旱大致呈现三个模态:全区一致干旱型、东西反向分布型、南北反向分布型,其中,西南地区全区干旱分布型呈现增加的趋势,西南地区东西反相分布干旱型西南西部干旱趋势增加,东部干旱趋势减缓;西南地区南北反相分布干旱型西南北部干旱趋势增加,南部干旱趋势减缓;通过连续小波变换结果可知,西南地区干旱三模态的时间系数与西藏高原、NIN03.4、印度洋海温及AO指数的变化存在很好的相关性;海温等外强迫因子及中高纬环流因子能够为西南地区不同时间尺度的干旱预测提供依据,能够作为其前兆信号;通过研究西南地区各个站点SPI干旱指数发现,西南地区SPI干旱指数于1963、2009年左右存在一次较明显的转折,AO及西藏高原指数较太平洋海温、印度洋海温指数信号强、信号提前时间较短。(2)通过统计分析干旱的发生频次,开展对轻旱、中旱、重旱以及特旱的四类不同类型干旱的时间演变规律、空间分布特征的研究,发现西北地区干旱在1980前后发生显著的年代际转折,干旱发生频次降低,空间分布也由西北西部转移至西北东部地区。西北地区平均SPEI指数呈现显著正趋势,且在1980年代由负转正;四类干旱均存在显著的负趋势,其中,轻旱和中旱发生频次要显著高于重旱和特旱的情况,并且不同强度的干旱在1980年代均存在显著的年代际转折,转折之后的干旱发生频次锐减;轻旱和中旱之间存在显著负相关关系,尤其是1980年代以后;轻旱和中旱在新疆东部、青海南部以及内蒙中西部存在明显的互补性,且两类干旱主要分布在西北西部,重旱发生频次的分布也主要在西北西部地区,而特旱则主要发生在西北东部地区:干早的空间分布存在年代际转折,转折之前干旱主要发生在西北西部地区、转折之后则主要发生在西北东部地区。因此,西北地区不同强度的干旱在时间演变和空间分布上均存在显著的年代际转折情况。(3)中亚地区暖季平均温度空间分布差异性较大,且温度分布主要受地形影响,从西南向东北逐渐递减;极端高温事件的强度和频次在1967年前后发生年代际转折,其中转折后的强度要显著高于转折前,极端高温事件的频次在转折前呈现负趋势,转折后转变为正趋势;极端高温事件发生的区域也存在显著的年代际变化的特征;中亚地区极端高温事件的强度和频次的趋势分布均存在“东南负、西北正”的分布结构,其中强度的趋势正中心出现在乌兹别克斯坦西部、负中心出现在中国南疆地区;频次的趋势正中心出现在哈萨克斯坦以西地区、负中心出现在帕米尔高原地区。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P426.616
【部分图文】：

时间序列,干旱强度,线性趋势,滑动平均

逦柏庆顺逦中国西部气象干旱时空演变特征研宄逦１￡逡逑本模态，并分析其时空分布特征；最后利用小波分析方法将西南地区干旱指数ＥＯＦ模态的逡逑时间序列及干旱可能影响因子（Ｎｉｎ0３．４、西藏高原、ＩＯＢＷ、Ａ０指数）分解为不同时间尺度逡逑的时间序列，通过相关和滞后相关分析探讨不同模态不同时间尺度干旱与各影响因子的关逡逑系及其前兆信号。逡逑３．２西南地区干旱特征分析逡逑如前所述，西南地区干旱问题日趋严重，已经引起了广大气象工作者的重视。这一部逡逑分将从西南地区干旱特征出发，分析研宄西南地区干旱强度、时空分布、突变转折、影响逡逑因子相关，为西南干旱的深入研究奠定基础。逡逑３．２．１西南地区干旱强度特征逡逑１４０－Ｉ逦逦逦，逦逦逦＞逦逦．逦．逦逦逦邋１４０逦逦，逦逦逦，逦逦逦，逦逦逦，逦逦逦逡逑

指数,时间系数,连续小波,外强迫

计算结果表明：印缅槽、Ａ０俩大气环流内部作用因子与西南干旱相关性较好；而西藏高逡逑原指数、ＮＩＮ０３．４海温指数以及热带印度洋全区一致海温模态ＩＯＢＷ三外强迫因子也与西逡逑南干旱相关性较好。考虑到干旱的连续性、持久性以及干旱发生的时间尺度，因此我们尽逡逑量从外强迫因子来研究干旱。ＮＩＮ０３．４海温指数、西藏高原指数以及ＩＯＢＷ分别位于西南逡逑地区的东、西、南方向，为研究的全面性与科学性，需要添加来自西南地区北方的外强迫逡逑因子。北方的外强迫因子首先想到了北极海冰，计算结果表明其相关性很差，同样北极海逡逑温与西南干旱相关性也很差，因此为研宄的全面性与科学性利用Ａ０这一大气内部环流因逡逑子代替北方的外强迫因子。计算与研宄表明，Ａ０与西南干旱呈现较明显的正相关。结合逡逑前文选取的西南地区ＳＰＩ指数ＥＯＦ分析的前三模态的时间系数ＰＣ，下面将针对西南地区逡逑ＳＰＩ指数各模态时间系数与其东南西北四影响因子展开研宄，探讨其可能影响与前兆信号。逡逑３．３西南干旱的前兆信号逡逑３．３．１不同尺度同期相关分析逡逑ｐｅｌ逦＿逦ＮＩＮ０３４逡逑

指数相关,滞后时间,不同时间尺度,时间系数

尺度上都存在较大的相关区域，能够为西南地区东西反向分布干旱型以及南北反向分布干逡逑旱型的预测提供依据。逡逑图４分析可知，ＮＩＮ０３．４指数与西南地区年际和年代际尺度的干旱都存在较好的相关逡逑性。因此表４所示为ＮＩＮ０３．４指数与西南地区ＳＰＩ指数ＥＯＦ分析各时间系数不同尺度下（年逡逑际、年代际）最大滞后相关对应的滞后时间及最大相关系数。文中定义１－９６个月为年际尺逡逑度，％月以上为年代际尺度。分析表４能够发现，无论是年际还是年代际尺度下其相关性逡逑都非常明显。以第一模态为例，若想研宄西南地区的千旱发展情况，我们只需要观察逡逑ＮＩＮ０３．４指数，若ＮＩＮ０３．４指数当前存在较大的异常，在２个月之后西南地区年际尺度的逡逑千旱将存在较大的异常，其相关性将达到０．４９６，１４个月后西南地区年代际尺度的干旱也逡逑将出现较大的异常，其相关性较年际尺度更高，达到０．６８５。因此合理分析表４能够从逡逑ＮＩＮ０３．４指数因子了解西南地区年际和年代际的干旱发展情况。逡逑，ｊａ．；逡逑■２0邋－逡逑２０逦４０逦６０逦８０逦１００逦１２０逦１４０逦１６０逦１８０逦２００邋■逡逑：ｍｍ－邋ｍ邋＇逡逑２０逦４０逦６０逦８０逦１００逦１２０逦１４０逦１６０逦１８０逦２００逡逑Ｓｃａｌｅ逡逑图４不同时间尺度、不同滞后时间下西南地区ＳＰＩ指数ＥＯＦ时间系数ＰＣ与ＮＩＮ０３．４指数相关逡逑分析。（ａ）ＰＣｌ与ＮＩＮ０３．４；邋（ｂ）ＰＣ２与ＮＩＮ０３．４；邋（ｃ）ＰＣ３与ＮＩＮ０３．４。横坐标表示小波分解后不同的时逡逑间尺度，纵坐标表示滞后时间，图中颜色代表

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