中国北方季节性连旱的特征及成因

发布时间：2020-11-03 10:51

　　 中国北方发生的强干旱事件通常不是存在于一个单一季节,而是具有季节性持续特征。相比于单季干旱,季节性连旱事件会对农业、生态系统和社会经济发展造成更严重的灾害性影响。因此深入研究我国北方季节性连旱的特征及成因至关重要。本文利用中国大陆范围质量较好的448站气象观测资料及CRU格点观测资料所计算的标准化降水蒸散发指数(SPEI-obs和SPEI-CRU),研究了 1960-2012年中国季节性连旱的频次、持续时间、强度等基本特征;通过日本气象厅的JRA-55再分析资料及NOAA中心的月平均海表温度数据集(ERSSTv3),分别揭示了 1960-2012年华北和东北地区以及西北地区季节性连旱的变化特征和成因;最后利用CORDEX-东亚试验对历史时期(1981-2005年)的降水、潜在蒸散发(PET)和干旱进行评估,并对未来(2006-2049年)不同排放情景下(RCP4.5和RCP8.5)北方旱涝变化的形势进行了预估。得到以下主要结论:(1)相比于自矫正Palmer干旱指数(scPDSI)和标准化降水指数(SPI),SPEI是更适合研究季节性连旱的指数。其中,基于站点计算的SPEI-obs对干旱事件的描述能力最好,但是它存在的不足是部分地区站点稀缺,与之高度相关的基于CRU格点观测资料计算的SPEI-CRU能够弥补这个不足。在此基础上,进一步分析发现中国华北和东北地区以及西北地区季节性连旱的发生频次高、持续时间长、连旱强度强。另外,近53年区域性的干旱强度和干旱范围以年际变化为主,但强干旱事件的频次存在年代际变化:华北和东北地区1960年代、1990年代和21世纪初为多旱时段,1970年代和1980年代为少旱时段。西北地区多旱时段为1960年代及1970年代,而1980年代以后为少旱时段。(2)在华北和东北地区所有可能发生的季节性连旱事件中,春夏连旱,夏秋连旱和春夏秋连旱发生的概率相对较高。这三类连旱均是3个季(9个月)尺度的秋季干旱的子集,因此用秋季SPEI09综合表征。进一步分析发现,华北和东北地区的连旱主模态呈现出全区一致的干旱,时间序列存在年际变化,并且连旱事件在1990年代后期开始增多。对于连旱的成因来说,连旱可能受到欧亚地区中纬度遥相关(春季的类欧亚型、夏季的丝绸之路型或北半球环状型、秋季的类斯堪的纳维亚型)以及前冬La Nina向后秋E1 Nino的位相转变的影响。它们的共同作用导致华北和东北在各季节(春夏秋)表现为不同程度的下沉运动异常和水汽供应的不足,使得连旱发生。此外还发现欧亚地区中纬度遥相关型与ENSO存在联系,PET对连旱的贡献在20世纪90年代后期开始增强。(3)在中国西北地区所有可能发生的季节性连旱事件中,除了全年干旱的背景以外,存在着与华北和东北地区相同的高概率事件(春夏连旱,夏秋连旱和春夏秋连旱),其主模态同样表现为全区一致的干旱,且同样以年际变化为主,并呈现略微变湿的趋势。西北地区季节性连旱的发生一方面受到降水偏少的影响,另一方面受到PET偏强的影响。从降水角度,北大西洋中纬度地区春夏秋季持续的冷异常影响了西北地区的垂直运动及水汽输送条件,使得降水偏少。另外尽管夏季和秋季较强的热力作用会对大气中水汽的辐合产生一定贡献,然而却不至于使降水增多。从PET角度,春夏秋三季均偏强,大气对地表水分的需求偏强,有利于干旱的发生。(4)CORDEX-东亚试验中各区域气候模式(HadGEM3-RA,SNU-MM5,SNU-WRF和YSU-RSM)能够较好的模拟出历史时期降水量、PET和连旱主模态的实际情况。未来不同排放情景下区域性旱涝变化不一致,且降水和PET对其贡献也存在差异。在RCP4.5排放情景下,增多的降水和减弱的PET共同导致河套地区变湿。在RCP8.5排放情景下,未来华北及华南地区变湿的趋势可能是受降水增多主导,而西北地区的变干趋势则更多可能是PET增强的贡献。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P426.616
【部分图文】：

牛旱可能会加剧，而干旱的加剧又会对变暖形成正反馈（Ｄａｉ，１９９８，?２０（＾４，?２０１１ａ，?２０１３；??Ｓｈｅｆｆｉｅｌｄ?等，２０１２；?Ｔｒｅｎｂｅｒｔｈ?等，２０１４；?Ｈｕａｎｇ?等，２０１６，?２０１７ａ）。Ｈｕａｎｇ?等（２０１６）??将全球变暖与干旱化之间的正反馈机制用示意图来说明（图１．１）。具体来说，温度升高??会导致蒸发的需求增大以及土壤湿度的减小，引起干旱范围扩张。进一步土壤湿度减小??又会引起地表感热通量的增强和潜热通量的减弱，这样的过程将引发极端高温的发生，??对变暖产生正反馈（Ｓｅｎｅｖｉｒａｔｎｅ?等?２０１０，２０１４；?Ｈｉｒｓｃｈｉ?等，２０１１；?Ｓｈｅｒｗｏｏｄ?和?Ｆｕ，??２０１４）。另外，温度升高以及土壤湿度降低会减少土壤有机碳的存储，而土壤侵蚀引起的??土地退化也能导致Ｃ０２的排放增多（Ｌａｉ，?２００４）。因此，旱地的扩张将减少土壤有机碳??的储存并将Ｃ０２排放到大气中。此外，土地退化和土壤水分减少严重限制了总初级生产??力（ｇｒｏｓｓ?ｐｒｉｍａｒｙ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＧＰＰ；?Ｐｅｎｇ等，２０１３），影响植物吸收Ｃ〇２和储存碳的光??合速率。通过这样的过程

取了中国范围的４４８个站点，站点分布如图３．１所示。根据第二程，本章计算了?４４８站的ＳＰＥＩ－ｏｂｓ。利用ＣＲＵ格点资料，根据第过程，计算了?ＳＰＩ指数，其水平分辨率为０．５？０．５°。此外，还选料所计算的的?ＳＰＥ１－ＣＲＵ?指数（资料来源：ｈｔｔｐ：／／ｓｐｅｉ．ｃｓｉｃ．ｅｓ／ｄａｔａｂａｓｅＳＩ?指数（资料来源：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｒｕｄａｔａ．ｕｅａ．ａｃ．ｕｋ／ｃｒｕ／ｄａｔａ／ｄｒｏｕｇｈｔ／）。以上９５９年１２月至２０１２年１２月的逐月数据。其中，潜在蒸散发（ＰＥＴ）ａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式。对比各指数的参考标准是中国干旱灾害数据中的些事件的具体描述如表３．１所示。其中灾害数据集中的特大旱事件期必须连续２个月或２个月以上，若持续时间为３－４个月，则降水于－８０％；若干旱持续时间大于等于５个月，降水量距平百分率应

于ＳＰＥＩ－ｏｂｓ和ＳＰＥＩ－ＣＲＵ计算的季节性连旱的频次、持续时间、强度进行分析。??３．４季节性连旱的频次特征??首先分析中国范围内季节性连旱的频次特征，图３．３给出了?１９６０－２０１２年ＳＰＥＩ０３－??ｏｂｓ及ＳＰＥＩ０３－ＣＲＵ计算的季节连旱总频次。从ＳＰＥＩ０３－ｏｂｓ的结果来看（图３．３ａ），整体??上在全国４４８站范围内大部分站点（４１２站，占所有站点数的９２％）均发生过３次以ｈ??的连旱事件。这其中有１２４站（占所有站点数的２７．７％）发生了发生［６，?９）次连旱事件，??主要集中在３２．５°Ｎ以北的北方地区（８４站，占此类事件总站点数的６７．７％；下文北方??地区指３２．５°Ｎ以北，南方地区指３２．５°Ｎ以南）以及西南部分地区（２１°－３２．５°Ｎ，９７．５°－??］１０°Ｅ）。另夕卜９次及以上连旱事件的站点数较少，仅有１５站（占所有站点数的３．３％），??（ａ）
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本文编号：2868473