北半球中高纬干旱半干旱区强化增温现象研究

发布时间：2017-06-08 19:12

  本文关键词：北半球中高纬干旱半干旱区强化增温现象研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文通过CRUTS3.1的1901-2009年全球格点高分辨率温度和降水资料,分析了全球不同降水分区平均地表气温的变化趋势,研究发现,增温最显著的区域主要位于北半球中高纬半干旱区,该地区的增温速率要明显高于全球其他区域,对全球变暖的贡献也占主要地位,而且这种强化增温的现象在冷季更加明显。以此为切入点,本论文通过全新的非线性趋势定义方法(EEMD),进一步研究了全球地表气温长期变化趋势的演变特征；分析了北美和欧亚大陆地表干湿变化的差异,以及与强化增温的关联；最后,对于大多是作为距平参照系从原始资料中被剔除的年循环分量,本论文利用EEMD方法定义了全球格点地表气温幅-频调制的年循环,分析了半球中高纬干旱半干旱区地表气温年循环振幅在不同时间尺度上的变化特征,及其变化趋势的演变特征,并探讨地表气温年循环与北半球中高纬干旱半干旱区强化增温的关联。主要研究结果如下：(1)全球陆地整体自1900年至今在不断变暖。变暖最先开始于北半球的高纬度和副热带地区,随后南半球副热带地区开始增暖。然而,自1900年至今累积变暖最剧烈的区域,是位于北半球中高纬地区的生态系统极为脆弱的干旱和半干旱区域,位于该区域内的亚洲、欧洲和北美大陆则经历了自1990年至今最为剧烈和快速的增暖。相应地,增温速率在各个地区都不同,在1950年之前,增温和降温的区域同时存在,在接下来的三十年中,降温的区域开始收缩,并且大部分降温的区域转变为增温的区域,增温开始加速。到了1980年,除了格林兰岛的小片区域和安第斯山脉附近的区域外,几乎全球所有的区域都在增温,并且增温的速率自此之后并没有发生明显的变化。最近几十年增温速率最大的区域也是在北半球中高纬的干旱半干旱区,达到了每10年增温0.4摄氏度。(2)通过对PDSI指数和AI指数使用不同趋势定义方法进行对比研究发现,二者长期变化趋势的空间结构基本一致,均能很好地体现地表干湿变化的特征：通过PDSI指数发现,北美和欧亚大陆1950-2008年冬季降水并无显著变化趋势,地表干湿状况的变化受地表温度变化的影响更大,尤其是在冬季增温最为剧烈的北半球中高纬地区,地表变干的趋势也更为明显；通过AI指数发现,在全球变暖的大背景下,全球陆地大部分地区存在变干的趋势,不同空间尺度干湿变化的趋势也不相同：在半球尺度上,东半球明显变干,而西半球反之；在大陆尺度上,就北美大陆而言,整体呈现出先变湿后变干的趋势,北美大陆50°N以北的区域在70年代以前先变湿,之后逐渐变干,且从90年代开始,地表AI指数已经由正值变为负值,地表变干明显；而北美大陆50°N以南的区域整体变化趋势滞后于50°N以北的区域：地表先变湿后变干的转折点发生在90年代中后期。就欧亚大陆而言,地表整体变干的趋势更为显著,变干始于高纬度区域,逐渐向低纬扩张,变干最为显著的区域是位于65°N和50°N左右的区域。(3)全球地表气温年循环振幅的变化趋势体现出了比较明显的区域差异：在南半球,南美大陆除了南部地区外,地表气温年循环的振幅长期呈上升趋势。就北半球而言,地表气温年循环的振幅在非洲北部呈现出先减小后增加的特征；在中纬度区域,北美大陆和欧亚大陆地表气温年循环的振幅在大部分地区都表现为先增加后减小的特征；高纬度区域包括加拿大北部、俄罗斯西北部以及西伯利亚东北部区域长期均表现为年循环振幅下降的趋势。由地表气温年循环振幅变化趋势的纬圈平均看出,地表气温年循环振幅变化最剧烈的区域是位于30°N与60°N之间的区域,在1940年以前,该区域年循环的振幅以上升趋势为主,1940年之后开始迅速降低；地表气温年循环振幅在高纬度区域长期呈明显减小趋势,这种趋势在后期有向中纬度区域蔓延的倾向,这一现象与北半球中高纬干旱半干旱区冷季增温被强化有较好的关联。同时,我们也通过EOF方法对地表气温年循环振幅在不同时间尺度上的变化特征也进行了研究。
【关键词】：干旱半干旱区 地表气温趋势演变 干湿变化 调制年循环 多时间尺度
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P423
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11-13
• 1.2 干旱半干旱区气候变化研究进展13-16
• 1.2.1 干旱半干旱区不同时间尺度的气候变化特征13-14
• 1.2.2 干旱半干旱区陆-气观测试验14-15
• 1.2.3 干旱半干旱区气候变化的动力学机制15-16
• 1.3 本论文的主要研究内容及结构安排16-17
• 1.4 本论文的创新点17-19
• 参考文献19-24
• 第二章 方法介绍24-36
• 2.1 经验模态分解(EMD)方法24-26
• 2.2 集合经验模态分解(EEMD)方法26-28
• 2.3 多维集合经验模态分解(MEEMD)方法28-31
• 2.4 讨论31-34
• 参考文献34-36
• 第三章 半干旱区冷季强化增温现象36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 资料和方法36-37
• 3.3 气温变化趋势的空间分布37-39
• 3.3.1 全球年平均降水量分布及分区37-38
• 3.3.2 全球地表气温年、冷季和暖季变化趋势分析38-39
• 3.4 半干旱区冷季强化增温及其贡献39-43
• 3.4.1 半干旱区冷季强化增温39-42
• 3.4.2 半干旱区的增温贡献42-43
• 3.5 半干旱区冷季强化增温的机理讨论43-45
• 3.6 本章小结45-47
• 参考文献47-53
• 第四章 全球地表气温变化趋势的演变53-71
• 4.1 引言53-54
• 4.2 资料和方法54-55
• 4.3 结果分析55-58
• 4.3.1 地表气温变化趋势的演变55-56
• 4.3.2 地表气温增温速率的演变56-57
• 4.3.3 地表气温变化趋势的纬圈特征57-58
• 4.4 地表气温变化趋势的统计显著性检验58-64
• 4.4.1 显著性检验方法60-61
• 4.4.2 不考虑空间连贯性的显著性检验61-62
• 4.4.3 考虑空间连贯性的显著性检验62-64
• 4.5 讨论64-66
• 4.6 本章小结66-68
• 参考文献68-71
• 第五章 北美和欧亚大陆强化增温及其地表干湿变化71-94
• 5.1 引言71-72
• 5.2 数据和方法72-75
• 5.2.1 PDSI指数72-73
• 5.2.2 AI指数73
• 5.2.3 研究区域选择73-75
• 5.3 PDSI指数结果分析75-81
• 5.3.1 北美和欧亚大陆冬季干湿变化的特征75-77
• 5.3.2 北美和欧亚大陆冬季温度变化特征及其与干湿变化的关系77-81
• 5.4 AI指数结果分析81-89
• 5.4.1 北美和欧亚大陆AI指数的平均特征81-82
• 5.4.2 AI指数变化趋势的演变82-86
• 5.4.3 北美和欧亚大陆不同时间尺度AI指数的特征86-89
• 5.5 本章小结89-91
• 参考文献91-94
• 第六章 北半球中高纬干旱半干旱区地表气温年循环的变化特征94-115
• 6.1 引言94-97
• 6.2 资料和方法97-99
• 6.3 年循环振幅变化趋势的演变99-103
• 6.3.1 地表气温年循环振幅变化趋势的演变100-101
• 6.3.2 地表气温年循环振幅变化趋势的纬圈特征101-103
• 6.4 地表气温年循环振幅不同时间尺度的变化特征103-106
• 6.5 讨论106-107
• 6.6 本章小结107-109
• 参考文献109-115
• 第七章 总结与展望115-118
• 7.1 全文总结115-116
• 7.2 存在的问题及展望116-118
• 致谢118-121
• 附录A 个人简历121-122
• 附录B 参与项目及论文发表情况122

【参考文献】

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