中亚地区干湿时空演变特征及未来情景预估研究

论文摘要

近几十年来,随着全球气候的逐渐变暖,极端气候事件频发,其中造成严重损失,持续事件较长的一种就是干旱。对于干旱的研究一直是气候变化研究领域中的热点问题。研究干旱的起因,历时,以及影响是全球气候变化研究领域中尤为重要的一个研究方向。本文以标准化降水蒸散指数作为衡量中亚地区干旱严重程度的量化指标,首先分析了中亚地区1961-2015年气候干湿变化的事实,其次讨论了中亚地区气候干湿变化与其所对应的大气环流场之间的关系,最后预测了中亚地区未来气候变化情景下的干湿变化趋势,最终得出以下结论:首先,我们从众多干旱指数中选择标准化降水蒸散指数作为干旱指标,并分析了1961年至2015年中亚干旱的时空变化特征。结果表明:整体上来看,中亚地区的干旱主要发生在1975年和1996年,哈萨克斯坦在20世纪70年代中期,90年代后期经历了一个比较干旱的阶段。塔吉克斯坦整体上表现出湿润的态势,历史时期比较干旱的年份是1971年,干旱指数达到了-1.11,属于中度干旱;最湿润的年份是1969年,干旱指数为1.94,达到严重湿润。吉尔吉斯斯坦的气候呈现出干旱和湿润交替变化的特征,其中比较干旱的年份是1961年,1962年,1974年,1975年,1984年,1995年,1997年和2007年,干旱程度是轻度干旱。最为湿润的年份是1969年和2003年,为严重湿润。土库曼斯坦和乌兹别克斯坦的干旱指数均表现出下降的趋势,干旱主要发生在20世纪90年代中后期。其次,中亚地区1961-2015年标准化降水蒸散指数逐月分布特征是:整个中亚地区20世纪60年代到70年代初比较湿润,从1975年4月份开始出现了干旱,干旱程度为轻旱,5月到8月干旱程度逐渐加剧,干旱程度由轻度干旱转变为中度干旱,干旱水平在9月达到严重干旱,干旱指数为-1.53。干旱程度在10月得到缓解,由严重干旱转变为中度干旱状态。这次中度干旱事件一直持续到1976年的4月份,历时12个月,干旱的严重程度,干旱的持续时间之久都是中亚地区近55a来罕见的。最后,分析了近55a来中亚地区的干旱面积覆盖率的变化特征。中亚地区干旱面积覆盖率在20世纪60年代至70年代初,都在22%以下;1975年,中亚干旱面积覆盖率最高,达到60.7%。从20世纪80年代到90年代初,中亚的平均干旱面积覆盖率不到30%。从20世纪90年代中期到21世纪初,是中亚地区的干旱面积覆盖率较高的一段时期。干旱的发生往往与大规模大气环流场的异常密切相关。因此,本文利用正交经验函数分解（EOF）分析了55a来中亚地区干湿变化的主要模态,以及主要模态所对应的大气环流场背景。结果表明:中亚地区干湿变化的第一空间模态表现为中部与南北部反向变化的空间型,中西部地区是干湿变化异常的高值中心,这一空间分布型对应在中高纬度地区存在明显的纬向波列,北太平洋和欧洲东部,亚洲西部地区的气压表现为异常偏低,欧洲西岸、贝加尔湖南部呈现异常高压,在500 hPa位势高度场显示出明显的欧亚太平洋遥相关型,表明贝加尔湖阻塞高压活跃。因此,欧亚太平洋遥相关型可能是影响中亚地区干湿变化的一个重要环流因子。中亚地区干湿变化的第二主要模态为南北相反变化的空间型,中亚地区的这种干湿分布类型可能是受到了北极涛动的影响。全球气候模式是预测未来全球气候变化的重要工具。本文在分析了中亚地区近半个世纪的干湿演变事实后,采用全球气候模式用于估计中亚地区未来的干湿变化趋势。本文采用了CMIP5中21个全球气候模式的数据,利用多模式集合平均的方法,分别计算了标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）。利用不同的干旱指数对典型浓度路径RCP4.5情景下的中亚地区未来的干湿变化趋势进行预测。结果表明,在未来全球持续变暖背景下,未来中亚地区干旱化的趋势将延续,变干明显的是中亚地区的西南部地区,特别是乌兹别克斯坦和土库曼斯坦的沙漠地区。基于SPI1和SPI3计算得出的中亚地区未来的干旱频率将呈现下降趋势,由SPI12得到的干旱频率在未来时段呈现出先下降后增加的趋势。基于SPEI1、SPEI3、SPEI12的干旱频率在未来时段前期下降,中、后期逐渐增加。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状与进展
•     1.2.1 干旱的定义和类型
•     1.2.2 全球干旱化的基本事实
•     1.2.3 干旱及干旱化的成因研究
•   1.3 研究内容与创新点
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究创新点
•   1.4 论文章节安排
• 第2章 中亚地区干湿变化时间演变特征
•   2.1 引言
•   2.2 资料与方法
•     2.2.1 资料
•     2.2.2 研究方法
•       2.2.2.1 滑动平均法
•       2.2.2.2 Mann-Kendall突变检验
•       2.2.2.3 累积距平法
•   2.3 中亚地区干湿变化的时间演变特征
•     2.3.1 中亚地区干湿年际变化及突变检测
•     2.3.2 中亚地区逐月干旱演变特征
•     2.3.3 哈萨克斯坦逐月气象干旱演变特征
•     2.3.4 塔吉克斯坦逐月气象干旱演变特征
•     2.3.5 吉尔吉斯斯坦逐月气象干旱演变特征
•     2.3.6 土库曼斯坦逐月气象干旱演变特征
•     2.3.7 乌兹别克斯坦逐月气象干旱演变特征
•   2.4 本章小结
• 第3章 中亚地区干湿变化空间分布格局
•   3.1 引言
•   3.2 资料与方法
•     3.2.1 干旱面积覆盖率
•     3.2.2 干旱发生频率
•   3.3 中亚地区干旱面积覆盖率年际变化特征
•   3.4 中亚地区干旱面积覆盖率季节变化特征
•   3.5 中亚地区干旱频率的空间分布特征
•   3.6 本章小结
• 第4章 CMIP5全球气候模式对中亚地区气候模拟能力的评估
•   4.1 引言
•   4.2 资料和方法
•   4.3 CMIP5全球气候模式对于中亚地区降水气候平均态的模拟
•   4.4 CMIP5全球气候模式评估中亚的温度模拟能力
•   4.5 本章小结
• 第5章 中亚地区干湿分布格局及对应的大气环流背景场特征
•   5.1 引言
•   5.2 资料和方法
•   5.3 中亚地区1961-2015年干湿年际变化的主要模态
•   5.4 中亚地区1961-2015年干湿变化主模态的大气环流场变化特征
•   5.5 本章小结
• 第6章 全球气候模式对中亚地区未来干湿变化的预估
•   6.1 引言
•   6.2 资料和方法
•   6.3 RCP4.5情景下中亚地区未来干旱变化特征
•     6.3.1 评估CMIP5气候模式在中亚地区的模拟能力
•     6.3.2 未来中亚地区气候干湿变化特征
•   6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
•   7.1 论文主要结论
•     7.1.1 中亚地区1961-2015年干湿时空变化特征
•     7.1.2 中亚地区1961-2015年干湿变化与大气环流异常可能的联系
•     7.1.3 未来中亚地区干湿变化预估
•   7.2 讨论与展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 他志杰

导师: 于瑞德

关键词: 中亚地区,干湿变化,标准化降水蒸散指数,未来情景预估

来源: 新疆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 新疆大学

分类号: P426.616

总页数: 131

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