气候变化背景下内蒙古地区气象干旱时空演变及预估研究

论文摘要

全球变暖是无可争议的事实,全球气候变化已成为当代社会面临的主要环境问题,受到世界各国政府、研究人员和公众的广泛关注。水分收支不平衡造成的水分供求不足的自然现象称之为干旱,它是世界上最具破坏性的自然灾害之一,是气候变化众多影响中的一个重要方面;气候变暖背景下,干旱频发、干旱化程度加剧给人类生活、工农业生产带来了极大的负面影响。内蒙古自治区位于我国北部边疆,是全国四大草原之一,是我国北方重要的生态屏障,对全球变暖响应敏感。该区以草原畜牧业和农业为主,容易受到自然灾害,特别是干旱灾害的影响。受全球气候变暖大背景的影响,区域内干旱自然现象频发。因此,研究该地区气候历史状态和未来不同气候变化情景的预估对分析各种气象灾害演变具有重要的科学意义。本研究以内蒙古地区气象干旱为研究对象,以标准化降水蒸散指数（SPEI）为干旱监测指标,基于气象数据、植被遥感数据和气候模式数据,分析了1960-2015年内蒙古地区气温、降水、蒸发和极端气候事件的时空变化特征;分析干旱发生频率、范围和强度及不同时间尺度干旱时空变化趋势及突变特征,并探讨其影响因素;评估多尺度干旱对内蒙古植被的影响;预估RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下2016-2100年的干旱变化。研究得到的主要结果如下:（1）内蒙古地区年平均气温以0.36℃/10a的速率呈显著上升趋势,并在1989年发生突变;四季气温均有增加趋势,其中冬季增温幅度最大;研究区西部增温速率大于东部。降水量年际波动较大,呈减少趋势;研究区东北部和西部降水有增加趋势。年平均潜在蒸散量呈减少趋势;空间上,研究区东部地区蒸散呈增加趋势,中西部地区存在减少趋势。（2）表征极端低温的指数均呈显著下降趋势,而表征极端高温的指数均呈显著上升趋势,且夜晚增温幅度大于白天增温幅度;空间变化上,极端低温和高温指数的下降和上升趋势均从研究区东部至西部逐渐加大。表征极端降水事件的指数时间变化趋势不明显;空间上,极端降水指数在内蒙古东北部地区均呈增加趋势,而在中西部地区呈减少趋势。（3）近56年全区SPEI整体呈不显著增加趋势,在1975年和2001年发生突变,由干旱逐渐转变为湿润再转为干旱;空间上,有研究区西部干旱减轻、东部干旱加剧的趋势。内蒙古西部地区干旱发生频率大于东部地区。2000-2015年的干旱覆盖范围及强度最大,其次是20世纪60年代。（4）极端降水事件对SPEI的影响较大,与SPEI呈正相关关系;极端低温事件与SPEI普遍呈负相关关系,而极端高温事件指数与SPEI呈正相关关系。厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）,北极涛动（AO）和太平洋年代际振荡指数（PDO）与内蒙古SPEI有较强的正相关关系,存在不同时间尺度的共振周期;土地利用分析表明,研究期间内,草地和林地转换为耕地和沙地这一特征较为显著,导致地表植被稀疏,地表发射率变大,为干旱事件的发生提供条件。（5）1982-2015年,内蒙古生长季植被NDVI以0.003/10a的速率呈波动中缓慢上升趋势;春季NDVI上升速率最高达0.006/10a。34年来内蒙古植被NDVI表现出增长趋势的面积占比（69.47%）远高于退化趋势的面积占比（30.53%）,NDVI呈显著增加的地区主要分布在内蒙古西部的荒漠草原与沙地植被地带。内蒙古地区植被在夏、秋季受干旱影响较大,其中,夏季对应的干旱尺度自西向东由3月尺度逐渐过渡至12月尺度,而在秋季受3个月尺度的干旱影响为主。不同植被类型受干旱影响差异较大,落叶阔叶林受干旱事件的影响相对较小;荒漠草原、沙地植被与灌丛,多受12个月尺度的干旱影响为主;典型草原与草甸草原为主的植被受3个月与6个月尺度的干旱影响为主。（6）内蒙古地区年平均和四季气温都有随着温室气体排放浓度增大而持续增高的特征,且温室气体浓度越大,气温升高幅度越大;冬季气温增幅最大;三种排放情景下的内蒙古地区年平均气温升高速率分别为0.02℃/10a、0.24℃/10a和0.61℃/10a;空间上,呈现出由西向东逐渐增大的趋势。年和四季降水量都有随着温室气体排放浓度增大而持续增高的特征,且温室气体浓度越大,降水升高幅度越大;夏季降水增幅最大,其次是春季;在空间变化上,内蒙古东部地区降水增加趋势大于西部。（7）随着温室气体排放浓度的增大,内蒙古地区2016-2100年的干旱指数SPEI下降幅度增大,干旱化严重;在空间上,其减小趋势从研究区东部向西部逐渐加大。相应的,随着温室气体排放浓度的增大,干旱发生频率及等级加大,且研究区西部的干旱发生频率大于东部。在RCP8.5情景下,21世纪末期的干旱发生频率大于90%,可能发生严重的干旱灾害。干旱影响下,内蒙古植被在未来随着温室气体排放浓度的增大,植被NDVI减小速率加大,NDVI呈减少趋势的面积大于其增加趋势的面积,且其研究区西部植被NDVI减小趋势大于其东部的NDVI减小趋势。本研究系统分析了内蒙古地区历史及未来气温、降水变化特征以及干旱发生频率、强度和影响,研究结果对区域合理利用水资源、干旱识别、干旱灾害风险危险性评价、制定防灾减灾对策提供科学依据以及区域可持续发展具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 气候变化研究进展
•     1.2.2 干旱指标研究进展
•     1.2.3 干旱对植被影响研究进展
•     1.2.4 干旱预估研究进展
•   1.3 研究目标、内容与技术路线
•     1.3.1 研究目标与内容
•     1.3.2 技术路线
•   1.4 创新点
•   1.5 项目来源与经费支持
• 第二章 理论基础、研究方法、数据来源与处理
•   2.1 理论基础
•   2.2 研究区概况
•     2.2.1 地理位置
•     2.2.2 地形地貌
•     2.2.3 气候特征
•     2.2.4 植被特征
•     2.2.5 历史旱情概况
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 变化趋势率
•     2.3.2 Sen趋势分析和Mann-Kendall检验
•     2.3.3 ANUSPLIN空间插值
•     2.3.4 标准化降水蒸散指数SPEI
•     2.3.5 相关分析法
•     2.3.6 交叉小波变换
•     2.3.7 干旱评估指标
•   2.4 数据来源与处理
•     2.4.1 气象数据来源与处理
•     2.4.2 遥感数据数据来源与处理
•     2.4.3 大气环流数据来源与处理
•     2.4.4 土地利用数据来源与处理
•     2.4.5 气候模式数据来源与处理
• 第三章 内蒙古地区气候变化特征分析
•   3.1 内蒙古地区1960-2015年气温变化特征
•     3.1.1 气温年际变化特征
•     3.1.2 气温季节变化特征
•   3.2 内蒙古地区1960-2015年降水量变化特征
•     3.2.1 降水量年际变化特征
•     3.2.2 降水量季节变化特征
•   3.3 内蒙古地区1960-2015年潜在蒸散量变化特征
•     3.3.1 潜在蒸散量年际变化特征
•     3.3.2 潜在蒸散量季节变化特征
•   3.4 极端气候事件变化
•     3.4.1 极端气温事件变化
•     3.4.2 极端降水事件变化
•   3.5 本章小结
• 第四章 内蒙古地区气象干旱时空演变及其影响因素分析
•   4.1 SPEI时空变化特征
•     4.1.1 年尺度SPEI时空变化特征
•     4.1.2 季节SPEI时空变化特征
•   4.2 干旱发生频率分析
•     4.2.1 年干旱发生频率分析
•     4.2.2 季节干旱发生频率分析
•   4.3 干旱发生范围分析
•     4.3.1 年干旱发生范围
•     4.3.2 季节干旱发生范围
•   4.4 干旱强度分析
•     4.4.1 年干旱强度
•     4.4.2 季节干旱强度
•   4.5 内蒙古地区气象干旱影响因素分析
•     4.5.1 极端气候变化的影响
•     4.5.2 大气环流的影响
•     4.5.3 人类活动的影响
•   4.6 本章小结
• 第五章 气象干旱对内蒙古地区植被的多尺度影响
•   5.1 内蒙古地区植被NDVI时空变化特征
•     5.1.1 植被NDVI时间变化特征
•     5.1.2 植被NDVI空间变化特征
•   5.2 不同时间尺度干旱对植被的影响
•     5.2.1 不同时间尺度干旱对生长季植被的影响
•     5.2.2 不同时间尺度干旱对季节植被的影响
•     5.2.3 不同时间尺度干旱对不同植被类型的影响
•   5.3 本章小结
• 第六章 未来不同气候变化情景下内蒙古地区气象干旱预估
•   6.1 气候模式模拟能力评估
•   6.2 气象要素变化的预估
•     6.2.1 气温
•     6.2.2 降水量
•   6.3 不同排放情景下的干旱特征研究
•     6.3.1 RCP2.6情景下干旱预估
•     6.3.2 RCP4.5情景下干旱预估
•     6.3.3 RCP8.5情景下干旱预估
•   6.4 干旱影响下的内蒙古地区植被变化
•   6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 参加科研项目及参编著作情况
• 在学期间发表学术论文情况

文章来源

类型: 博士论文

作者: 佟斯琴

导师: 张继权

关键词: 气候变化,气象干旱,植被变化,影响,排放情景,预估

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 东北师范大学

基金: 国家“十二五”科技支撑计划项目课题“北方草原牧区草原干旱—雪灾灾害(链)应急救助关键技术研究与示范(2013BAK05B02)”,国家自然基金项目“多灾种农业气象灾害综合风险动态评估研究-以吉林省中西部玉米产区为例(41571491)”

分类号: P426.616;P467

总页数: 136

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