發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 10:51

　　 中國北方發(fā)生的強(qiáng)干旱事件通常不是存在于一個(gè)單一季節(jié),而是具有季節(jié)性持續(xù)特征。相比于單季干旱,季節(jié)性連旱事件會(huì)對農(nóng)業(yè)、生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成更嚴(yán)重的災(zāi)害性影響。因此深入研究我國北方季節(jié)性連旱的特征及成因至關(guān)重要。本文利用中國大陸范圍質(zhì)量較好的448站氣象觀測資料及CRU格點(diǎn)觀測資料所計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)(SPEI-obs和SPEI-CRU),研究了 1960-2012年中國季節(jié)性連旱的頻次、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度等基本特征;通過日本氣象廳的JRA-55再分析資料及NOAA中心的月平均海表溫度數(shù)據(jù)集(ERSSTv3),分別揭示了 1960-2012年華北和東北地區(qū)以及西北地區(qū)季節(jié)性連旱的變化特征和成因;最后利用CORDEX-東亞試驗(yàn)對歷史時(shí)期(1981-2005年)的降水、潛在蒸散發(fā)(PET)和干旱進(jìn)行評估,并對未來(2006-2049年)不同排放情景下(RCP4.5和RCP8.5)北方旱澇變化的形勢進(jìn)行了預(yù)估。得到以下主要結(jié)論:(1)相比于自矯正Palmer干旱指數(shù)(scPDSI)和標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI),SPEI是更適合研究季節(jié)性連旱的指數(shù)。其中,基于站點(diǎn)計(jì)算的SPEI-obs對干旱事件的描述能力最好,但是它存在的不足是部分地區(qū)站點(diǎn)稀缺,與之高度相關(guān)的基于CRU格點(diǎn)觀測資料計(jì)算的SPEI-CRU能夠彌補(bǔ)這個(gè)不足。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)中國華北和東北地區(qū)以及西北地區(qū)季節(jié)性連旱的發(fā)生頻次高、持續(xù)時(shí)間長、連旱強(qiáng)度強(qiáng)。另外,近53年區(qū)域性的干旱強(qiáng)度和干旱范圍以年際變化為主,但強(qiáng)干旱事件的頻次存在年代際變化:華北和東北地區(qū)1960年代、1990年代和21世紀(jì)初為多旱時(shí)段,1970年代和1980年代為少旱時(shí)段。西北地區(qū)多旱時(shí)段為1960年代及1970年代,而1980年代以后為少旱時(shí)段。(2)在華北和東北地區(qū)所有可能發(fā)生的季節(jié)性連旱事件中,春夏連旱,夏秋連旱和春夏秋連旱發(fā)生的概率相對較高。這三類連旱均是3個(gè)季(9個(gè)月)尺度的秋季干旱的子集,因此用秋季SPEI09綜合表征。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),華北和東北地區(qū)的連旱主模態(tài)呈現(xiàn)出全區(qū)一致的干旱,時(shí)間序列存在年際變化,并且連旱事件在1990年代后期開始增多。對于連旱的成因來說,連旱可能受到歐亞地區(qū)中緯度遙相關(guān)(春季的類歐亞型、夏季的絲綢之路型或北半球環(huán)狀型、秋季的類斯堪的納維亞型)以及前冬La Nina向后秋E1 Nino的位相轉(zhuǎn)變的影響。它們的共同作用導(dǎo)致華北和東北在各季節(jié)(春夏秋)表現(xiàn)為不同程度的下沉運(yùn)動(dòng)異常和水汽供應(yīng)的不足,使得連旱發(fā)生。此外還發(fā)現(xiàn)歐亞地區(qū)中緯度遙相關(guān)型與ENSO存在聯(lián)系,PET對連旱的貢獻(xiàn)在20世紀(jì)90年代后期開始增強(qiáng)。(3)在中國西北地區(qū)所有可能發(fā)生的季節(jié)性連旱事件中,除了全年干旱的背景以外,存在著與華北和東北地區(qū)相同的高概率事件(春夏連旱,夏秋連旱和春夏秋連旱),其主模態(tài)同樣表現(xiàn)為全區(qū)一致的干旱,且同樣以年際變化為主,并呈現(xiàn)略微變濕的趨勢。西北地區(qū)季節(jié)性連旱的發(fā)生一方面受到降水偏少的影響,另一方面受到PET偏強(qiáng)的影響。從降水角度,北大西洋中緯度地區(qū)春夏秋季持續(xù)的冷異常影響了西北地區(qū)的垂直運(yùn)動(dòng)及水汽輸送條件,使得降水偏少。另外盡管夏季和秋季較強(qiáng)的熱力作用會(huì)對大氣中水汽的輻合產(chǎn)生一定貢獻(xiàn),然而卻不至于使降水增多。從PET角度,春夏秋三季均偏強(qiáng),大氣對地表水分的需求偏強(qiáng),有利于干旱的發(fā)生。(4)CORDEX-東亞試驗(yàn)中各區(qū)域氣候模式(HadGEM3-RA,SNU-MM5,SNU-WRF和YSU-RSM)能夠較好的模擬出歷史時(shí)期降水量、PET和連旱主模態(tài)的實(shí)際情況。未來不同排放情景下區(qū)域性旱澇變化不一致,且降水和PET對其貢獻(xiàn)也存在差異。在RCP4.5排放情景下,增多的降水和減弱的PET共同導(dǎo)致河套地區(qū)變濕。在RCP8.5排放情景下,未來華北及華南地區(qū)變濕的趨勢可能是受降水增多主導(dǎo),而西北地區(qū)的變干趨勢則更多可能是PET增強(qiáng)的貢獻(xiàn)。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P426.616
【部分圖文】：

牛旱可能會(huì)加劇，而干旱的加劇又會(huì)對變暖形成正反饋（Ｄａｉ，１９９８，?２０（＾４，?２０１１ａ，?２０１３；??Ｓｈｅｆｆｉｅｌｄ?等，２０１２；?Ｔｒｅｎｂｅｒｔｈ?等，２０１４；?Ｈｕａｎｇ?等，２０１６，?２０１７ａ）。Ｈｕａｎｇ?等（２０１６）??將全球變暖與干旱化之間的正反饋機(jī)制用示意圖來說明（圖１．１）。具體來說，溫度升高??會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)的需求增大以及土壤濕度的減小，引起干旱范圍擴(kuò)張。進(jìn)一步土壤濕度減小??又會(huì)引起地表感熱通量的增強(qiáng)和潛熱通量的減弱，這樣的過程將引發(fā)極端高溫的發(fā)生，??對變暖產(chǎn)生正反饋（Ｓｅｎｅｖｉｒａｔｎｅ?等?２０１０，２０１４；?Ｈｉｒｓｃｈｉ?等，２０１１；?Ｓｈｅｒｗｏｏｄ?和?Ｆｕ，??２０１４）。另外，溫度升高以及土壤濕度降低會(huì)減少土壤有機(jī)碳的存儲(chǔ)，而土壤侵蝕引起的??土地退化也能導(dǎo)致Ｃ０２的排放增多（Ｌａｉ，?２００４）。因此，旱地的擴(kuò)張將減少土壤有機(jī)碳??的儲(chǔ)存并將Ｃ０２排放到大氣中。此外，土地退化和土壤水分減少嚴(yán)重限制了總初級生產(chǎn)??力（ｇｒｏｓｓ?ｐｒｉｍａｒｙ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＧＰＰ；?Ｐｅｎｇ等，２０１３），影響植物吸收Ｃ〇２和儲(chǔ)存碳的光??合速率。通過這樣的過程

取了中國范圍的４４８個(gè)站點(diǎn)，站點(diǎn)分布如圖３．１所示。根據(jù)第二程，本章計(jì)算了?４４８站的ＳＰＥＩ－ｏｂｓ。利用ＣＲＵ格點(diǎn)資料，根據(jù)第過程，計(jì)算了?ＳＰＩ指數(shù)，其水平分辨率為０．５？０．５°。此外，還選料所計(jì)算的的?ＳＰＥ１－ＣＲＵ?指數(shù)（資料來源：ｈｔｔｐ：／／ｓｐｅｉ．ｃｓｉｃ．ｅｓ／ｄａｔａｂａｓｅＳＩ?指數(shù)（資料來源：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｒｕｄａｔａ．ｕｅａ．ａｃ．ｕｋ／ｃｒｕ／ｄａｔａ／ｄｒｏｕｇｈｔ／）。以上９５９年１２月至２０１２年１２月的逐月數(shù)據(jù)。其中，潛在蒸散發(fā)（ＰＥＴ）ａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式。對比各指數(shù)的參考標(biāo)準(zhǔn)是中國干旱災(zāi)害數(shù)據(jù)中的些事件的具體描述如表３．１所示。其中災(zāi)害數(shù)據(jù)集中的特大旱事件期必須連續(xù)２個(gè)月或２個(gè)月以上，若持續(xù)時(shí)間為３－４個(gè)月，則降水于－８０％；若干旱持續(xù)時(shí)間大于等于５個(gè)月，降水量距平百分率應(yīng)

于ＳＰＥＩ－ｏｂｓ和ＳＰＥＩ－ＣＲＵ計(jì)算的季節(jié)性連旱的頻次、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度進(jìn)行分析。??３．４季節(jié)性連旱的頻次特征??首先分析中國范圍內(nèi)季節(jié)性連旱的頻次特征，圖３．３給出了?１９６０－２０１２年ＳＰＥＩ０３－??ｏｂｓ及ＳＰＥＩ０３－ＣＲＵ計(jì)算的季節(jié)連旱總頻次。從ＳＰＥＩ０３－ｏｂｓ的結(jié)果來看（圖３．３ａ），整體??上在全國４４８站范圍內(nèi)大部分站點(diǎn)（４１２站，占所有站點(diǎn)數(shù)的９２％）均發(fā)生過３次以ｈ??的連旱事件。這其中有１２４站（占所有站點(diǎn)數(shù)的２７．７％）發(fā)生了發(fā)生［６，?９）次連旱事件，??主要集中在３２．５°Ｎ以北的北方地區(qū)（８４站，占此類事件總站點(diǎn)數(shù)的６７．７％；下文北方??地區(qū)指３２．５°Ｎ以北，南方地區(qū)指３２．５°Ｎ以南）以及西南部分地區(qū)（２１°－３２．５°Ｎ，９７．５°－??］１０°Ｅ）。另夕卜９次及以上連旱事件的站點(diǎn)數(shù)較少，僅有１５站（占所有站點(diǎn)數(shù)的３．３％），??（ａ）
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