西北干旱区极端降水的时空分布及变化特征分析.docx

西北干旱区极端降水的时空分布及变化特征分析中文摘要：利用西北干旱区1961-2009年76个台站日降水量和环 流指数资料，通过百分位法、M-K突变检验等现代统计诊断方法，研究 了我国酋北干旱区年、季节降水量和极端降水量的时空分布特征和长 期变化；研究极端降水量与年降水量的比重，及环流指数对极端降水 的影响，研究发现：(1) 在各区域年降水量的变化趋势中，北疆地区和天山山区的上升 趋势较明显，南疆地区的年降水量总体呈现微弱的较为持续的上升趋 势，这三个区域的年降水量均于20世纪80年代发生显箸突变；河西 邛可拉善的东部地区的年降水量则呈极为微弱的上升趋势，且突变不 显著2) 在季节变化中，春季、夏季平均年降水量最大区域是天山山区，秋季年均降水量最大区域是北疆地区，只有河西-阿拉善地区(30. 81mm)秋季的年均降水量大于春季，冬季年均降水量最大区域 是北疆地区七年滑动平均表明各区域四季年均降水量均呈波动上升 的趋势3) 年降水量的空间分布中，降水量较高的区域主要集中在天山山 区西部，祁连山北部，其次是准卩葛尔西部山地，阿尔泰山山区及南疆 地区西部；年降水量较低的区域主要为南疆中部和南部。

不同季节降 水量的空间分布与年均降水量分布特点基本一致，北疆地区的季节分 配比较均匀，其他区域的季节降水量分配不均匀⑷各区域极端降水量的变化趋势中，北疆地区和天山山区的上升趋 势较明显；西北干旱区年均极端降水量于20世纪80年代中期的增加 是一突变现象，具体是从1982年开始的与年均降水量突变对比， 发现二者的变化趋势基本一致，但年均极端降水发生突变的时间较年 均降水的突变时间较早，表明在气候变化的反馈上，年均降水则表现 滞后性的特征，而极端降水事件表现得更加积极5) 年均极端降水频率与年均极端降水强度变化趋势基本一致，但 从区域差异上来看，增加的程度是不同的在极端降水频率和强度空 间分部上，新疆区域与地形有极大的联系，主要表现为山区高，盆地 低的特点；河酋邛可拉善地区极端降水频率与强度在空间上具有一致 性，从东南向西北递减6) 对年极端降水量与年降水量的比重分析，得出极端降水量与年 降水量具有较强的相关性；极端降水量对年降水量的贡献也从侧面反 映出极端降水量增加是西北干旱区气候发生由“暖干向暖湿”转型 的一个可能的客观原因7) 在环流指数的相关分析中，西太平洋副高面积指数和西太平洋 副高强度指数与极端降水量的相关关系最为显著。

在80年代中期， 春季和冬季西太平洋副高面积和强度指数呈波动上升的趋势，这与极 端降水的突变变化趋势一致，有很好的对应关系关键字：极端降水；时空分布；西北干旱区1引言在全球变暖的气候背景中，区域性大面积的洪涝、干旱、飓风、高 温等极端天气事件H益加重，尤其是20世纪80年代以来，世界范围 内逐渐增多的极端气候事件给生态、经济发展和人民生活造成严重的 损失和影响极端气候事件的发生、发展及其变化规律问题C经成为 气候学研究领域的热点已有的研究包括：极端气候事件的观测事实 的发现、发生规律的摸索、模式模拟的建立和影响机制的设定等的研 究，又有关于极端气候事件成因与极值理论的讨论研究方法既有统 计学的原理又涵盖大气动力学的方法，经过前人的努力，极端气候事 件的研究取得了较大的进步水资源是制约社会经济发展的命脉和影响牛态环境变化的关键要素, 在气候变暖的背景下，以山区冰雪融水补给为主要基础的干旱区水资 源系统更为脆弱和敏感，冰雪融水和降水变化正改变着水循环过程和 水资源时空分布，极端水文事件发生频率和强度不断增加，水资源供 需矛盾日益突岀成为制约区域经济、社会和生态环境可持续发展的瓶 颈西北干旱区也是多条国际河流的发源地，气候变化导致的水资源 不稳定性正在引发中亚邻国间新的矛盾，不断的因水发生冲突以及气 候变化对水循环的影响正成为国际关注的焦点。

极端降水虽然作为降 水过程中发乞概率较小的事件，但对流域地区的年降水量的贡献却是 及其重要的1.1选题背景1.1.1选题来源本题来自导师中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所杨青研究员主持 的全球变化国家重大科学研究计划项目课题(973) “干旱区气候水 文要素变化特征及归因”(2010CB951001)支持资助完成1. 1・2研究意义IPCC (2007) [1]第四次评估报告指出，近百年来，全球气候正经历 一次已变暖为主要特征的显箸变化，1906-2005年全球地表温度升高 了约0. 74CO在全球变暖背景下，中国极端夭气气候事件发生频率 增加，例如2002年东北低温冻害、2008年南方冻雨，2010年夏季南 方酷暑，2013年夏季东部沿海上海、浙江等省持续高温另外，全 球气候变暖，使得地表蒸发加剧，大气保持水分的能力增加，全球和 区域水循环加剧，势必造成部分地区降水增多［2］,例如1998年、2008 年南方特大洪水事件其中，极端降水事件是极端天气气候变化的一 个重要表现，是衡量极端天气气候的主要指标之一，根据频率分布, 降水多的地区相应的极端降水出现的概率就增大，即发牛•极端降水事 件增多，进而引发洪涝灾害；部分地区极端降水状况出现频数偏少, 可能发生旱灾。

许多研究表明［3, 4］,从全球区域上，陆地上大部分地区极端降水 事件发生的频率和强度都有增强的趋势，给社会、经济和人类生活造 成了严重的影响和损失，已经严重影响和制约着人类社会和经济的发 展，越来越引起各国政府和国际机构的重视例如，从1998年至2001 年在亚洲中部和南部地区的持续干旱，严重危害伊朗、阿富汗和巴基 斯坦等广大地区的农业生产；1998年中国长江中下游的特大洪水造 成了上千人伤亡和上千亿人民币的损失［5］另外，由极端强降水所 引发的次生灾害［6-8］ : 111体滑坡，泥石流等，也给当地人民的生活、 经济、交通造成影响目前，我国西北地区对气候变化有诸多的争议早在1998年杨青⑼ 就揭示了 1987-1996年间新疆地区明显增暖增湿的事实2002年施 雅风等［10］研究西北地区气候变化时，认为西北气候转型首先出现在 西风环流降水区，提出西北气候可能正由暖干向暖湿转型的科学推断 柳媛普等［11］用最新资料进一步分析了近20年来新疆中部明显增湿 的事实胡汝骥等［12］研究新疆气候变化时，揭示从1987年起新疆 出现了气候转向暖湿的信号，天山西部地区尤为强劲而陈豫英、钱 正安等［13, 14］分析中蒙干旱半干旱区气候变化时，发现西北地区东 部和蒙古国大部分地区的降水总体呈减少趋势，同时西北区西部的内 蒙古中、西部降水也呈减少趋势，似乎不存在西北地区全区域尺度变 湿的趋势。

鉴于极端天气气候事件与气候变化的密切关系及其对人类经济社会 及自然环境的重要影响，其研究已经成为当今气候变化科学的前沿问 题之一［15, 16］ o西北干旱区地处中亚腹地，是全球变化响应最敏感 地区之一［17-20］在全球变化大背景下，四北干旱区水循环系统的 稳定性和水资源的可再生性降低，不确定性加大，极端水文事件的频 次和强度增大、重现期缩短，极端水文事件发生频繁发生降雨极端 事件是造成西北干旱区自然灾害频发及水资源不平衡分配的重要原 因［21］深入开展极端降水事件变化的研究，可以使我们弄清楚极端 降水事件变化的规律，弄清楚这种变化是由于气候系统内部因子还是 外部因子，弄清楚这种变化是自然变率的一部分还是人类活动带来的 结果，进而达到掌握未来极端降水事件的变化规律，降低极端降水事 件影响的脆弱性，为制定国家和地区防御口然灾害规划和可持续发展 战略措施等提供科学依据1. 1.3研究内容由以上回顾可知，国际上有关极端降水事件的研究已具相当高的水 平，虽然中国在这个领域的研究也取得了一些有意义的结论，但有关 西北干旱区的研究相对还是比较薄弱为了促进西北干旱区极端降水 事件变化规律研究的进展，提供极端气候事件区域变化的重要证据, 从而与国际相关研究接轨，本文系统地利用西北干旱区1961年-2009 年的76个台站的逐口降水观测资料，采用目前国际上利用较多的极 端降水事件的定义方法一百分位，研究分析了：（1） 年、季节降水量的时空分布变化特征及分析；（2） 不同极端降水指数的时空分布特征及分析；（3） 年、季节降水量与年、季节极端降水量变化的关系;（4）环流指数对极端降水的影响。

1・2极端降水事件的研究现状对于降水而言［22-24］,随着全球的变暖，降水量增多，全球陆地年 降水量场有明显的变化趋势，其中许多热带地区降水量增多，副热带 大部降水量减少，高纬度地区降水量趋于增多，不同的地方都可能发 生更为频繁的干旱和洪涝；中国陆地地形复杂，受季风的影响显著, 每年都可能会遭受不同程度的干旱与洪涝研究发现［25, 26］,我国 年降水量没有发生明显的变化趋势，但却存在着明显的区域差异，长 江中下游和西部降水量呈增长趋势，其中西北增长最为明显［27］,而 西南一些地区呈减少趋势；冬季降水量普遍增多，秋季大部分地区降 水量则趋于减少［28］ o另外，我国年、季节的雨日天数呈明显的减少 趋势,且雨口天数减少的范围远大于降水量减少的范围［29］ o极端降水是极端天气气候变化的重要指标，研究其时空分布特征对 于正确认识全球气候变暖背景下的极端天气气候过程具有重要意义 关于降水的研究过去主要集中在降水量和早涝气候变化等［30-33］方 面随着极端降水事件对人类影响的加剧，人们逐渐认识到研究极端 降水事件的重要性，国内外的一些学者针对不同的极端降水指数对此 做了大量的研究，并且揭示了极端降水变化的一些基本特点。

6. 2讨论本文统计诊断了西北干旱区的极端降水事件，文中首先对年均降水 的时空分布特征进行描写，然后利用不同的极端降水指数对西北干旱 区1961-2009年极端降水的时空分布特征进行了详细分析，再对年均 降水量与极端降水量之间的关系进行研究，在简单选取的几个环流特 征指数中发现西太平洋副高面积指数对极端降水影响较大尽管结论 具有一定的独立创新性及实际应用价值，但也存在一定的问题及有待 继续研究之处：(1) 本文选取的极端降水指数是较为常用的，但选取的极端降水指数 数目较少，没有更全面的表现极端降水的时空分布规律2) 对西北干旱区极端降水时空特征的分析，从年代际、季节、空间 分布进行了探讨，有必要进一步研究典型区域的极端降水趋势特征3) 对西北干旱区分区来说，把新疆区域分为三个区域较为合理， 但河西-阿拉善地区区域类型多样，降水规律不存在统一的变化，从 时间变化研究来说，分析结论不精确，故对河西邛可拉善地区的分区 有待进一步细化4) 本文最后仅从统计意义上分析了环流指数对极端降水的影响，其 具体的物理机制，仍需要利用数值模式等手段进行深入研究且西北 干旱区极端降水趋势的影响也有待进一步深入分析。