【摘 要】
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近年随着全球变暖,干旱问题趋于严重。气象干旱与大气环流密不可分,受到的遥相关的潜在影响不可忽视。探讨气象干旱对大气环流的响应关系对于早期干旱预警及降低干旱影响具有重要的理论意义和实际参考价值。受限于目前对潜在机制的有限知识,通常使用统计相关法来描述这种响应关系,不能揭示大尺度气候信号剧烈振荡时对干旱的影响机制。本文以西北地区为研究对象。以SPEI表征气象干旱,采用EOF和REOF法对气象干旱的区域
【基金项目】
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国家自然科学基金“干旱传递机制及综合干旱评估方法”(2019-2022)(编号:51879222);
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近年随着全球变暖,干旱问题趋于严重。气象干旱与大气环流密不可分,受到的遥相关的潜在影响不可忽视。探讨气象干旱对大气环流的响应关系对于早期干旱预警及降低干旱影响具有重要的理论意义和实际参考价值。受限于目前对潜在机制的有限知识,通常使用统计相关法来描述这种响应关系,不能揭示大尺度气候信号剧烈振荡时对干旱的影响机制。本文以西北地区为研究对象。以SPEI表征气象干旱,采用EOF和REOF法对气象干旱的区域变化特征进行了分区,分别采用EEMD法和基于Arc GIS平台分析干旱的时间变化及空间分布特征;利用相关分析、交叉小波变换以及随机森林法研究了分区气象干旱对多个环流指数的响应关系以及驱动气象干旱的主要环流指数;采用非参数核密度估计拟合主要环流指数的极端相位,并基于Copula函数对极端环流相位下的干旱事件特征变量拟合联合分布,分析了不同分区的极端相位下的干旱事件的概率与重现期特征。获得的主要结论如下:(1)西北地区干旱指数变化具有较明显的区域规律性。研究区划分为西北中部,东部北端,东部南端,北疆区,高原区和南疆区六个分区。西北中部、东部北端、东部南端呈干旱趋势,其余地区近年有不同程度的湿润化趋势,最明显的是高原区;西北中部气象干旱呈单调变化,周期性不明显,整体趋向干旱。其余五个分区以年际变化为主,年代际变化为辅,干旱在年际内的周期比年代际的周期更加明显。(2)月尺度干旱多与大气类的环流指数具有相关性,年尺度干旱多与海温类的环流指数具有相关性。环流是并发的,相关性最高的不一定是主要的干旱驱动力。月尺度干旱的主要驱动因子有北大西洋涛动指数(NAO)、大西洋多年代际振荡指数(AMO)、印度洋暖池面积指数(IOWPA)和太阳黑子(SN),年尺度干旱受太阳黑子(SN)、海洋尼诺指数(ONI)、太平洋年代际振荡(PDO)、热带北大西洋海温指数(TNA)和热带印度洋海温偶极子指数(TIOD)的影响最大,年代际尺度干旱受太阳黑子(SN)和大西洋多年代际振荡指数(AMO)的影响最大。将干旱的尺度从年际扩展到年代际,相较于月尺度,大气类环流指数的影响消失,海温对干旱的影响进一步缩小,太阳的活动占据了主要成分。(3)各交叉小波变换的年份、周期的不同,说明在不同时频域上,环流指数很大程度上主导了其与干旱的遥相关。各区域年、月尺度干旱共振周期的不同,说明干旱指数的累积变化受环流指数的影响更明显。(4)极端环流相位下,干旱特征具有不同的表现。西北中部、东部南端、高原区和南疆在环流高相位下的干旱事件的各项表征明显大于环流低相位。东部北端和北疆区在环流低相位下的干旱事件各项表征明显大于环流高相位。(5)极端环流相位下,同一地区的二维/三维干旱联合特征不同。发生0.9以上的高概率联合干旱特征值的情况复杂,二维有高峰值-短历时、低峰值-长历时等,三维有高峰值-短/长历时-弱烈度、高峰值-短/长历时-强烈度等。即相同联合分布,在不同环流相位下,干旱的高概率事件发生点对应的干旱特征值的联合不同,表现为强强联合与强弱联合。(6)各分区的二维/三维干旱重现期在极端环流相位下存在不同的表征。二维中,同地区相同的干旱特征值在不同的环流相位下,对应的联合-同现重现期大小不同。三维中,由高概率干旱事件点与重现期可知相同重现期在极端相位下对应的干旱特征值大小不同。即二维和三维联合中,存在一个环流相位更容易发生干旱事件。上述研究结果可为西北地区防旱抗旱管理、干旱预警预报提供依据。
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