西北干旱区极端气候事件变化及其对北大西洋涛动指数的响应

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本文利用西北干旱区1960-2013年的日值气象数据资料,对西北干旱区极端气候事件的空间分布及时间变化特征进行分析研究,并分别建立各站点极端降水、极端最高温、极端最低温气候事件的广义帕雷托分布(GPD)模型,在模型中引入日时间尺度的北大西洋涛动指数(NAOI)作为强迫因子,以揭示北大西洋涛动指数对各类型极端气候事件分布的影响。研究初步结论如下:  (1)阈值空间分布上,整个西北干旱区极端气候事件空间分布不均。极端降水的阈值整体较小,介于4.7mm-19.7mm之间,大值区主要位于伊犁河谷、天山北坡以及河西走廊的东南部,小值区主要为精河、吐鲁番地区;极端最高温的阈值整体较高,介于16.2℃-41.7℃之间,大值区主要位于吐鲁番盆地、塔里木盆地的周边,小值区主要位于吐尔尕特、乌鞘岭地区,极大值与极小值相差25.5℃;极端最低温阈值介于-10.1℃--34.8℃之间,低值区主要位于北疆地区,高值区位于塔里木盆地周边,极大值与极小值相差-22.5℃。  (2)强度空间分布上,与极端气候事件阈值的空间分布特征具有很好的一致性。极端降水事件的频次平均强度介于5.0 mm-31.2 mm之间,大值区主要分布在河西走廊的东南部、天山北坡以及伊犁河谷地区,小值区主要在精河、红柳河地区,极大值与极小值相差26.2mm;极端最高温强度整体较高,介于17.9℃-43.2℃之间,其大值区主要位于吐鲁番盆地、塔里木盆地的周边,小值区主要位于吐尔尕特、乌鞘岭地区,极大值与极小值相差25.3℃;极端最低温强度介于-12.5℃--38.1℃之间,高强度区主要分布在北疆地区,南疆与河西走廊地区极端最低温的强度均较弱,极大值与极小值相差-23.5℃。  (3)逐年发生频次空间分布上,整个西北干旱区极端降水与极端最高温事件均表现为上升的趋势,且大部分站点变化显著,极端最低温事件表现为一致的下降趋势,且通过了显著水平检验。  (4)极端气候事件的阈值超出量以及年均频次的时间变化上,北疆、南疆以及河西走廊三个区域极端降水与极端最高温事件均表现出上升趋势,极端最低温事件表现出下降趋势,变化显著。  (5)周期变化上,极端降水频次存在25-30、10-20、5-10年3类尺度的周期变化规律,北疆、南疆以及河西走廊三个区域的主周期分别为18年、29年、28年;极端最高温频次存在25-30、12-20、3-10年3类尺度的周期变化规律,北疆、南疆以及河西走廊三个区域的主周期分别为29年、27年、29年;极端最低温频次存在20-32、12-18、3-10年3类尺度的周期变化规律,北疆、南疆以及河西走廊三个区域的主周期分别为5年、27年、14年。  (6)北大西洋涛动指数(NAOI),1960-2013年整体呈微弱的上升趋势;对NAOI的M-K突变检验中发现其在1971年存在明显的突变点;在周期变化上,存在20-30、10-18、3-7年3类尺度的周期变化规律,其中,23年的时间尺度为第一主周期。  (7)极端降水对NAOI的响应,在频率和强度变化特征上对NAOI具有明显的响应,主要位于北疆的西南部和东北部、南疆的西南部、以及河西走廊的武威地区;高分位数分布特征对NAOI响应不明显;变率特征和高分位数分布特征总体对NAOI具有一定的响应,其站点分布与频率和强度的变化特征的响应具有很好的一致性。  (8)极端最高温对NAOI的响应,除马鬃山地区外,极端最高温频率和强度变化特征对NAOI的响应不显著;高分位数分布特征对NAOI响应不明显;变率特征和高分位数分布特征总体对NAOI的响应不明显。  (9)极端最低温对NAOI的响应,在频率和强度变化特征上对NAOI具有显著地响应,主要位于北疆的大部分地区,南疆和河西走廊的少数地区;NAOI对高分位数分布特征产生的影响较弱;NAOI对变率特征和高分位数分布特征全局强迫同样具有明显的影响,其站点分布与频率和强度的变化特征的响应具有很好的一致性。
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