气候变化和人类经济活动对我国不同区域极端降水事件的影响

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极端降水事件是我国乃至全球范围内影响最广泛、危害程度最大的自然气象灾害之一。未来气候变化将会导致全球水文循环变化更剧烈,由此引发部分地区发生频率更高、强度更大以及持续时间更长的极端降水事件。我国是受极端降水事件影响最显著的国家之一,每年因极端降水事件所造成经济和财产损失约占国内生产总值的3%~6%。因此,掌握极端降水事件的变化规律及驱动机制能为相关部门预警起到至关重要的作用。论文利用1961~2020年降水数据和环流指数数据分析了我国极端降水事件时空演变规律以及确定了7个分区(西北荒漠地区、内蒙草原地区、青藏高原地区、东北湿润半湿润温带地区、华北湿润半湿润温带地区、华中华南湿润亚热带地区和华南湿润热带地区)滞后1~12个月下影响我国极端降水事件的关键环流指数。将率定期(1961~2010年)7个分区滞后1~12个月下确定的关键环流指数与9个极端降水指数(EPI),分别为持续干旱日数(CDD)、持续湿润日数(CWD)、强降水日数(R10)、特强降水日数(R20)、最大1日降水量(Rx1day)、连续5日最大降水量(Rx5day)、非常湿润天降水量(R99p)、降水强度(SDII)和湿润日降水总量(PRCPTOT)构建多元线性回归模型。结合2020年12月环流指数,代入模型中即实现我国2021年1~12月7个分区中9个EPI(CDD、CWD、R10、R20、Rx1day、Rx5day、R99p、SDII和PRCPTOT)的预测。基于2018年人口和GDP数据将我国525个站点划分成6个社会经济发展水平(站点规模),并研究了不同站点规模上人口和GDP的变化对极端降水事件的影响。此外,从站点规模I到VI,极端降水事件的变化也得到了进一步探索。最后,基于温室气体排放浓度数据和关键环流指数分析了不同社会经济发展水平下人类经济活动和气候变化对极端降水事件影响的贡献度。论文得到了以下主要结果:(1)影响极端降水事件关键环流因子的数量和类型依分区和滞后时间而变化。将7个分区滞后0~12个月下9个EPI与57项环流指数进行显著性t检验和皮尔逊相关性分析,最终筛选得到7个分区滞后0~12个月9个EPI与环流指数之间具有显著性(P<0.05)且|r|≥0.3的关键环流指数。结果表明,分区VI和VII的降水偏多,故代表湿润类型的8个月尺度EPI的值较高,且呈现增加趋势。分区I的降水偏少,故CDD值较高,但呈现减少趋势。在分区VI中,滞后11个月下的Rx1day对应筛选得到的关键环流指数最多(23项),而滞后1个月下CWD对应的关键环流指数则最少(2项)。此外,在滞后12个月下,北非副高面积指数(NAHAI)、亚洲区极涡面积指数(APVA)、北美区极涡面积指数(NAPVA)、太平洋区极涡强度指数(PPVI)、北大西洋-欧洲区极涡强度指数(AEPVI)和北大西洋-欧洲环流型C型指数(ACCP)这6项关键环流指数均包含在7个分区的9个EPI中。(2)基于关键环流指数可对2021年1~12月我国7个分区极端降水事件进行预测。将2020年12月的环流指数代入模型即可预测2021年1~12月7个分区的9个EPI。结果表明,率定期和验证期的观测值和模拟值显示出了比较好的模拟效果。VI和VII区在夏季仍然需要防范强降水所导致的极端湿润事件,而I区则需要防范降水偏少的极端干旱事件。对比过去60年各个月份下9个EPI的阈值(20%、40%、60%和80%),2021年6~10月7个分区中预测的CDD结果相比往年对应月份的阈值偏高,而在1、2、3和12月的预测结果相比往年阈值则偏低。其余8个湿润类的EPI总体呈现出相反的规律。(3)不同社会经济发展水平对极端降水事件的影响。基于2018年人口和GDP数据对525个站点进行社会经济发展水平划分,最后通过同时考虑人口和GDP的站点规模划分得到了6个站点规模水平。结果表明,从站点规模I到VI,年平均人口和GDP及其线性斜率随之增加。处于较高站点规模的站点发生极端湿润事件的风险较高,处于较低站点规模的站点则发生极端干旱事件的风险较高。此外,不同站点规模上6个EPILS与Popu LS(或GDPLS)之间的相关关系大小也验证了社会经济发展所带来的人类经济活动对极端降水事件的影响具有不确定性。此外,随着站点规模的增加,5个EPILS(CWDLS除外)呈现增加的趋势,即属于社会经济发展水平高的地区发生极端降水事件的风险也将更高。(4)气候变化与人类经济活动对极端降水事件影响的贡献度。基于方差分析方法量化温室气体排放浓度(人类活动)和关键环流指数(气候变化)对极端降水事件影响的贡献度。结果显示,不同社会经济发展水平下4项温室气体排放浓度随时间变化均呈增加趋势。西北和东北区域温室气体排放浓度均较低,而华中、华南和华东区域相对较高。在社会经济发展水平更高(例如站点规模VI)的地区,气候变化对极端降水事件影响的贡献度也同样更高。除了东南区域部分站点中人类经济活动对6个EPI(CDD、CWD、SDII、R95p、Rx1day和PRCPTOT)影响的贡献度≥50%,对于全国大部分站点而言,气候变化对5个EPI(除CWD外)影响的贡献度≥50%,这也说明我国极端降水事件主要受到气候变化的影响。
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