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为了揭示大气环流对中国北方岩溶地下水系统的影响,本文以海洋大气遥相关模式(厄尔尼诺南方涛动(ENSO)和太平洋十年涛动(PDO))、季风指数(印度夏季风指数(ISM)和西北太平洋季风指数(WNPM))和气象要素(温度、气压和降水)作为大气环流指标,以山西省娘子关泉泉水流量作为中国北方岩溶地下水的代表,利用斯皮尔曼等级相关系数和谱分析(多窗谱方法,小波功率谱和小波相干谱)方法对大气环流指标和泉水流量及其两者之间的相关性进行了分析。 斯皮尔曼等级相关系数的结果显示:泉水流量与降水和气压之间的显著性正相关系数表明降水是娘子关泉域泉水流量的补给来源,同时,当地的气压对泉水流量也有促进作用;泉水流量与温度呈现显著的负相关关系,表明在气温较高的月份中,升高的温度增大了地表蒸散发量,减少了补给地下水的水分,因此泉水流量会减少;印度夏季风指数(ISM)和西北太平洋季风指数(WNPM)以及太平洋十年涛动(PDO)均与泉水流量呈现显著的负相关关系,说明季风和海洋大气遥相关模式PDO对娘子关泉域的泉水流量均有影响;此外,WNPM和PDO与泉水流量的最小负相关系数所对应的滞后月数小于降水与泉水流量的最大正相关系数所对应的滞后月数,表明WNPM和PDO可能通过泉水流量的其他补给方式更早得影响泉水流量。 小波功率谱的结果显示季风指数(ISM和WNPM)和气象要素(温度,气压和降水)具有显著的1年周期,并且在时间域上呈现出全局性特征,而泉水流量仅在局部的时间域具有显著的1年周期。这表明降水这一包含季风和气象要素信息的载体在下渗过程及变为地下水后的传播过程中,可能由于岩溶含水层的调节,其1年的周期信号衰减,因此,泉水仅在局部时间具有1年的显著周期。 多窗谱方法和小波功率谱均检测到泉水流量具有1年,3.4年和>20年的周期。关于泉水流量显著周期信号的重构序列和海洋大气遥相关模式(ENSO和PDO)及季风指数(ISM和WNPM)的斯皮尔曼等级相关系数和小波相干谱结果表明1年周期的泉水流量信号主要受季风影响;3.4年周期的泉水流量信号主要受ENSO的影响,且两者为负相关;>20年周期的泉水流量信号主要受PDO的影响,且两者为负相关。1年周期的泉水流量信号与ISM为显著正相关,这是由于印度夏季风强时,华北地区降雨量偏多,降雨补给增大,因此泉水流量增大。当ENSO或PDO处于正相位时,华北地区多干旱少雨,影响了水文循环中的重要水分输入和地下水补给,因此泉水流量减少。