印度洋海温新指数的对比分析及其对长江中上游地区降水和径流的影响

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进入21世纪以来,由气候变暖所引发的极端气候灾害事件在全球肆虐。极端天气灾害事件大多因降水的超常波动而产生,若可以清楚降水特性变化及分布规律并加以预测未来变化,对水资源的配置,生产生活及经济发展有着重要意义。印度洋上区域间海温异常导致对我国天气,气候的影响日益明显,为了进一步联系起印度洋海温与我国旱涝梅汛等反常气候间的关系,以长江中上游地区为例,从表征着海温的印度洋各类海温指数出发寻找更合理与可靠的指标。本文依美国海洋大气局公开的1950-2020全球月均海温资料建立了温度型海温指数,经过与公开的太阳活动及日地距离的长序列数据,长江干流测站长期径流资料以及中国国家气候中心的长江中上游地区共25个气象站的1961-2020年月降水资料对比计算。运用时滞相关性,M-K检验,小波分析(Db16和Morlet)的方法对印度洋新旧海温指数和流域降水、径流变化特征进行分析。从非海-气因素考虑太阳活动及其运动对各类海温指数的影响,为研究印度洋自身海温变化及对我国径流,降水连续时间段的影响提供了理论支撑,用广义回归神经网络GRNN初步代入参数验证对研究区径流的计算。研究结果表明:(1)8种出于距平值和用温度新定义的印度洋海温指数(除SIOD外)均有稳定的变化趋势。以70年计,8种海温指数除SIOD外总体变化趋势是比较平稳的。SIOD在各个时间段内共5个年份发生了突变,海温型sst的指标在序列时间段内都只有一个间隔很远的突变年,整个时长内呈稳定变化趋势,周期方面除TIODsst从1995年后无明显周期外,距平型和温度类都具有5或7年的短周期以及长周期。可见新定义的指标具有合理性与可信度。(2)新旧海温指数和研究区径流、降水的年际变化趋势及周期性间存在着相似性。中上游地区径流与温度差型和原海温指数在有着不同周期的同时,具备5-7年,21年左右的共同长短周期,而降水也存在7年和30年左右的长周期,这与SIOD,IOBWsst以及温差型海温指数的周期基本一致,这之间应存在着联系。(3)各类海温指数与日地距离都有着相关性,但对太阳活动的响应不大。指数与几类太阳活动(太阳黑子、日冕、耀斑、磁场极性)的相关性都很低,距平型与日地距离多尺度分析下有一定的相关性,温度类更是在d3尺度下与原序列呈出显著相关。反映出印度洋海温指数对日地距离的响应显著甚至有定量分析价值,而对太阳活动相关系数很低只能用于定性分析。(4)温度型海温指数用作水文相关性计算更好。8种新旧海温指数间与长江径流的时滞相关性大小排序为:SIODsst>IBOWsst>TIODsst>SIODsstd>SIOD>TIODsstd>IBOW>TIOD,与长江中上游地区同时间序列月均降水的时滞相关性整体表现排列为:SIODsst>IOBWsst>TIODsst>SIODsstd>TIODsstd>SIOD>TIOD>IOBW,距平处理得到的海温指数,在体现海洋作为气候调节的热源作用强弱时不如温度或温差形式的海温指数更加直接,原因是距平处理虽然是同减去一个平均数,但破坏了序列的原始结构。(5)GRNN方法在径流预测方面相对可靠,但其精度相对不是很好,需优化改进和完善。自1961年1月起至2020年12月共720个月的寸滩,宜昌,汉口水文站径流及附近各5个气象站的降水,气温月均数据,分50年模拟训练与10年径流的月值模拟实测验证,存在着不可忽视的误差。若是从调整参数,其他优化算法改进模型,改进输入训练样本的精细度,加入其他因素等角度着手,能够提高预报的精度和长度。
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