全球变暖背景下亚非干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

摘要

本文分析了中蒙（75°E-105°E，35°N-50°N）、中亚（50°E-67°E，28°N-50°N）和北非（17°W-32°E，15°N-32°N）三个典型干旱区1961-2010年间的降水时空变化，分析了其水汽来源和输送特征，并对其变化的可能原因进行了分析。结果显示，中蒙、北非和中亚干旱区的降水受不同的气候系统影响，中蒙干旱区和北非干旱区受季风系统影响，中亚干旱区受地中海气候影响，因而中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同，中蒙和北非干旱区夏季降水多，而中亚干旱区冬春降水多。本文着重分析亚非干旱区降水变化特征及其与水汽输送关系，同时以中蒙干旱区主体—中国西北干旱区为例，分析水汽收支变化与降水关系的关系，得到以下主要结论：
　　（1）冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽的纬向输送，而中亚干旱区水汽主要为经向输送，经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因。1961-2010年间，中蒙干旱区冬季净水汽输送呈增加趋势（0.6×104Kg?s-1?10a-1），中亚干旱区冬季净水汽输送呈减少趋势（-0.62×104Kg?s-1?10a-1），北非干旱区冬季净水汽输送呈增加趋势（0.48×104Kg?s-1?10a-1），冬季亚非干旱区水汽输送趋势均通过95％MK检验。夏季中蒙和北非干旱区净水汽输送均显示出显著的减小趋势，分别为-0.4×104Kg?s-1?10a-1和-0.23×104Kg?s-1?10a-1，中亚干旱区夏季净水汽输送有增加趋势（0.03×104Kg?s-1?10a-1），但增加趋势不显著。相应的，中蒙干旱区年、冬季和夏季降水有增加趋势，分别为4.2mm?10a-1、1.3mm?10a-1和1.0mm?10a-1；而中亚干旱区冬季和夏季降水有增加趋势，为1.2mm?10a-1和0.1mm?10a-1，年降水则呈减少趋势（-0.8mm?10a-1）；北非干旱区年降水和夏季降水呈现增加趋势，为0.3mm?10a-1和1.0mm?10a-1。
　　（2）干旱区冬季降水受到北半球冬季低纬度和高纬度环流通过定常波的影响。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要和西太平洋到印度洋由南向北波列有关，北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应：冬季，中蒙干旱区降水与太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关，相关系数达到0.36以上，通过99%的显著性检验，夏季与海温相关不显著；中亚干旱区降水冬季与地中海海温呈显著负相关，夏季呈显著正相关，与阿拉伯海温始终为正相关，相关系数均通过99%显著性检验；北非干旱区降水与大西洋中部和地中海海温呈现显著相关，冬季为负相关，夏季为正相关，相关系数通过95%的显著性检验。
　　（3）1961-2010年，中国西北干旱区各季节降水均呈现增加趋势，冬、春季降水增加趋势显著，夏、秋季降水增加趋势不显著。西北干旱区冬季总水汽输送呈现增加趋势，春、夏、秋季总水汽输送呈现减少趋势。西北干旱区各季节蒸发量显著增加，且夏季增加的趋势最大。各季节水汽通量散度显著减小，水汽辐合加强，夏季水汽辐合增强最明显。综上，蒸发增大和水汽辐合增强是西北干旱区降水增加的主要动力，但是外部水汽输送变化也会影响到降水变化。冬季总水汽输送和蒸发增加，冬季西北干旱区空气中水汽增加，加之水汽辐合增强，最终导致冬季降水显著增加；春季总水汽输送减少，但是蒸发量增加，空气中水汽含量减小不明显，加上水汽辐合增强，春季降水显著增加；夏季水汽输出增加，秋季水汽输入减小，虽然蒸发和水汽辐合增强，但夏、秋季降水增加不显著。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 问题的提出

1.3 研究内容及章节安排

1.4 本文的创新点

第二章 资料与方法

2.1 资料

2.2 方法

第三章 亚非干旱区降水的基本特征

3.1 资料与方法

3.2 亚非干旱区降水基本特征

3.3 亚非干旱区降水对气温的响应

3.4 小结与讨论

第四章 亚非干旱区的水汽输送变化特征

4.1 资料与方法

4.2 亚非干旱区水汽输送特征

4.3 亚非干旱区降水对水汽输送变化的响应

4.4 小结与讨论

第五章 亚非干旱区降水变化与海温及大气环流的关系

5.1 资料与方法

5.2 亚非干旱区降水与海温的相关分析

5.3 亚非干旱区降水与大气环流的相关分析

5.4 小结与讨论

第六章 中国西北干旱区水汽收支变化及其与降水关系

6.1资料与方法

6.2 西北干旱区水汽输送量变化及与降水关系

6.3 西北干旱区蒸发量变化及与降水关系

6.4 西北干旱区水汽通量散度变化及与降水关系

6.5 小结与讨论

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢