基于多套再分析资料的全球蒸发量时空变化特征及其成因研究

摘要

蒸发是全球能量和水循环的关键环节，也是决定各地区天气与气候状况的重要因子。蒸发作为地球系统水分消耗的主要方式，对气候变化的响应十分敏感，是地球系统中最活跃的因子之一。但是由于缺少蒸发量的实况观测数据，并且气候模式对水循环的模拟水平也非常有限，目前对于全球蒸发量时空变化的趋势、幅度和区域分布等依然不能给出明确结论。再分析资料的不断发展为解决上述问题提供了新的途径。本论文基于目前使用较为广泛的多套再分析资料，研究了全球蒸发量的时空变化特征和成因，同时对比分析了各套资料的异同点，探讨了各套资料在不同时段、不同地区的适用性。
　　本研究主要内容包括：⑴全球蒸发量的空间分布具有明显的海陆、经向分布差异，并且同纬度陆地上高海拔地区蒸发量小于低海拔地区。整体而言，MERRA与NCEP-R2资料能够同时较好地反映出全球蒸发量的时空变化特征，具有很好的代表性；此外。CFSR与 ERA-40资料也可以较好地刻画出陆地蒸发量的变化特点，而ERA-Interim、NCEP-R1、OAFlux、HOAPS等资料比较适用于对海洋蒸发量的研究。各套资料陆地与海洋平均蒸发量在1958~1978年基本都呈现显著的线性减少趋势，而在1979~2011年时间段内大多是线性增加的，其中海洋地区更加显著。⑵中国地区实际蒸散发整体上呈现自东南沿海向西北内陆地区递减的形势，只是五套再分析资料在西北至青藏高原西北部和东南沿海等地区差别较大。实际蒸散发的逐年变化也不完全相同，其中 NCEP-R2与 JRA-55比较一致，均有显著地线性增加趋势，MERRA与ERA-Interim更为接近，而NCEP-R1偏差较大。年内实际蒸散发约有43％集中在夏季，季节变化明显。中国不同地区实际蒸散发和蒸发皿蒸发的关系有明显差异，互补理论多适用于非湿润地区，而正比假设理论多适用于偏湿润地区，即在水分控制条件下存在互补关系，在能量控制条件下存在正比关系。⑶1979~2013年全球陆地实际蒸散发的变化具有非常明显的区域性特征，其中在气候较为湿润的地区实际蒸散发有明显的线性增加趋势，而在相对干旱的地区实际蒸散发的增加趋势则主要集中在21世纪。极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润干旱区和半干旱湿润区等实际蒸散发的变化主要与降水量有关，而半湿润区、湿润区和极寒区实际蒸散发的增加是气候变暖背景下降水量与潜在蒸散发变化共同作用的结果，只是潜在蒸散发的作用要相对更大。从能量和水分循环的角度，NCEP-R2与Budyko模型估算结果最为一致，可信度最高，MERRA次之，ERA-Interim和 JRA-55误差相对较大，尤其是在极端湿润区不确定性较高。⑷1979~2001年热带海洋蒸发量呈现显著地线性增加趋势，其中以1991~1998年增加幅度最大，之后则基本保持稳定，近几年有逐渐下降的趋势。根据1979~2013年六套再分析资料热带海洋蒸发量MV-EOF分解结果，第一模态主要与气候变化有关，而第二模态、第三模态和第四模态都与 ENSO循环紧密相关。从海表温度（SST）异常的角度研究热带海洋蒸发量变化的成因大致有两种途径，其一是当SST异常偏高时，海平面气压（SLP）会异常偏低，这将有利于水汽的辐合，进而增加当地大气水汽含量，对蒸发过程有抑制作用；另外一种途径是SST异常偏高会直接造成当地地表气温（SAT）偏高，进而促使大气持水能力增强，有利于蒸发量增加。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 蒸发量变化的研究进展

1.2 再分析资料的发展

1.3 研究问题的提出

1.4 研究内容和章节安排

1.5 本论文的创新点

第二章 资料与方法

2.1 再分析蒸发资料

2.2 常规历史资料

2.3 气候统计诊断方法

第三章 全球蒸发量的时空变化特征研究

3.1引言

3.2 资料和方法

3.3 全球蒸发量的空间分布特征

3.4 全球蒸发量的时间变化特征

3.5全球蒸发量的年循环特征

3.6 本章小结

第四章 中国实际蒸散发变化及其与蒸发皿蒸发的关系研究

4.1 引言

4.2 资料和方法

4.3 中国地区实际蒸散发的时空变化特征

4.4中国地区实际蒸散发变化的影响要素

4.5 实际蒸散发与蒸发皿蒸发的关系分析

4.6 本章小结

第五章 全球陆地实际蒸散发变化及其影响要素研究

5.1 引言

5.2 资料和方法

5.3 全球陆地不同区域实际蒸散发的变化

5.4实际蒸散发的变化的成因分析

5.5 区域能量水分循环对实际蒸散发的影响

5.6本章小结

第六章 影响热带海洋蒸发量变化的物理机制研究

6.1 引言

6. 2 资料与方法

6.3 热带海洋蒸发量的时空变化特征

6.4 热带海洋蒸发量变化的主模态

6.5 热带海洋蒸发量变化的成因分析

6.6 本章小结

第七章 全文总结、讨论和展望

7.1 全文总结

7.2 讨论和展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢