区域降水时空变化特征及其对太阳活动和海气系统的响应分析——以中国北方干旱半干旱区近45年为例

摘要

区域降水的变化特征和影响因子研究在当前全球变化的大背景下具有重要的理论和现实意义。相对全球气温的变化而言，降水变化的时空特征和规律更加显著。随着全球局部水资源的短缺，国家和区域水资源安全日益受到人们的重视，在特殊区域更成为社会、经济稳定和发展的决定性因素，因此对降水规律的认识与总结始终被人们关注。目前对于降水规律的认识，也从基本的特征描述逐渐深入到对其影响因素的分析、物理过程的探究以及长期变化的模拟预测等方面。
　　 而本文也是以此为出发点，选择我国北方干旱半干旱区域为研究对象，利用kriging 空间插值、谱分析和小波分析以及相关分析等方法，分析近45年降水变化的时空特征，并与同期太阳活动特征（包括黑子数量与周期、太阳磁场指数）ENSO 指数MEI、AO、NAO、和极涡位势高度、副高强度进行具体区域的比较分析，来探究我国北方降水成因的区域差异和总体特征。
　　 经初步研究得出以下结论：(1)北方干旱半干旱区降水在空间上呈现出东南-西北方向的递变规律，降水年代际变化也呈现空间差异和递变规律，其中90年代以后降水变化特征明显，即西部明显增加，而东部普遍减少。(2)我国北方降水波动普遍表现出2a、5a、8a、11a、17-18a以及22a的周期，表现出降水变化的太阳活动（黑子数和磁场循环）、海气活动和月潮周期的影响背景。(3)太阳活动对北方区域降水的影响主要体现在太阳磁场的周期变化过程中，而且影响自北向南逐渐减弱，但从现象上来说，由于一次磁场转变伴随着两次黑子循环，所以在北部（包括新疆和内蒙东部）降水同时表现出11a和22a的周期。(4)黄土高原和内蒙东北部降水与ENSO的相关性具有典型意义，大致以朱日和-锡林浩特之间为界，朱日和及其西部季风影响区主要是黄土高原区降水与ENSO 呈反相关，而锡林浩特及其以东地区与ENSO 呈正相关，说明El Nino 事件发生并加强的时候，内蒙东部地区降水较多，而El Nino 事件减弱，La Nina 事件加强时则黄土高原区降水增加； (5)AO、NAO与新疆降水的相关性较强，反映出极涡活动控制AO与NAO，进而引起西风带在45-50N 之间摆动，决定了新疆尤其是西北部降水波动。(6)太平洋副高、沃克环流和ENSO的耦合作用对区域降水意义很大，El Nino 爆发时，不仅塔希堤岛海面气压下降，北太平洋副高强度同步降低，东亚季风减弱，而西太平洋海面由于辐合低压水汽中心东移高空水汽也将少，水汽纵深输送能力减弱，锋面降雨带移向东南，主要降落于东部地区，所以内蒙东部降水较多，反之，则内蒙东部降水相对常年减少而内蒙中部与黄土高原一带则降水增加。(7)环流如藏北高原寒旱中心附近夏季锋面气旋对青海东南部半环状降水分布可能有很大影响，另外，如环流叠加地形因素对区域降水影响较大，如天山西北部、祁连山东南部、阴山南部、六盘山以东等地降水明显较多。
　　 而在本文研究中，由于太阳活动影响地表降水的物理机制和作用的时间尺度上以及地球系统尤其是地表系统变化的物理过程等问题亟需理论深入，以及分析方法的选取与运用误差，对于影响区域降水的复杂因子还需更加深入精确地研究。

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1 引言

2 数据来源和研究方法

3 结果分析

4 结论和讨论

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