中国西南地区覆冰气候背景及风险强度评估方法研究

摘要

本文采用西南地区(95°E～110°E,25°N～35°N)96个常规气象观测站1961年1月1日～2009年12月31日逐日气象要素资料,对西南地区形成覆冰的主要气象要素配置进行研究。以连续覆冰日数为主,建立了该地区满足气象条件的覆冰综合评估指数。利用1km×1kmDEM资料,通过GIS技术建立经度、纬度、海拔高度三个宏观地形因子以及坡度、坡向和开放度三个微观地形因子的数据库,通过三维二次趋势面的逐步回归方法,在ArcMap／Info中进行与覆冰有关的气象要素栅格空间化,在此基础上按照轻、中、重三个级别建立了各级覆冰模型并划分了覆冰风险分布。得到以下结论：
　　 ⑴覆冰期冻结日数多年平均的空间分布随地形呈明显的从东南向西北方向显著递增的分布形式,冻结日数呈逐年减小的趋势,并在2001年发生了突变。通过对覆冰期冻结日数的EOF分析,发现云、贵、川交界和四川木里、湖北鄂西等地区,是冻结日数的显著异常区域。西南地区日平均气温、最高气温、最低气温的近50a平均空间分布均呈现东南高、西北低的分布形式。这三个要素年际变化波动较大,同时都有缓慢上升的趋势,在2000年以后上升更显著。相对湿度呈东湿、西干的分布形式,其年代际变化在20世纪80年代以前都不明显,80年代开始又显著增大,到2000年后又急剧减小。日照时数与相对湿度分布相似只是大小相反。高湿寡照,风速适合,若遇低温定有覆冰。
　　 ⑵当同时满足地面日最低气温在-10～1℃,相对湿度≥80％,日照时数≤2h这三个条件时,最易发生电线覆冰现象。四川盆地西南缘海拔3500m左右的大雪山地区容易达到覆冰形成的温度条件,盆地南部以及云、贵、川交界的地区则容易达到相对湿度和日照时数的条件。这三个条件相互配合,低温高湿寡照,容易形成覆冰。确定盆地以西的川西高原山地为轻冰区,甘肃南部以及云南西部为中冰区,而云、贵、川交界以及盆地北缘大巴山南侧均为历年的重冰区,且覆冰灾害有非常显著的年际及年代际变化特征,尤其是重冰区年代际变化特征十分显著。在全球气候变暖的大背景下,满足覆冰条件日数序列在2000年以来呈显著上升趋势,覆冰灾害发生的可能性增大。西南地区地形复杂,对形成覆冰气象要素配置的研究表明,地形对覆冰产生的各气象条件影响较大。
　　 ⑶通过GIS建立的分辨率为1km的西南地区覆冰相关气象要素配置以及覆冰风险划分的模型都通过了检验,一般来说,宏观地形因子对气象要素的分布影响较大,只有相对湿度模型中通过微观地形因子订正后,模型精度有所提高。对西南地区覆冰评估指数构造了空间分析模型,发现宏观地形因子对覆冰的影响较大,尤其是海拔高度。通过模型制作的西南地区覆冰风险分布图能够较为精确的模拟出西南地区覆冰的风险分布,尤其是对贵州覆冰的分布较为适宜,能够反应西南地区覆冰风险分布,与实际情况较为符合。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 覆冰气象要素与地理因子的关系及GIS技术应用

1.4 气象要素空间化方法

1.4.1 反距离加权插值(IDW)

1.4.2 普通克里格插值

1.4.3 趋势面模拟内插

1.5 存在问题及本文主要研究内容

第二章 资料与方法

2.1 资料及来源

2.1.1 气象资料

2.1.2 地理数据

2.1.3 电力部门覆冰观测数据

2.2 技术路线

2.3 研究方法简介

2.3.1 曼-肯德尔(Mann-kendall)突变分析

2.3.2 三维二次趋势面分析法

第三章 西南地区近50A覆冰期气候变化特征分析

3.1 结冰日数

3.2 日平均气温

3.3 日最高气温

3.4 日最低气温

3.5 相对湿度

3.6 日照时数

3.7 平均风速

3.8 本章小结

第四章 形成覆冰气象要素的配置及覆冰综合评估

4.1 形成覆冰的主要气象要素的配置

4.2 覆冰综合评估指数建立

4.3 冰区划分结果及不同覆冰级别发生的概率

4.4 覆冰年际、年代际变化规律

4.5 本章小结

第五章 覆冰等级对复杂地理信息的响应及其模拟

5.1 西南地区地形概况

5.2 地形因子对地面气象要素的影响

5.3 易出现覆冰的微地形条件

5.4 复杂地形条件下的覆冰评估模型

5.4.1 GIS评估方法

5.4.2 西南地区覆冰气象要素配置评估效果检验

5.5 西南地区覆冰强度(风险)分布图

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 存在问题及后续工作展望

参考文献

作者简介

致谢