西北干旱区极端气候变化及其与大气环流和海表温度的联系

摘要

本文利用1960-2013年西北干旱区72个站点的日尺度最高温、最低温和降水量数据，从世界气象组织气候研究委员会制定的“气候变化监测指标体系”中选择冷夜日数(TN10p)、冷昼日数(TX10p)、霜冻日数（FD）、暖夜日数(TN90p)、夏季日数(SU)、暖昼日数(TX90p)等6个极端气温指数和1日最大降水量(RX1day)、降水强度(SDII)、强降水日数(R10)、5日最大降水量(RX5day)、强降水量(R95p)、持续干燥日数（CDD）等6个极端降水指数，运用气候倾向率、Morlet连续复小波分析、经验正交函数分解、Mann-kendall趋势及突变检测、合成分析等方法初步探讨西北干旱区极端气温、降水事件时间和空间变化特征、周期和突变规律等；利用位势高度场资料、云量资料、水汽通量场资料、海温场资料与有代表性的极端气温、降水指数做合成分析，初步探讨西北干旱区极端气温、降水事件变化与云量场、海温场、环流场、水汽通量场之间存在的可能联系，揭示大气环流和海表温度（SST）对极端气候事件的可能影响。初步研究结果如下：
　　（1）1960-2013年中国西北干旱区极端气温指数EOF第1模态空间型表明,6种极端气温指数空间变化特征具有较好的一致性，即极端气温指数呈现一致偏多或偏少特征；第1模态标准化时间系数清晰表明,在20世纪80年代末90年代初，极端气温暖指数由减少转为增加趋势，而极端气温冷指数由增加转为减少趋势。EOF第2模态空间型表明，西北干旱区极端气温指数大致呈现南、北相反的空间分布特征。
　　（2）从极端气温指数时空变化趋势上看，极端气温冷、暖指数减少或增加趋势存在显著差异；表征温暖的极端气温指数有显著上升趋势,表征寒冷的极端气温指数表现为显著下降趋势；在一定程度上说明西北干旱区气温向暖化趋势发展，这与全球气候变暖大背景相吻合。
　　（3）极端降水指数EOF第1、2模态空间型表明，各个极端降水指数空间变化特征各异；从极端降水指数时空变化趋势看，各个极端降水指数的增加或减少趋势存在明显差异；表征湿润的极端降水指数在波动中增加,表征干燥的极端降水指数表现为逐年波动减少；这在一定程度上说明西北干旱区气候向湿润化趋势发展，这可能与全球气候变暖有关联。
　　（4）西北干旱区表征寒冷的极端气温指数自突变年后减少趋势显著，表征温暖的极端气温指数自突变年后增加趋势显著，在一定程度上表明西北干旱区气温自突变年后增温趋势明显；西北干旱区表征湿润的极端降水指数自突变年后增加趋势显著，而表征干旱的极端降水指数自突变年后减少趋势显著，在一定程度上说明西北干旱区自突变年后增湿趋势显著。
　　（5）极端降水各指数在20世纪80年代存在一个或强烈或微弱的周期变化信号，说明极端降水在20世纪80年代变化比较活跃；极端气温冷、暖指数周期变化特征各异，说明西北干旱区极端气温周期变化较复杂。
　　（6）西北干旱区气温一致偏高对应500hpa位势高度正异常，反之亦然；云量对西北干旱区昼夜温度具有显著影响；西北干旱区主要受西风环流的影响，北大西洋暖湿气流无法有效输送到西北干旱区，因而造成该地区气候干旱；极端降水指数突变年后的水汽通量散度场数据显示，极端降水指数呈普遍增加趋势，北疆地区、南疆东部地区、河西走廊中西部地区散度值为负，比较容易形成有效降水，气候有变湿润的趋势。
　　（7）西北干旱区极端气温异常偏暖年对应全球大部分海区的海温为正距平；而偏冷年则反之。北大西洋西部、鄂霍次克海和地中海海域可能与西北干旱区极端气温关系比较密切，气温偏高对应着上述海区的海温偏高,反之则亦然。
　　（8）西北干旱区湿润年对应全球大部分海区的海温为正距平分布，部分海区为负距平；而干燥年则反之。北大西洋、印度洋、鄂霍次克海、地中海海温为正距平、太平洋（29～45N°、148～176°W）海域为海温负距平分布时，西北干旱区容易出现极端降水异常偏多现象，反之则容易出现极端降水异常偏少现象，说明西北干旱区极端降水异常与上述海区关系较为密切。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容及技术路线

第二章 数据与方法

2.1 研究区概况

2.2 资料来源和处理

2.3 研究方法

第三章 极端气温指数时空变化特征

3.1 极端气温指数EOF时空特征分析

3.2 极端气温指数年代际变化特征对比分析

3.3 极端气温指数空间变化趋势

3.4 本章小结

第四章 极端降水指数时空变化特征

4.1 极端降水指数EOF时空特征分析

4.2 极端降水指数年代际变化特征对比分析

4.3 极端降水指数空间变化趋势

4.4本章小结

第五章 极端气候指数突变和周期分析

5.1 极端气温指数突变和周期特征

5.2 极端降水指数突变和周期特征

5.3 本章小结

第六章 极端气候指数与大气环流和海温背景场的联系

6.1 极端气温指数与大气环流背景场的联系

6.2 极端降水指数与大气环流背景场的联系

6.3 极端气温、降水指数与海温背景场的联系

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

硕士期间发表论文及参与课题项目

致谢

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