我国北方干旱半干旱区降水多年代际变化及其对温室效应的响应

摘要

我国干旱半干旱区面积约占国土总面积的52％，主要集中在北方，这里气候干燥，降水变率大，生态系统异常脆弱。近年来，随着气候变化，有关干旱半干旱区气候变化及机理，区分自然及人类因素对气候的影响等问题越来越受到关注。本文以我国干旱半干旱区为研究对象，主要对该区降水的多年代际变化及人类活动引起的温室效应对该区降水影响进行研究，旨在为该区未来气候预测给出一定的科学借鉴。文中首先基于最新版本的全球降水气候中心(Global Precipitation Climatology Centre,GPCC_V7)资料与欧洲中期数值预报中心20世纪再分析资料（ERA_20C）融合的百年尺度逐月降水资料(1901-2012年），运用集合经验模态分解方法(EEMD)、合成分析等方法系统分析了我国北方干旱半干旱区降水多年代际变化特征及与太平洋年代际振荡（PDO）之间的相互关系；其次基于CCSM4.0工业化前及现时两种辐射强迫下的千年积分试验数据评估过去百年温室效应对该区降水及海气相互作用的影响。结果表明：　　（1）北方干旱半干旱区大多数区域降水多年代际变化不可忽视，都具有50-60年的平均变化周期，而PDO对大多数地区降水多年代际变化特征具有明显的调制作用；从相关分析看，新疆北部和内蒙古东北部的降水与PDO呈现出显著正相关，而河套东西部地区的降水则与PDO的变化呈现显著负相关。　　（2）从物理机制上来看，当PDO为暖相位时，径向环流增强使得北冰洋水汽南下，当遇到低空北上的阿拉伯海域暖湿气流时，会造成新疆中南部的降水增多；另一方面，PDO暖相位时印度洋区域通过对流加热的作用激发了太平洋-日本/东亚-太平洋（PJ/EAP）遥相关型的产生，这有利于渤海湾暖湿水汽输送至干旱半干旱区东北部区域，增大降水概率；当PDO位于冷位相时，结论则反之。　　（3）CCSM4.0模式对我国北方干旱半干旱区降水模拟整体偏高，但基本能够模拟出降水的空间分布。两种辐射强迫的气候平均之差（B2000-B18500）表明过去百年温室气体增加使得区域年降水明显增多，且最大响应区域位于新疆南部及青海地区。结合四个季节分析，这种分布主要受夏季降水影响，而春季降水可能会放大新疆及青海地区的正响应中心。综合而言，过去百年温室气体使得该区区域平均年降水增多了33.4mm。　　（4）从EOF分解及相关分析来看，区域降水主要（第一特征向量）表现为以内蒙古中东部为中心的同正分布；过去百年，人类活动引起的温室气体增加，增强了降水与赤道西太平洋海温异常的正相关性，减弱了降水与赤道东太平洋海温异常的负相关性。第二特征向量表明空间分布呈现出西湿东旱的分布，过去百年温室气体增加增强了降水与热带印度洋海温异常正相关性及与以赤道西太平洋为中心“八”字走向的海温异常负相关性，减弱了其与赤道东太平洋海温异常的正相关性，这样的共同作用又使得北方干旱半干旱区西湿增强东旱减弱。

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