多尺度多要素水文变化与极移的关系

摘要

地球系统的要素变化息息相关,寻找与水文变化联动的关键因子对深入剖析水文变化具有重要意义.文章选取地球运动因子之一——地极移动(极移)作为关键因子,探求其与多尺度水文要素的关系特征和作用机制.首先,通过趋势、突变、相关等分析方法研究极移和多水文要素(降水、蒸散、径流、陆地水储量)变化在流域至全球、年内至年际尺度上统计关系的时空特征.其次基于激发机制量化水文变化对极移的推动作用,基于平衡潮理论和大气动力学方程探索极移对水文变化的反馈作用,以此研究两者相互作用的途径和量级.结果显示,两者存在显著相关关系和共同突变点.一方面,区域至全球尺度的水文变化对极移的激发作用显著.2002年4月至2020年6月期间全球陆地水储量显著减少(速率约为-4.68mm a^(-1)),显著驱动地极朝格林尼治子午线方向漂移(速率约为4.32mas a^(-1));同时区域水储量变化对2005和2012年左右长期极移的方向转折贡献显著.另一方面,基于极移扰动地球离心力场产生平衡潮,计算了极移变化引起的海平面气压、风场和水汽传输的变化的空间分布,发现在浅海附近的流域,如长江流域和珠江流域,极移引起的相关水汽变化与流域观测降水或水储量变化在去除趋势后相关关系仍显著,前者比后者提前约4~14个月.研究结果进一步展示了极移与水文变化的关系,有助于认识长期水文变化的关联因子.