气候变暖背景下全球主要干旱区的干旱化特征及机理分析

论文摘要

本文利用英国East Anglia大学气候研究部(Climatic Research Unit)的全球格点月降水及月平均温度资料,并结合计算的地表湿润指数重点分析了近百年来全球各主要干旱区温度、降水及湿润指数变化的特征,并在此基础上分别利用降水量和湿润指数为指标对近百年来各主要干旱区的面积变化进行了分析。最后,从大气环流和海洋因子两个角度讨论了影响全球各主要干旱区干旱化的大尺度背景。本文主要得出了以下结论：(1)近百年来全球及各大陆不同等级降水的温度变率都大于0,但增温率在不同区域、不同降水等级下有所差异。全球干旱区平均增温为0.94℃/100a,高于全球区域平均增温0.74℃/100a。除南美大陆外,其它大陆干旱区的增温均高于全球区域平均增温。其中,北美大陆干旱区增温最大达1.22℃/100a,南美大陆干旱区增温最小为0.31℃/100a。(2)全球各主要干旱区的降水量呈现出比较明显的年代际变化且变化趋势较为一致,澳大利亚干旱区、西南亚干旱区和中蒙干旱区均表现出两个明显的时段,而南美干旱区、南非干旱区、北美干旱区、北非干旱区和中亚干旱区则表现出三个明显的时段。(3)与降水量相比,全球各主要干旱区地表湿润指数也表现出显著的年代际变化特征,但二者的年代际变化并不完全相同。其中,南美干旱区、澳大利亚干旱区、北非干旱区、西南亚干旱区和中蒙干旱区地表湿润指数变化的时段与降水量变化的时段是完全一致的,但在变化幅度上有明显差异；而南非干旱区、北美干旱区和中亚干旱区在进入70年代末期后,其降水量都是增多的,但是它们的地表湿润指数是减小的,即表现出变干的趋势。(4)利用不同指标衡量干旱区面积百分率的变化时,结果有所不同。当我们用湿润指数作为衡量干旱区面积的指标时,干旱区的面积整体上都是增加的。在进入70年代以后,这种情况尤为明显。全球范围内干旱区的面积已经接近30%。非洲大陆干旱区面积增加的幅度最为明显,其次是澳大利亚干旱区,接着是亚洲干旱区,最后是南美干旱区和北美干旱区。类似地,当我们用降水量作为衡量干旱区面积的指标时,得出的结果明显不同,特别是进入20世纪70年代后甚至完全相反。这主要是由于20世纪70年代以后明显的增温效应造成的。(5)各主要干旱区的干旱化与大气环流的异常密切相关。在南、北半球典型干旱年主要降水月的500hPa月平均环流距平场上,各主要干旱区均位于正距平区域中,这种环流异常使得位于副热带的南美干旱区、南非干旱区、澳大利亚干旱区、北美干旱区、北非干旱区和西南亚干旱区哈德莱环流的下沉运动加强进而加剧了干旱化。对中亚干旱区和中蒙干旱区而言,这种环流异常加强了青藏高原地形热力补偿下沉气流,从而增强了这两个地区的干旱化。(6)在年代际尺度上,各主要干旱区的干旱化与海温有着密切的联系。PDO指数以1976年为界在60年代初期到80年代初期发生了一次比较明显的跃变。南美干旱区和北美干旱区的湿润指数与PDO指数的变化趋势相同；南非干旱区、西南亚干旱区和中蒙干旱区的湿润指数与PDO指数的变化趋势相反；北非干旱区的湿润指数大致以1976年为界与PDO指数的关系呈现出先相同后相反的关系；澳大利亚干旱区和中亚干旱区的湿润指数与PDO指数没有明显的对应关系。NAO指数出现显著变化趋势的时间在1950年以后。在此期间,南美干旱区和北美干旱区的湿润指数和NAO指数的变化趋势相同；南非干旱区、北非干旱区和西南亚干旱区的湿润指数和NAO指数的变化趋势相反；澳大利亚干旱区、中亚干旱区和中蒙干旱区的湿润指数与NAO指数不存在明显的对应关系。SO指数在近百年来没有出现变化比较显著的时段。(7)在年代际尺度上,PDO指数与SO指数对全球的干湿变化具有同等重要的作用,但二者与湿润指数相关系数的符号相反。湿润指数与NAO指数的相关系数通过95%信度检验的区域比较零散。在南美干旱区湿润指数与PDO指数呈明显的正相关；在南非干旱区和澳大利亚干旱区湿润指数与SO指数均呈显著的正相关；在北美干旱区湿润指数与PDO指数和NAO指数均呈正相关关系,与SO指数呈负相关关系；在北非干旱区和西南亚干旱区湿润指数与PDO指数均呈明显的负相关关系；在中亚干旱区湿润指数与NAO指数呈正相关关系；在中蒙干旱区湿润指数与PDO指数和NAO指数的相关系数均为正。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 干旱灾害的严重性及其影响
• 1.2 干旱问题的复杂性
• 1.2.1 干旱定义的复杂性
• 1.2.2 干旱灾害的多样性
• 1.2.3 干旱灾害的渐变性
• 1.3 干旱气候的研究进展
• 1.3.1 全球主要干旱区降水量变化特征的研究现状及进展
• 1.3.2 干旱指标及其干旱化研究的现状及进展
• 1.3.3 极端干旱气候事件的研究现状及进展
• 1.3.4 全球主要干旱区干旱化的大尺度环流场
• 1.3.5 大尺度海温异常对全球各主要干旱区干旱化的影响
• 1.4 本文的主要研究内容及创新点
• 参考文献
• 第二章 区域概况与研究方法
• 2.1 研究区域的划分及其概况
• 2.2 资料介绍
• 2.3 本文所使用的研究方法
• 2.3.1 湿润指数的定义
• 2.3.2 Mann-Kendall趋势检验法
• 参考文献
• 第三章 近百年来全球各主要干旱区的干旱化特征
• 3.1 近百年来全球及各大陆不同等级降水量的区域增温率
• 3.2 近百年来全球各主要干旱区干旱化的空间分布特征
• 3.3 近百年来全球各主要干旱区干旱化的年代际特征
• 3.3.1 全球各主要干旱区降水量的年代际特征
• 3.3.2 全球各主要干旱区湿润指数的年代际特征
• 3.3.3 用降水量作为衡量指标的干旱区面积变化的年代际特征
• 3.3.4 用湿润指数作为衡量指标的干旱区面积变化的年代际特征
• 3.4 全球各主要干旱区干旱化的关联性
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 全球各主要干旱区干旱化机理分析
• 4.1 大气环流对形成干旱区干旱气候的影响
• 4.2 海洋因子对形成干旱区干旱气候的作用
• 4.2.1 三大涛动指数（PDO、NAO、SO）与干旱区湿润指数的趋势变化
• 4.2.2 三大涛动指数（PDO、NAO、SO）与干旱区湿润指数相关系数的空间分布
• 4.2.3 全球各主要干旱区湿润指数与三大涛动指数的相关系数
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 相关问题的讨论与展望
• 在学期间的研究成果
• 致谢