新疆区域面雨量及空中水汽时空分布规律研究

论文摘要

新疆约占中国陆地面积的六分之一,是典型的干旱、半干旱地区,水资源分布极不均匀,是影响和制约新疆经济社会发展与生态环境保护的关键因素。本文利用新疆区域144个气象站和水文站的1961～2005年降水资料和美国NCEP/NCAR公布的1961—2000年再分析逐日格点资料,采用了自然正交分解(EOF)、多元回归分析、最大熵谱值分析等方法,结合数字高程模型(DEM)1km×1km网格数据,对新疆区域面雨量年季分布特征和变化规律以及高空水汽输送、大气可降水量状况进行了分析研究。结果表明:新疆区域年平均面雨量约为2724.6亿吨,年平均降水量为165.5mm。从空间分布来看,天山山区面雨量最大,约占全疆面雨量的40.4%,该区域年平均降水量为409.1mm;北疆地区次之占34.3%,年降水量为277.3mm;南疆地区最少约为25.3%,年平均降水量仅有66.2mm。从四季分布来看,夏季面雨量最大,约占全年面雨量的54.4%,春季次之为23.6%,秋季为16.5%,冬季最少约为5.5%。近45年新疆区域面雨量年际变化幅度较大,呈现出增多的趋势,尤其是1987年以后降水明显增多。新疆区域面雨量的变化主要表现为3年左右周期振荡。新疆地区高空水汽年平均流入量为26114.8亿吨,年平均流出量为25645.7亿吨,水汽净收入量为469.1亿吨。由于三面环山的特殊地形,新疆地区四季和年对流层中层水汽输送量最大,低层和高层接近。夏季水汽输送量最大,约占全年的38%左右,春、秋季相当,约占全年的23%—25%,冬季最少。近40年新疆年平均、春、夏和秋季空中水汽总流入量、总流出量为减少趋势,变化率很接近,且1976年后无明显变化趋势,使得净收支量无显著变化趋势。新疆区域年大气可降水量(APW)的空间分布呈塔里木盆地和准格尔盆地为高值区,海拔高的阿勒泰山、天山和昆仑山为低值区。从季节分布来看,夏季APW最大,但小于同纬度东部季风区,春、秋次之,冬季最少,春、秋和冬季APW与同纬度东部季风接近。夏季的APW小于季风区界限值25 mm,从该角度表明新疆为非季风区。APW的地理分布与实际降水量分布相反,其最大(最小)区域却为降水量最小(最大)区,受西风带影响,新疆APW模态主要表现全疆一致变化,分布稳定,与降水模态分布差异性大有显著不同,且近40年来无显著变化趋势,表明决定新疆降水差异的根本原因不在于水汽的多少,而是由降水产生的动力条件、水汽辐合和其它因素差异决定的。开都河、阿克苏河年径流量的变化与面雨量、夏季0℃层高度、温度有着十分密切的关系,说明20世纪80年代中期以来新疆气候的变化是开都河、阿克苏河径流稳定增加的一个非常重要的因素。总之,本论文使用部分新资料,考虑了海拔高度对降水插值效果的影响,设计了新的空间数据插值方案,得出了新疆区域年平均面雨量、近45年新疆区域面雨量年际变化呈现增多的趋势、新疆高空水汽收支、新疆大气可降水量的时空分布以及新疆主要流域的面雨量等新结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 科学问题与主要研究内容
• 1.3.1 科学问题的提出
• 1.3.2 主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 资料与方法
• 2.1 资料
• 2.1.1 地面资料
• 2.1.2 高空资料
• 2.2 区域的划分
• 2.2.1 面雨量计算区域的划分
• 2.2.2 高空水汽计算区域的划分
• 2.3 插值计算对比
• 2.3.1 方法1:距离平方反比法（inverse distance squared,IDS）
• 2.3.2 方法2:多元回归法
• 2.3.3 方法3:梯度距离平方反比法（Gradient plus inverse distance squared,GIDS）
• 2.4 计算方案的设计
• 2.4.1 面雨量序列的计算方案
• 2.4.2 高空水汽的计算
• 2.4.3 其它计算方法
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 新疆区域面雨量分布特征及其变化规律
• 3.1 引言
• 3.2 EOF及回归方程
• 3.3 拟合误差分析
• 3.4 面雨量年平均分布特征
• 3.5 面雨量年际变化分析
• 3.6 面雨量的季节分布
• 3.7 各季节面雨量的年代变化
• 3.8 周期分析与突变检验
• 3.9 小结
• 参考文献
• 第四章 各分区域面雨量分析
• 4.1 引言
• 4.2 EOF及回归方程
• 4.3 拟合误差分析
• 4.4 各区域面雨量分布特征
• 4.5 各区域面雨量的年际变化
• 4.6 周期分析与突变检验
• 4.7 小结
• 参考文献
• 第五章 主要流域面雨量分析
• 5.1 阿克苏河流域
• 5.1.1 流域概况
• 5.1.2 资料与方法
• 5.1.3 EOF及回归方程
• 5.1.4 拟合误差分析
• 5.1.5 面雨量的变化及其与径流的关系
• 5.2 开都河流域
• 5.2.1 流域概况
• 5.2.2 资料与方法
• 5.2.3 EOF及回归方程
• 5.2.4 拟合误差分析
• 5.2.5 雨量的空间分布及其与径流、湖泊水位的变化的关系
• 5.2.6 径流对气候因子的响应关系
• 5.3 伊犁河流域
• 5.3.1 伊犁河流域概况
• 5.3.2 资料与方法
• 5.3.3 拟合分析
• 5.3.4 流域年降水分布
• 5.3.5 面雨量与径流年际变化
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 新疆水汽输送的气候特征及其变化
• 6.1 引言
• 6.2 资料和方法
• 6.3 新疆年平均水汽输入、输出和收支的气候特征及变化
• 6.3.1 新疆年平均水汽输入、输出和收支的气候特征
• 6.3.2 新疆水汽输入、输出和收支的年际变化
• 6.4 新疆春季水汽输入、输出和收支的气候特征及变化
• 6.4.1 新疆春季水汽输入、输出和收支的气候特征
• 6.4.2 新疆春季水汽输入、输出和收支的年际变化
• 6.5 新疆夏季水汽输入、输出和收支的气候特征及变化
• 6.5.1 新疆夏季水汽输入、输出和收支的气候特征
• 6.5.2 新疆夏季水汽输入、输出和收支的年际变化
• 6.6 新疆秋季水汽输入、输出和收支的气候特征及变化
• 6.6.1 新疆秋季水汽输入、输出和收支的气候特征
• 6.6.2 新疆秋季水汽输入、输出和收支的年际变化
• 6.7 新疆冬季水汽输入、输出和收支的气候特征及变化
• 6.7.1 新疆冬季水汽输入、输出和收支的气候特征
• 6.7.2 新疆冬季水汽输入、输出和收支的年际变化
• 6.8 降水转化率的变化特征
• 6.9 小结
• 参考文献
• 第七章 新疆大气可降水量的气候特征及其变化
• 7.1 引言
• 7.2 资料和方法
• 7.3 春、秋季大气可降水量的气候特征、模态及变化
• 7.4 夏季大气含水量的气候特征、模态及变化
• 7.5 冬季大气可降水量的气候特征、模态及变化
• 7.6 新疆年大气含水量的气候特征及变化
• 7.7 小结
• 参考文献
• 第八章 结论与讨论
• 8.1 本文主要结论
• 8.2 本文的特色和主要创新点
• 8.3 存在的问题与研究展望
• 致谢