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我國(guó)干旱形成的主要?dú)夂蛱卣骷捌漕A(yù)報(bào)時(shí)效性分析第十組組員:王娟胡迪張署光王天義
陶然母靈馬永杰October24,2011第十組我國(guó)干旱形成的主要?dú)夂蛱卣骷捌漕A(yù)報(bào)時(shí)效性分析主要內(nèi)容我國(guó)干旱的預(yù)測(cè)及其時(shí)效性我國(guó)干旱形成的主要?dú)夂蛱卣魑覈?guó)干旱的時(shí)空分布與變化特征引言:與干旱有關(guān)的定義與概念干旱的定義目前國(guó)內(nèi)外對(duì)干旱的定義還未達(dá)成一致:國(guó)際氣象界一般將干旱定義為“長(zhǎng)時(shí)期缺乏降水或降水明顯短缺”或“降水短缺導(dǎo)致某方面的活動(dòng)缺水”;我國(guó)國(guó)家氣象局認(rèn)為干旱是指因水分的收與支或供與求不平衡而形成的持續(xù)的水分短缺現(xiàn)象;《中華人民共和國(guó)抗旱條例》將干旱災(zāi)害定義為由于降水減少、水工程供水不足引起的用水短缺,并對(duì)生活、生產(chǎn)和生態(tài)造成危害的事件。在自然界,氣象干旱一般有兩種類型:一類是由氣候、海陸分布、地形等相對(duì)穩(wěn)定的因素在某一相對(duì)固定的地區(qū)常年形成的水分短缺現(xiàn)象,稱為干燥或氣候干旱;另一類是由各種氣象因子(如降水、氣溫等)的年際或季節(jié)變化形成的隨機(jī)性異常水分短缺現(xiàn)象,稱為大氣干旱,通常所說(shuō)的干旱常指這類干旱,也稱之氣象干旱。一、引言一、引言干旱的分類干旱的分類有很強(qiáng)的學(xué)科性質(zhì),根據(jù)不同學(xué)科對(duì)干旱的理解,干旱分為四類:氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱。另外有人根據(jù)干旱發(fā)生的頻次,干旱可分為因氣候引起的常年性干旱以及由氣象因子(降水少、氣溫高)引起的季節(jié)性干旱。干旱類型關(guān)系示意圖干旱指數(shù)根據(jù)干旱的不同分類,將干旱指數(shù)分為氣象干旱指數(shù)、農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)、水文干旱指數(shù)。另外,目前利用遙感(RS)技術(shù)建立干旱指數(shù),進(jìn)行大范圍的干旱監(jiān)測(cè)已成趨勢(shì),這類指數(shù)無(wú)論數(shù)據(jù)源還是指數(shù)建立的過(guò)程都不同于傳統(tǒng)意義上的干旱指數(shù),統(tǒng)稱基于遙感的干旱指數(shù)。一、引言一、引言圖1中國(guó)各區(qū)域示意圖圖2全國(guó)年干旱頻率空間分布圖二、我國(guó)干旱時(shí)空分布與變化特征(一)干旱時(shí)空分布從圖2中可以看到:中國(guó)干旱最為頻繁的地區(qū)位于華北中、南部和西南南部,年干旱頻率達(dá)60%以上;其次是東北西部和華南沿海地區(qū),干旱頻率達(dá)50%-60%;西北東部干旱頻率大都在30%-45%;長(zhǎng)江中下游地區(qū)的干旱頻率為10%-20%,是干旱發(fā)生較少的地區(qū)之一。地處干旱區(qū)的西北西部屬于常年干旱區(qū),干燥度(年可能蒸散量與年降水量之比)大于10。二、我國(guó)干旱時(shí)空分布與變化特征(一)干旱時(shí)空分布春季,春季北方少雨雪,干旱為常見(jiàn),華北大部、東北西部干旱發(fā)生頻率最高,達(dá)50%-70%。海南、云南、四川南部也是春旱多發(fā)區(qū),發(fā)生頻率有50%-80%。長(zhǎng)江中下游及其以南的大部分發(fā)區(qū)了生頻率不到20%,為春旱少發(fā)區(qū)。夏季,干旱的多發(fā)區(qū)主要分布在東北西部、華北大部、西北東部及黃淮北部,發(fā)生頻率達(dá)50%-60%。長(zhǎng)江中下游地區(qū)、黃淮南部、東北中部和北部及四川東部等地發(fā)生頻率也較高,有30%-50%。華南、西南及東北地區(qū)東南部為夏旱少發(fā)區(qū),發(fā)生頻率在30%以下。秋季,干旱多發(fā)區(qū)主要分布在東北西南部、華北、黃淮、長(zhǎng)江中下游地區(qū)和華南等地,發(fā)生頻率為40%-60%,全國(guó)其余大部地區(qū)不足40%。冬季是全年降水最少的季節(jié),干旱主要出現(xiàn)在南方。華南、西南為冬旱主要發(fā)生區(qū),華南南部及云南大部發(fā)生頻率達(dá)50%-70%。圖3全國(guó)四季干旱頻率空間分布圖(一)干旱時(shí)空分布東北地區(qū)干旱類型主要是春、夏旱。華北是中國(guó)干旱最嚴(yán)重的地區(qū)之一,干旱主要發(fā)生在4-10月,年干旱頻率最大的月份是4-6月,其次是10月。華北干旱主要是春夏旱和夏秋旱。西北地區(qū)東部干旱主要分布在黃土高原中、西部和甘肅南段。4-10月都有可能發(fā)生干旱,最易發(fā)生的是夏季。西北地區(qū)西部是干旱氣候,該區(qū)年內(nèi)各月的干旱頻率均低于5%。長(zhǎng)江中下游5-12月均可能出現(xiàn)干旱,但主要集中在夏季和秋季,以8-10月出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多,處于“伏旱”。華南干旱主要出現(xiàn)在秋末和冬季及前春。西南干旱季節(jié)性差別大:冬春頻率高、夏秋頻率低。青藏高原的干旱主要發(fā)生在5-7月和10月。圖4
中國(guó)各區(qū)域干旱頻率年內(nèi)變化圖全國(guó)及各區(qū)域干旱的長(zhǎng)期變化特征(二)我國(guó)干旱氣候變化CI指數(shù)數(shù)值越小,干旱越重。中國(guó)干旱較重的時(shí)期主要在20世紀(jì)60年代、70年代后期至80年代前期、80年代中后期以及90年代后期至21世紀(jì)初。其中最為嚴(yán)重的干旱出現(xiàn)在1999年,2001年位居第二。圖5全國(guó)年干旱指數(shù)歷年變化特別值得注意的是,20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初,中國(guó)進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)干旱時(shí)期,干旱持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、程度重。利用《氣象干旱等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(張強(qiáng)等,2006)推薦使用的綜合干旱指標(biāo)CI分析了1951-2006年全國(guó)及各地區(qū)干旱變化特征。根據(jù)Kendall’stau的趨勢(shì)計(jì)算結(jié)果分析,就整體而言,全國(guó)干旱在近56年中有加重的趨勢(shì),趨勢(shì)值為-0.03/10a,通過(guò)了95%置信限的顯著性水平檢驗(yàn)。表1
1951-2006年不同地區(qū)干旱指數(shù)CI變化趨勢(shì)(二)我國(guó)干旱氣候變化(二)我國(guó)干旱氣候變化以全國(guó)CI指數(shù)1951-2006年的歷年標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列做功率譜周期分析,取最大落后步長(zhǎng)m=14,得到序列落后自相關(guān)系數(shù)r(1)=-0.17,則假設(shè)總體譜是白色噪音譜,經(jīng)檢驗(yàn)周期為2.3a,2.5a,和2.8a的周期通過(guò)了95%置信限的檢驗(yàn),因此近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),全國(guó)干旱有2-3a的周期震蕩。干旱持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻率根據(jù)《氣象干旱等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定,統(tǒng)計(jì)了全國(guó)600多個(gè)站點(diǎn)1951-2006年歷年發(fā)生的干旱過(guò)程,以此來(lái)分析干旱的持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻次的變化特征。二、我國(guó)干旱時(shí)空分布與變化特征干旱持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的幾個(gè)中心分別為東北地區(qū)西部、華北中部和云南,最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間一般有4個(gè)月以上。另外,東北中東部、華北大部、黃淮、華南中南部和西南東部部分地區(qū)干旱最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間一般也有3個(gè)月左右。圖6
1951-2006年間干旱過(guò)程最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間(單位:天)二、我國(guó)干旱時(shí)空分布與變化特征統(tǒng)計(jì)表明,對(duì)于東北、華北、黃淮、西北地區(qū)東部、華南及四川盆地等地的大部分地區(qū),在近半個(gè)多世紀(jì)里,最長(zhǎng)的干旱事件大多了生在1980年以后,如圖示。圖7
1951-2006年間最長(zhǎng)干旱出現(xiàn)年代二、我國(guó)干旱時(shí)空分布與變化特征1951-1978年、1979-2006年兩段時(shí)間的年平均干旱日數(shù)之差,表明,東北西部和南部、華北、黃淮、西北地區(qū)東部、華南及云南南部等地的后28年的干旱發(fā)生頻次比前28年頻繁。長(zhǎng)江中下游地區(qū)和西南地區(qū)中南部干旱頻次有所減少。全國(guó)其余大部分地區(qū)干旱頻次沒(méi)有出現(xiàn)明顯的增多或減少的變化。圖8
兩段時(shí)間的年平均干旱日數(shù)之差綜上所述,在1951-2006年中,中國(guó)的干旱總體上有加重的趨勢(shì),特別是20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初的干旱持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、程度重。干旱變化在中國(guó)不同地區(qū)存在著顯著的區(qū)域差異。在東北、華北和西北地區(qū)東部的大部分地區(qū)地區(qū)近50年中持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的干旱事件多發(fā)生在1980年以后的20多年中,而且上述在區(qū)在近20多年來(lái)干旱發(fā)生得更加頻繁了。
中國(guó)的干旱具有頻率高、季節(jié)性強(qiáng)、地域特征明顯的特點(diǎn)。近50多年來(lái),東北西部、華北、西北東部干旱化趨勢(shì)明顯。在這些地區(qū),20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初的嚴(yán)重干旱在近半個(gè)多世紀(jì)中是十分罕見(jiàn)的。干旱化趨勢(shì)明顯的華北、西北東部和東北地區(qū)在近半個(gè)多世紀(jì)區(qū)域增暖也十分顯著。這些結(jié)論與Dai等的研究結(jié)果一致,并支持了他們的論點(diǎn),即20世紀(jì)70年代后期以來(lái),全球變暖的氣候變化不僅帶來(lái)了地表氣溫的升高,還使得一些地區(qū)干旱化趨勢(shì)加劇,干旱威脅加重。二、我國(guó)干旱時(shí)空分布與變化特征中國(guó)干旱化形成與氣候變化背景的關(guān)系作為最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,干旱早在20世紀(jì)30年代就受到關(guān)注(竺可禎,1934)。然而在我國(guó),對(duì)干旱問(wèn)題的系統(tǒng)研究卻始于上個(gè)世紀(jì)80年代中期以后。近年來(lái),增暖對(duì)干旱及干旱化趨勢(shì)發(fā)生和發(fā)展的影響已引起重視,事實(shí)證明,在增暖背景下,單從降水量變化已不足經(jīng)說(shuō)明干旱化的范圍和強(qiáng)度,特別是在降水量減少而溫度升高的氣候背景下,增暖已經(jīng)成為加劇干旱過(guò)程的重要因子之一。所以,對(duì)干旱化的客觀表征需要綜合降水和氣溫變化的共同影響。利用月平均氣溫和月降水資料,計(jì)算兩個(gè)變量1951-2006年的線性變化趨勢(shì)。如下圖。三、我國(guó)干旱形成的主要?dú)夂蛱卣魑覈?guó)干旱化形成與氣候變化背景的關(guān)系圖1951-2006年中國(guó)區(qū)域(a)氣溫(單位:℃/10a)(b)降水(單位:mm/10a)的線性變化趨勢(shì)由圖知:我國(guó)增暖的總體趨勢(shì)是北方大南方小,而東北西部及內(nèi)蒙古東部增溫幅度最大,增溫率達(dá)到0.5,其次是華北西部及新疆西北部整個(gè)北方增溫率變化的分布為東部大西部小,最小區(qū)位于內(nèi)蒙古西部和甘肅西部地區(qū),增溫率在0.1以下。長(zhǎng)江以南大部分地區(qū)也為增溫趨勢(shì),但增溫率在0.2以下。陳隆勛等,1991指出近50年我國(guó)西南地區(qū)是一個(gè)與全球增暖趨勢(shì)相反的地區(qū),但最近研究表明這個(gè)地區(qū)在20世紀(jì)90年代以后轉(zhuǎn)為增溫趨勢(shì)。在降水量變化趨勢(shì)圖上,總的趨勢(shì)為東部減少而西部增加。在100度以東地區(qū),除長(zhǎng)江中下游及江南中部外,大部分地區(qū)降水呈減少趨勢(shì),減少變率最大的區(qū)域在西南、西北東部、華北南部和東北南部,這些地區(qū)連在一起形成一個(gè)西南——東北向的降水減少大變率帶。在北方降水減少的大變率區(qū)域?qū)?yīng)東亞夏季風(fēng)的北部邊緣,這些地區(qū)降水的多少主要決定于夏季降水量的變化,因此,夏季風(fēng)的異常是導(dǎo)致這些地區(qū)降水異常變化的主要原因。對(duì)比還發(fā)現(xiàn),我國(guó)東部大部分降水減少的地區(qū)對(duì)應(yīng)著增暖,而西南部分地區(qū)降水減少對(duì)應(yīng)著低溫時(shí)段。在西南,這種降溫趨勢(shì)對(duì)因降水造成干旱的強(qiáng)度變化起到一定遏制作用,原因是低的溫度不利于蒸散的產(chǎn)生,而蒸散的減小有利于地表水分的保持。我國(guó)干旱化形成與氣候變化背景的關(guān)系地表濕潤(rùn)指數(shù)是用于分析全球和區(qū)域干濕變化的一種干濕指標(biāo),它定義為降水與潛在蒸發(fā)之比,既考慮了降水變化又考慮溫度影響且計(jì)算方便。利用中國(guó)區(qū)域160站降水和氣溫資料計(jì)算了1951-2006年中國(guó)區(qū)域年地表濕潤(rùn)指數(shù)變化空間分布。可以看出,提到的四個(gè)降水減少變率大的地區(qū)是明顯的干旱化趨勢(shì)。另外,內(nèi)蒙古中部、華北北部也表現(xiàn)為顯著的干旱化趨勢(shì),與氣溫的變化趨勢(shì)對(duì)比發(fā)現(xiàn),該地區(qū)正是中國(guó)北方增溫幅度最大的地區(qū),這說(shuō)明氣溫的升高加劇了這個(gè)地區(qū)由于降水減少所造成干旱化的范圍和強(qiáng)度,盡管該地區(qū)降水減少的變率不是很大,但氣溫升高加劇了該地區(qū)的干旱化形成,這種現(xiàn)象同樣發(fā)生在陜北及山西大部分地區(qū),這些地區(qū)恰好位于我國(guó)的半干旱地區(qū),也就是說(shuō)在我國(guó)北方,氣溫的升高加劇了半干旱地區(qū)的干旱化程度,這是增暖影響干旱一個(gè)重要證據(jù)。我國(guó)干旱化形成與氣候變化背景的關(guān)系圖1951-2006年地表濕潤(rùn)指數(shù)的變化趨勢(shì)(MK法)北方干濕變化與太平洋年代際振動(dòng)(PDO)的關(guān)系中國(guó)北方典型區(qū)域干濕變化既存在周期變化,也存在著長(zhǎng)期和變化趨勢(shì)。西北東部、華北和東北地區(qū)都存在著不同程度的干旱化趨勢(shì),這些現(xiàn)象的發(fā)生是降水和溫度變化綜合效應(yīng)的表現(xiàn)。近50年的資料分析說(shuō)明發(fā)現(xiàn),不同位相的太平洋年代際振蕩對(duì)中國(guó)區(qū)域氣溫和降水的影響不同,暖位相對(duì)應(yīng)中國(guó)北方大部分地區(qū)高溫和少雨,冷位相結(jié)果相反。從過(guò)去的研究可知,溫度升高引起并加劇北方許多地區(qū)的干旱化趨勢(shì),由于干濕變化是溫度與降水變化等因素共同作用的結(jié)果,因此干旱化趨勢(shì)的分布既不同于溫度的變化又不與降水變化有差異。盡管過(guò)去的工作已經(jīng)分析了中國(guó)區(qū)域氣候變化與海溫(SST)的年際、年代際變化,但中國(guó)北方干濕變化與這些因素的關(guān)系尚不清楚。由于PDO是年代際變化的強(qiáng)信號(hào).所以。為了探尋兩者之間的聯(lián)系,我們對(duì)年濕潤(rùn)指數(shù)和年P(guān)DO指數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了分析。由圖可以看出.降水和PDO周期相關(guān)的顯著地區(qū)主要分布在35?N和45?N之間,幾個(gè)強(qiáng)的相關(guān)個(gè)心分布在華北、西北東部和天山的南部地區(qū).另外一個(gè)顯著的地區(qū)在西南地區(qū)。在華北和西北東部.年降水和PDO指數(shù)呈顯著的反相關(guān)關(guān)系;而在青藏高原的西部卻呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,年降水和PDO指數(shù)相關(guān)的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是東西部(以100?E為界)相關(guān)系數(shù)反號(hào),其形成原因特有待于進(jìn)一步研究。B圖上年平均溫度與年P(guān)DO指數(shù)在中國(guó)大部分地區(qū)均為正的相關(guān),只有青藏高原的西南部和橫斷山脈及其周圍為負(fù)相關(guān),相關(guān)顯著的地區(qū)分布在東部地區(qū).北方主要在華北和中原地區(qū),南方主要分布在湖南、貴州和廣西的部分地區(qū)。概括起來(lái).PDO暖的位相對(duì)應(yīng)我國(guó)東部高溫少雨,特別是華北和西北東部.這與澳大利亞情情況類似;而青藏高原卻相反,PDO的暖位相對(duì)應(yīng)低溫多雨??梢钥闯觯袊?guó)氣候變化與PDO有密切的關(guān)系,那么內(nèi)此引起的于濕變化與咖的關(guān)系是什么?圖3.8c給出了PDO指數(shù)與中國(guó)區(qū)域年濕潤(rùn)指數(shù)的同期相關(guān)系數(shù)分布。由圖可以看山.年濕潤(rùn)指數(shù)與年P(guān)DO相關(guān)空間分布特征大致相似,只是顯著相關(guān)的范圍明顯增大,特別是在天山以南和西南地區(qū),西南地區(qū)的反相關(guān)和天山以南的正相關(guān)范圍均較A的顯著性相關(guān)范圍大,對(duì)比圖A.B還發(fā)現(xiàn),PDO對(duì)中國(guó)區(qū)域干濕變化的影響遠(yuǎn)大于對(duì)某個(gè)單一的氣候要素的作用,同時(shí)也說(shuō)明了溫度變化對(duì)干濕變化的影響。這些結(jié)果啟發(fā)人們可以利用兩者的密切相關(guān)關(guān)系進(jìn)行我國(guó)北方地區(qū)干旱變化的預(yù)測(cè)。PDO可以作為一個(gè)預(yù)報(bào)干濕變化的指標(biāo)。北方干濕變化與太平洋年代際振動(dòng)(PDO)的關(guān)系我國(guó)西北干旱半干旱區(qū)干旱形成的主要?dú)夂蛱卣鳂O端干旱區(qū)年蒸發(fā)能力為1800mm以上,干旱區(qū)為1400-1800mm,半干旱區(qū)也達(dá)1100-1400mm。取年降水量與最大可能蒸散量之比為干燥度指數(shù)。其中,干旱與半干旱區(qū)的干燥指數(shù)均為0.5以下,極端干旱區(qū)不足0.03。干旱和半干旱區(qū)自內(nèi)蒙古向西伸展約占全國(guó)總面積的42%,主要位于西北地區(qū)。地形對(duì)西北干旱區(qū)氣候的影響新疆、甘肅河西地區(qū)、青海柴達(dá)木盆地、內(nèi)蒙古和寧夏兩區(qū)中、西部地區(qū)習(xí)慣稱為西北干旱區(qū)。西北地區(qū)深居內(nèi)陸,距離海洋遠(yuǎn)是干旱氣候形成的主要原因。青藏高原隆起是西北干旱氣候形成的另一主要原因,對(duì)干旱區(qū)形成的地理位置及干旱的強(qiáng)度有重要作用:直接阻擋了西南暖濕季風(fēng)氣流的北進(jìn),切斷了主要的水汽來(lái)源;高原為強(qiáng)大的熱源和有組織的上升運(yùn)動(dòng),作為補(bǔ)償?shù)母咴闹芟鲁翚饬鞯囊徊糠?,在西北地區(qū)上空,始終存在著有組織的下沉氣流,這是西北干旱氣候形成的大尺度環(huán)流背景;西風(fēng)氣流在高原北側(cè)繞流時(shí)形成的高壓脊和反氣旋輻散環(huán)流,加強(qiáng)了西北地區(qū)的下沉氣流。高原地形的動(dòng)力作用除了造成高原西、北側(cè)的平均下沉帶外,還阻隔了南來(lái)的水汽,強(qiáng)迫西風(fēng)氣流分支繞流,形成高原北側(cè)全年盛行的反氣旋性輻散帶,既進(jìn)一步加強(qiáng)了高原北側(cè)的下沉運(yùn)動(dòng),也使氣柱中本來(lái)就稀少的水汽易輻散掉,難以在當(dāng)形成降雨。我國(guó)西北干旱半干旱區(qū)干旱形成的主要?dú)夂蛱卣鬟h(yuǎn)離海洋和高原地形造成了西北干旱氣候的背景,而特定的大氣環(huán)型控制是西北干旱氣候維持的直接原因。大氣環(huán)的平均狀況及其變率影響制約著西北地區(qū)的天氣氣候,尤其是旱澇氣候。在各季的干旱中,以冬春旱和夏旱發(fā)生的機(jī)會(huì)最多。西北地區(qū)的干旱季比較長(zhǎng),10月至次年5月基本上都受冬季型環(huán)流影響,氣候特點(diǎn)是寒冷、干燥、降水少。西北地區(qū)冬季環(huán)流特征:東亞高空大氣環(huán)流盛行大槽大脊活動(dòng),其最常見(jiàn)的環(huán)流形勢(shì)是新疆西北部維持一高壓脊,沿海維持一大低壓槽,西北地區(qū)處在這兩大系統(tǒng)之間,受西北氣流控制。地面上常為從西伯利亞?wèn)|南下的冷高壓所控制.天氣晴朗寒冷、干旱少雨。西北地區(qū)春季環(huán)流特征:大氣低層增溫迅速.環(huán)流型表現(xiàn)為大陸高壓與低壓兩大活動(dòng)中心,而高空環(huán)流基本上仍是冬季環(huán)流形勢(shì).多移動(dòng)性槽脊,相應(yīng)的地面冷空氣活動(dòng)頻繁.強(qiáng)度大。西北地區(qū)上空仍受西風(fēng)帶影響和西北氣流控制,或處在高壓脊之內(nèi),上述高空環(huán)流形勢(shì)與地面形勢(shì)的配合,形成了西北地區(qū)春季降水少、地面回暖快、風(fēng)速大、蒸發(fā)力強(qiáng)的春季干旱氣候。我國(guó)西北干旱半干旱區(qū)干旱發(fā)生的大氣環(huán)流背景西北地區(qū)夏季環(huán)流特征:初夏高空大陸副熱帶高壓活動(dòng)頻繁.南支波動(dòng)因之不活躍,此時(shí)為相對(duì)少雨的干旱時(shí)期。在500hPa高空,貝加爾湖西部的槽區(qū)常年維持一個(gè)高壓脊,脊前的冷平流不斷輸送到西北地區(qū),西北地區(qū)上空為單一的西北氣流控制.冷空氣活動(dòng)比較頻繁,西南氣流相應(yīng)較弱,影響中緯度上空西風(fēng)槽的建立和穩(wěn)定。另外.常年鄂霍次克海的高壓脊有時(shí)也被低壓槽所代替,對(duì)西太平洋副熱帶高壓的北抬和加強(qiáng)有一定的抑制作用,造成干早少雨的天氣。當(dāng)副高加強(qiáng)到相當(dāng)強(qiáng)時(shí),西北地區(qū)東部因副高控制出現(xiàn)少雨干旱天氣。麗且在副高較弱的年份,又因南交波動(dòng)主要影響偏南地區(qū).西北地區(qū)東部因此缺少水汽來(lái)源,造成少雨干旱。由此可見(jiàn).即使在多雨的夏季.西北地區(qū)也可能經(jīng)常出現(xiàn)干旱。西北地區(qū)秋季環(huán)流特征:盛夏過(guò)后,西太平洋副熱帶高壓開(kāi)始減弱,北支西風(fēng)帶鋒區(qū)又開(kāi)始南移影響西北地區(qū),地面冷空氣的強(qiáng)度也逐漸加強(qiáng),秋季西北地區(qū)東部往往處于西太平洋副熱帶高壓的北緣平直西風(fēng)環(huán)流中,此時(shí)高空鋒區(qū)??稍谖鞅钡貐^(qū)東部上空維持一段時(shí)間、造成初秋連陰雨天氣。在10月后往往有一次強(qiáng)的極地冷空氣向南爆發(fā).導(dǎo)致大氣環(huán)流形勢(shì)的劇變,西太平洋副熱帶高壓,從此南退出海、西風(fēng)帶環(huán)流經(jīng)向度顯著加大.從此將轉(zhuǎn)入盛行的冬季環(huán)流形勢(shì),大槽大脊活動(dòng),降水顯著減少,出現(xiàn)少雨干旱天氣。青藏高原地形的熱力、動(dòng)力作用、遠(yuǎn)離海洋和大氣環(huán)流是形成西北干旱氣候的多個(gè)因子,它們通過(guò)影響垂直運(yùn)動(dòng)和水汽狀況而影響西北降水氣候。我國(guó)西北干旱半干旱區(qū)干旱發(fā)生的大氣環(huán)流背景國(guó)外最先進(jìn)預(yù)報(bào)技術(shù)和準(zhǔn)確性——美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)NASA戈達(dá)德空間飛行研究中心的氣象科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種利用土壤濕度變化提前數(shù)月預(yù)測(cè)干旱的新方法。首先利用安置在陸地上的“熱點(diǎn)”傳感器來(lái)探測(cè)土壤濕度,然后通過(guò)分析土壤濕度的變化可以預(yù)測(cè)是否將有干旱或洪水的來(lái)臨。工作原理:從土壤中蒸發(fā)的水是生成云與雨的重要來(lái)源,土壤越干燥,干旱的可能性就越大,反之發(fā)生洪水的可能性就越大。這一現(xiàn)象在撒哈拉沙漠南端、印度北部以及北美大平原最敏感,是預(yù)測(cè)干旱與洪水的最好的試驗(yàn)區(qū)。與目前使用的干旱和洪水預(yù)測(cè)方法相比,NASA的新方法可將預(yù)測(cè)工作提前幾個(gè)月的時(shí)間,而且不受大氣預(yù)測(cè)的影響。到目前為止,提前10天的時(shí)間來(lái)預(yù)測(cè)干旱和洪水均是不可能的事。新方法將有助于人類有效防御干旱和洪水等的災(zāi)害。四、干旱預(yù)測(cè)及其時(shí)效性
四、干旱預(yù)測(cè)及其時(shí)效性1、均生函數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)西北地區(qū)東部夏季降水量場(chǎng)進(jìn)行EOF展開(kāi),取前10個(gè)特征向量場(chǎng),用相應(yīng)的時(shí)間系數(shù)建立均生函數(shù)預(yù)報(bào)模型,在1961—1990年的各時(shí)間系數(shù)擬合的基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)1991年至1996年的時(shí)間系數(shù),最后用計(jì)算出的前10個(gè)時(shí)間系數(shù)與前10個(gè)特征向量場(chǎng)合成,得到擬合和預(yù)報(bào)的降水量場(chǎng)(張存杰等,1999)均生函數(shù)EOF模型擬合和預(yù)報(bào)的西北東部夏季降水量場(chǎng),用均方根誤差、距平相關(guān)系數(shù)和趨勢(shì)一致率等檢驗(yàn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率表明,均生函數(shù)EOP模型對(duì)196l-1990年夏季降水量場(chǎng)的模擬效果較好,距平相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.76,正負(fù)趨勢(shì)準(zhǔn)確率也接近80%。獨(dú)立預(yù)測(cè)效果除1991年較好外。其余年份相關(guān)系數(shù)較差,正負(fù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)效果也一般。這說(shuō)明,單獨(dú)依靠西北地區(qū)東部夏季降水量場(chǎng)自身演變的周期性不能很好地預(yù)測(cè)干旱趨勢(shì),需要考慮影響西北降水量變化的因子。(一)統(tǒng)計(jì)方法2、多元回歸EOF預(yù)測(cè)模型由于影響降水量變化的因素很多,氣候系統(tǒng)的五大圈層(大氣圈、水圈、冰雪因、巖石圈、生物圈)甚至人類活動(dòng)都可能影響降水量的變化。因此,必須考慮到影響因子的多元性。多元回歸EOF模型就是取前幾個(gè)降水的EOF展開(kāi)場(chǎng)的時(shí)間系數(shù),篩選與各個(gè)時(shí)間系數(shù)高相關(guān)的影響因子,建立逐步回歸項(xiàng)報(bào)方程,預(yù)報(bào)時(shí)間系數(shù),最后將幾個(gè)特征向量場(chǎng)合成,得到降水場(chǎng)的預(yù)報(bào)。影確因子所處時(shí)段為前一年1月至當(dāng)年2月(張存杰等,1999)。第一時(shí)間系數(shù)與大氣環(huán)流和海溫、第二時(shí)間系數(shù)與極渦、第三時(shí)間系數(shù)與降水場(chǎng)本身相關(guān)性較好.用逐步回歸法對(duì)前10個(gè)時(shí)間系數(shù)都建立了預(yù)報(bào)方程.對(duì)1961—1990年進(jìn)行回報(bào)擬合,對(duì)1991—1996年進(jìn)行預(yù)報(bào)試驗(yàn)。將回報(bào)和預(yù)報(bào)的時(shí)間系數(shù)與特征向量場(chǎng)進(jìn)行合成.得到回報(bào)和預(yù)報(bào)的降水量場(chǎng)。多元回歸EOF模型預(yù)報(bào)的西北地區(qū)東部夏季降水,用均方差、距平相關(guān)系數(shù)和趨勢(shì)一致率等檢驗(yàn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確串表明,多元回歸EOF模型回報(bào)準(zhǔn)確率和須報(bào)準(zhǔn)確率比均生函數(shù)模型均有所提高,特別是預(yù)報(bào)的距平相關(guān)系數(shù)平均達(dá)0.47,正負(fù)趨勢(shì)一致卒達(dá)70%。這說(shuō)明多元回歸EOF模型對(duì)西北地區(qū)東部夏季降水量變化趨勢(shì)有一定的預(yù)報(bào)能力,項(xiàng)報(bào)效果也較好。(一)統(tǒng)計(jì)方法
(一)統(tǒng)計(jì)方法(一)統(tǒng)計(jì)方法從近4年預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,空間平均相關(guān)系數(shù)(ACC)反映出.整體上冬春季預(yù)測(cè)效果好于春夏季,9月最好,平均相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.37,而7月最差,平均相關(guān)系數(shù)接近0。而表4.8的逐年預(yù)測(cè)檢驗(yàn)情況顯示出,2001—2002年預(yù)測(cè)效果略好于2003—2004年,6—7月總體效果較差,12月次之。1、典型相關(guān)(CCA)模型
利用典型相關(guān)模型來(lái)建立動(dòng)力氣候模式7月份500hPa環(huán)流預(yù)報(bào)場(chǎng)與西北地區(qū)東部7月份降水量場(chǎng)之間的預(yù)報(bào)模型。步驟如下(張存杰等,1999):(a)對(duì)1961——I990年7月的東亞區(qū)域(50。一14012,20。一650N)的500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和西北地區(qū)東部30個(gè)代表站的降水場(chǎng)分別進(jìn)行聊分析.取前幾個(gè)時(shí)間系數(shù)進(jìn)行ccA分歷(高度場(chǎng)和降水場(chǎng)的累計(jì)方差超過(guò)80%)。(b)利用CCA方法建立1961一1990年期間高度場(chǎng)時(shí)間系數(shù)和降水場(chǎng)的時(shí)間系數(shù)之間的回歸方程。(c)利用19N年至1Z996年7月份500hPa高度場(chǎng)資料,問(wèn)系數(shù)。(d)用已建立的回歸方程.計(jì)算相應(yīng)的降水場(chǎng)時(shí)間系數(shù)。(e)合成防水場(chǎng),得到最終降水量預(yù)報(bào)場(chǎng)。(二)動(dòng)力產(chǎn)品解釋應(yīng)用方
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