【摘要】：夏季風影響過渡區(qū)大部分地區(qū)位于氣候過渡帶的半干旱區(qū),既是典型的生態(tài)過渡區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱帶,也是我國氣象干旱和水土流失最為嚴重的區(qū)域。相比于夏季風區(qū)和非夏季風區(qū),該區(qū)域是冷干與暖濕氣團的頻繁交匯區(qū),氣候的動態(tài)性最明顯。該地區(qū)不僅氣候的波動幅度和空間變率大,也是天氣系統(tǒng)博弈的氣候關鍵區(qū),特別值得科學界重點關注。東亞夏季風的活動包括其強度、北推至最北的位置以及持續(xù)時間,東亞夏季風的活動對夏季風影響過渡區(qū)氣候變化具有十分重要的影響,但是以往研究多集中于夏季風強度變化對該區(qū)域的影響,而關于夏季風最北邊緣位置以及持續(xù)時間對該區(qū)域影響的研究不夠深入,尤其夏季風持續(xù)時間的影響研究十分罕見。因此關于夏季風最北邊緣位置以及持續(xù)時間對夏季風影響過渡區(qū)氣候變化的影響是十分值得研究的科學問題。本文首先研究了東亞夏季風活動的上述三個方面之間的聯(lián)系和差別,其次以夏季風影響過渡區(qū)為研究對象,研究了夏季風活動的三個方面對該區(qū)域氣候干燥度和氣象干旱特征變化的影響,最后在以上研究的基礎上進一步探究了該區(qū)域氣候干燥度和氣象干旱變化的差異性。主要得到以下結(jié)論:(1)東亞夏季風活動的強度、影響范圍、夏季風持續(xù)時間不完全成正比。季風活動包括其強度、最北邊緣位置、夏季風持續(xù)時間三個方面,以往尤其以夏季風強度的定量指標最為豐富,但是對夏季風持續(xù)時間的定量描述指標罕見。本文構建了夏季風持續(xù)時間指數(shù),同時從動力和熱力角度選擇了三個夏季風強度指數(shù),一個夏季風最北邊緣指數(shù)。將這三類指數(shù)進行不同時間尺度上的對比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)3類指數(shù)在年際、年代際和長期趨勢變化不盡相同,其中長期和年代際變化上基本能夠表現(xiàn)出較好的一致性,即都表現(xiàn)出1961-2013年期間夏季風活動減弱和類似的年代際波動情況;但是在年際尺度上,三類指數(shù)差別很大。這說明夏季風活動的強度、最北邊緣位置以及持續(xù)時間三者確實存在差異,尤其今后在年際尺度的研究中,不能認為夏季風越強,夏季風最北邊緣就越北,同時持續(xù)時間越長。(2)夏季風影響過渡區(qū)氣候干燥度(氣象干旱)對夏季風活動的強度、最北邊緣和持續(xù)時間變化在年際尺度上的響應差異十分明顯。研究發(fā)現(xiàn)氣候干燥度(及氣象干旱)的對夏季風強度、最北邊緣及持續(xù)時間的響應在年代際尺度和長期趨勢一致,顯示氣候干燥度增大(氣象干旱頻發(fā))的同時,夏季風活強度減弱、最北邊緣南退、持續(xù)時間減小。但是在年際時間尺度上,整個夏季風影響過渡區(qū)域氣候干燥度(及氣象干旱)的變化僅對夏季風持續(xù)時間的響應最顯著,對夏季風強度基本沒有響應。從指數(shù)方面看,MSM指數(shù)(夏季風最北邊緣指數(shù))與IAI指數(shù)(氣候干燥度指數(shù))及SPEI指數(shù)(氣象干旱指數(shù))的相關系數(shù)絕對值分別在0.15~0.46和0.15~0.35,本文首次定義的MDN指數(shù)(夏季風持續(xù)時間指數(shù))則對整個夏季風影響過渡區(qū)的氣候干燥度(及氣象干旱)的描述得到了很大提高,MDN指數(shù)(夏季風持續(xù)時間指數(shù))與IAI指數(shù)(氣候干燥度指數(shù))及SPEI指數(shù)(氣象干旱指數(shù))的相關系數(shù)絕對值分別在0.46~0.65和0.4~0.55。說明夏季風影響過渡區(qū)年氣候干燥度(及氣象干旱)對夏季風活動的持續(xù)時間響應十分顯著,今后對夏季風影響過渡區(qū)的氣候變化的研究中,僅考慮夏季風活動的強度或缺乏一定的合理性,應注重夏季風最北邊緣及持續(xù)時間對該區(qū)域氣候的影響。同時也說明,本文構建的夏季風持續(xù)時間指數(shù)能夠更好的描述夏季風影響過渡區(qū)氣候變化。(3)夏季風影響過渡區(qū)氣候干燥度(及氣象干旱)變化對夏季風持續(xù)時間對的響應存在區(qū)域差異,其中中西部的響應更為相似和顯著,東部區(qū)域的響應則更為獨立并且較弱。這是因為夏季風持續(xù)時間對實際降水的調(diào)控和西南風所攜帶的水汽通量的影響存在區(qū)域差異。首先從夏季風持續(xù)時間對夏季風影響過渡區(qū)實際降水調(diào)控作用來看,夏季風持續(xù)時間與中西部實際降水的相關系數(shù)為0.63,而與東部相關系數(shù)為0.53,可見夏季風持續(xù)時間對中西部調(diào)控作用明顯大于東部區(qū)域。其次從水汽通量輸送來看,異常年份,夏季風環(huán)流系統(tǒng)調(diào)控下的水汽輸送特征在夏季風影響過渡區(qū)東部和西部的基本呈現(xiàn)相反的形式。我國東部和西太平洋出現(xiàn)異常的反氣旋水汽輸送,且該反氣旋位置異常偏西偏強,夏季風影響過渡區(qū)西部區(qū)域容易出現(xiàn)異常的西南水汽輸送,伴隨出現(xiàn)該區(qū)域異常偏濕的情況,反之出現(xiàn)異常偏干。我國東部和西太平洋出現(xiàn)異常的氣旋水汽輸送,且該氣旋位置異常偏北偏強,夏季風影響過渡區(qū)東部區(qū)域容易出現(xiàn)異常的偏東南或者偏東北的水汽輸送,若異常的反氣旋輸送處于異常偏強和偏弱的中間,伴隨該區(qū)域出現(xiàn)偏濕的情況,反之出現(xiàn)異常偏干�？梢娔軌蚪o夏季風影響過渡區(qū)東西部區(qū)域帶來大量水汽輸送的主要系統(tǒng)不同,西部區(qū)域主要受異常反氣旋輸送系統(tǒng)影響(西南向水汽輸送),而東部區(qū)域主要受異常氣旋輸送系統(tǒng)影響(東南或者東北向水汽輸送)。由于本文定義的夏季風持續(xù)時間指數(shù)基于西南風,因此夏季風影響過渡區(qū)的中部和西部氣候干燥度和氣象干旱的變化對本文定義的西南夏季風持續(xù)時間指數(shù)的響應在中西部地區(qū)更為顯著,東部區(qū)域較弱。(4)以上結(jié)果發(fā)現(xiàn)夏季風最北邊緣及持續(xù)時間對夏季風影響過渡區(qū)氣候干燥度和氣象干旱的影響也存在差異,即對氣候干燥度的影響比對氣象干旱的影響更為顯著,結(jié)合前人研究基礎,發(fā)現(xiàn)這是因為氣候干燥度和氣象干旱本身存在差異,因此研究了夏季風影響過渡區(qū)這一特殊區(qū)域氣候干燥度和氣象干旱變化的關系及存在差異的原因。結(jié)果表明,兩者的差異主要集中在小于6個月的短時間尺度上,尤其在夏季風影響過渡區(qū),這種差異性表現(xiàn)的比夏季風區(qū)和非夏季風區(qū)都要顯著。因此,在今后夏季風影響過渡區(qū)的短時間氣象干旱監(jiān)測中,采用氣候干燥度指數(shù)作為氣象干旱監(jiān)測指數(shù)不一定合理。造成這種差異性的是因為氣候干燥度和氣象干旱物理意義本身存在差異,并且氣象要素對兩者的調(diào)控作用存在差異。在物理意義方面,氣候干燥度代表氣候干濕背景,其變化多在長時間尺度上,在短時間尺度上變化不大,而氣象干旱則為氣候事件,在短時間內(nèi)變化較為頻繁。氣象要素調(diào)控氣候干燥度和氣象干旱變化方面,在夏季風影響過渡區(qū),影響干燥度的氣象要素從主到次依次為降水、相對濕度、氣溫、風速,與非夏季風區(qū)類似;而影響氣象干旱的氣象要素從主到次依次為相對濕度、降水、風速、氣溫,與夏季風區(qū)類似,可見主導因子順序不同。氣候干燥度和氣象干旱差異在夏季風影響過渡區(qū)最大,與該區(qū)域氣候背景密不可分,首先氣象干旱事件的頻繁發(fā)生必定會導致氣候更為干燥,這一特點與夏季風區(qū)類似,同時若該區(qū)域某一年份降水異常偏少,年內(nèi)氣候干燥程度偏干甚至接近1,其氣象干旱的發(fā)生與氣候干燥度的關系則會更類似非夏季風區(qū),這造就了該區(qū)域IAI與SPEI指數(shù)更加不確定并且復雜多變的關系,使得兩者在該區(qū)域差異最大�？梢�,夏季風影響過渡區(qū)氣候干燥度和氣象干旱變化具有復雜性和特殊性。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P461

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本文編號：2713470