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《西北师范大学》 2016年
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气候变化对东北三省气候生产力的影响

薛双奕  
【摘要】:本文基于东北三省地区的1961-2013年水平分辨率为0.5°×0.5°的中国降水、气温格点数据值,利用气候倾向率、线性趋势以及5年滑动平均分析了东北三省近53a来年均气温与年降水量的年际变化特征。运用Mann-Kendall突变检验法对近53a来东北三省的年均气温和降水量的突变特征分析。在此基础上,应用Thornthwaite和Miami模型估算出东北三省的气候生产力值,并对其时空变化的分析研究。接着,再研究东北三省地区年均气温、降水量各与气候生产力的相关性以及模拟气温、降水量发生变化时,气候生产力受其影响变化的敏感性。最后利用SPSS软件,根据年均气温、年降水量值与气候生产力值建立出一个数学统计模型,利用得出的二元一次方程式对东北三省未来的生产力进行预测。主要研究结果为:(1)1961-2013年东北三省不同年代的年、四季以及生长季的平均气温都不相同,但是在整个时间序列上都随年代发展而呈现气温上升的趋势,尤其在90年代后这种增温趋势现象更加显著。近53a来东北三省年、四季以及生长季的气温变化的倾向率都大于零,代表气温变化均呈上升趋势,且都出现多次冷暖波动现象。在0.05的显著水平检测下,东北三省年、夏季、冬季与生长季的平均气温均呈上升趋势且均存在突变点,根据UF曲线来看,在90年代后气温上升明显,尤其21世纪以后气温上升更加显著,进入了一个偏暖的气温状态。从空间上分析,由于受纬度位置的主要影响,年均气温总体由北向南逐渐升高;受海陆位置差异影响,由东北向西南,气温也逐渐升高,但其升温的幅度小于南北升温的幅度。(2)1961-2013年东北三省降水量的年代际变化为:年、夏季以及生长季降水量的变化趋势具有一致性,均呈下降趋势,而春季与秋季降水量呈上升趋势。东北三省近53a来年降水量倾向率为-0.10mm/10a,存在一次上升和一次下降波动现象,四季降水量均呈不一样的变化趋势,在生长季降水量的倾向率为-0.52mm/10a,在1998-2002年间降水量大幅度下降,总体而言,东北三省降水量变化具有明显的阶段性。根据突变结果显示,近53a来东北三省年、夏季、冬季和生长季降水量变化波动较多,UF与UB的相交点均较多,由此说明降水量变化波动较显著。从空间变化分析来看,降水量整体上由南向北逐渐减少,说明纬度位置对降水量变化同样起决定性作用,同时受海陆差异影响降水量由东向西也在逐渐减少,但幅度没有南北减少幅度大。(3)东北三省气候生产力在两种模型的分析下,结果表明:在Miami模型下,年气候生产力与秋季生产力普遍大于Thornthwaite模型下的气候生产力,而在夏季与生长季期间,Miami模型下气候生产力的数值普遍较小。但是在两者模型下,近53a来东北三省的气候生产力整体上呈上升的趋势,在90年代达到最大值,进入21世纪后有一定幅度地减少。Miami模型下气候生产力多年平均值为7654.92kg/(hm~2·a),Thornthwaite模型下的年气候生产力平均值为6919kg/(hm~2·a)。在年气候生产力中,两个模型都在1998年发生最大值,在生长季气候生产力中,两个模型都在2013年发生最大值。从趋势变化结果来看,两个模型下年气候生产力均呈上升趋势,倾向率分别为14.89kg/(hm~2·a)(Miami模型)和9.94kg/(hm~2·a)(Thornthwaite模型)。而在生长季时两个模型的气候生产力均呈下降趋势。在空间变化分析中,两种模型均显示东北三省的气候生产力由南向北逐渐减少,幅度较大;由东向西逐渐减少,但幅度较小。(4)根据两种模型数值与东北三省的实际产量对比结果,表明在1989-2012年间两种模型下的数值均要比实际产量要来的大,但总体上随着时间的推移,两者间的差值有逐渐减少的趋势。其中Thornthwaite模型值比Miami模型值更贴近实际产量,且结合SPSS的相关性分析,发现Thornthwaite模型值更具有准确性。所以最终选用Thornthwaite模型来进一步分析研究。(5)基于Thornthwaite模型下,气候生产力与气温、降水的相关性以及敏感性分析结果表明,气温与气候生产力的相关系数为0.71,而降水量与气候生产力的相关系数为0.59,因此在东北三省气温对气候生产力的影响占主导方向。当气候为“暖湿型”时(气温升高1℃、降水量增加10%),气候生产力增加了7.56%;当气候为“暖干型”时(气温上升1℃、降水量减少10%),气候生产力增加了0.79%;当气候为“冷干型”(气温降低1℃、降水量减少10%),气候生产力减少了7.65%;当气候为“冷湿型”(气温降低1℃、降水量增加10%),气候生产力减少了2.49%。(6)基于Thornthwaite模型下,根据东北三省自变量年均气温、年降水量资料数据与因变量气候生产力值建立的一个二元一次回归方程式,可预测表明,当东北三省的年均气温每升高(或下降)1℃,东北三省其对应的气候生产力则会增加(或减少)310.234kg/(hm~2·a);当东北三省的年降水量每上升(或下降)1mm,东北三省其对应的气候生产力则会增加(或减少)4.048kg/(hm~2·a)。结合本文前面的研究分析结果,年平均气温每10a增温0.032℃,年降水量每10a减少0.1mm,由此可计算预测到,东北三省气候生产力将来每10a可能会增加4193.234kg/(hm~2·a)。
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S162

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