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中国区域性气象干旱事件的模拟和预估

赵一磊  
【摘要】:本文改进了一个基于有效降水的干旱指数,得到新指数IWAP。在此基础之上,结合CMIP5(耦合模式比较计划第五阶段)加拿大中心的CanESM2模式输出数据模拟我国570个台站日降水量,计算了干旱指数IWAP序列。此外,利用区域持续性事件客观识别法模拟中国区域性气象干旱事件的发生发展,并通过与气象干旱事件的观测事实进行对比分析,评估CanESM2模拟能力。最后,预估了未来近100年中国区域性气象干旱事件的发生发展。主要结论包括: (1)通过以下两个步骤对有效降水指数WAP做了改进:重新确定WAP指数中的两个参数和去除区域性和季节性差异,发展了改进的WAP指数,即IWAP。与国家气候中心业务使用的Ci干旱指数比较结果显示:在全国大部地区特别是中东部地区,IWAP指数与Ci指数具有良好的相关性;IWAP指数对区域性气象干旱事件的识别在起止时间、影响范围和干旱中心等方面均与Ci指数十分吻合;在干旱过程演变的判别效果上,IWAP指数表现出良好的稳定性,而Ci指数和Pa指数可能由于自身算法中的因素影响容易出现不合理的波动乃至中断现象;IWAP指数适用的局限性主要存在于以下地区:年平均降水量小于300mm的西北地区大部至内蒙古西部这些常年干旱地区和青藏高原大部地区。 (2)利用CanESM2资料模拟我国当前干旱指数,发现全国模拟干旱指数与观测有比较好的正相关关系,全国范围相关系数都超过了0.5,仅在四川地区相关系数相对较小;从西北内陆到东南沿海,均方根误差逐渐减小,中部到东部地区为误差最小;1961-2005年,模拟区域性气象干旱事件年频次呈微弱的减少趋势(-0.2次/10年),与实况微弱的上升趋势(0.2次/10年)有所不同,但两者的量级均很小;开始月模拟和实况较为一致的显示,区域性气象干旱事件主要开始于2-6月份,结束月实况最多结束在6月,最少在11月,而模拟最多结束在4月,较实况提前2个月;极端强度、累积影响面积、最大影响面积和综合强度模拟的趋势与实况均无明显上升或下降趋势,累积强度和持续时间模拟的趋势与实况均呈上升趋势,但不显著,表明区域性气象干旱事件累积强度减弱,而持续天数变长。累积发生频次和累积强度模拟的空间分布型与实况一致,但是发生频次高值范围较实况更大。 (3)分析CanESM2预估未来近100年中国区域性气象干旱事件的发生发展情况,发现预估阶段(2006-2099年)年平均IWAP指数呈现下降趋势,干旱化加重;内蒙东部到山西再到贵州一线的中部地区、华北地区和长江中下游地区为干旱日数低值区,高值区为东北地区东部、东南沿海地区和西南地区西部;从冬到夏,干旱总日数逐渐增加,到秋季开始减少,全年四季西南地区和东南沿海地区维持干旱中心由弱到强再到弱;区域性气象干旱事件最多开始于3-6月,10-12月为全年最少,最多结束月为3-6月,最少结束月也为10-12月,而其年频次有明显的减少趋势;最大影响面积和持续时间呈减小趋势,极端强度呈减弱趋势,而干旱事件的累积强度有增强的趋势,累积影响面积和综合强度均呈上升趋势,表明未来区域性气象干旱事件对于单个站点的极端强度减弱,最大影响面积减小,同时持续时间变短,但是综合强度增强,累积强度加重,累积影响面积扩大,总体上干旱加重;累积发生频次高值区为东北地区东部、渤海地区、东南地区和青藏高原东部到云南地区,华西地区为弱高值区。华北地区、中部地区到贵州地区一线,为发生频次低值区。区域性气象干旱事件的累积发生频次空间分布与累积强度分布有很好的对应关系;累积强度的空间分布与模拟阶段有相同点也有不同点,预估阶段前20年(2016-2035年)、中20年(2046-2065年)和后20年(2080-2099年)区域性气象干旱事件累积强度的空间分布特征不尽相同,前20年极大值中心位于东南沿海地区,中20年位于青藏高原东部到云南地区,后20年位于环渤海地区,且华西地区成为弱高值中心。


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