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《新疆大学》 2017年
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全球变暖背景下1960-2014年中国降水时空变化特征

宋世凯  
【摘要】:降水是水循环过程中最基本的环节,是地表径流的本源,也是地下水的主要补给来源,降水在时空分布上的不均匀是引起洪涝和旱灾的直接原因。降水的过程伴随着能量的转换过程,雨滴的凝结是吸热过程,而地表降水的蒸发又是散热过程。总之,降水是连接天气、气候和水循环等方面的关键物理过程,也是生态系统清洁水的最终来源,是关系到国计民生的重要气象要素之一。中国降水量的分布极不均匀,且洪涝干旱灾害频发。IPCC第五次评估报告指出,近百年来全球气候变暖毋庸置疑,气温升高使得大气中水汽增多,水循环加快,极端降水事件增加,在此背景下,开展中国降水变化趋势的研究,有助于理解中国降水变化的特征和机制,并对提高相应地区水资源管理和调控能力,对洪涝干旱的防灾减灾具有借鉴意义。本文以中国大陆为研究区,并划分了西部、北方、青藏和南方四个区域,以国家气象局发布的气象站台逐日降水观测数据为主要研究数据,采用自定义和国家气象局的通用标准分别将降水划分为小、中和大雨。本文重点分析了在气候变暖背景下1960-2014年间不同强度降水的时空变化趋势和特征,最后通过综合比较,总结出了降水的时空变化规律,并深入探究了影响小雨降水频率的因素以及大雨(极端降水)与局地气温的关系,比较了不同强度降水与总降水量的相关性,量化了不同强度降水量、频率和强度在总降水变化中的贡献,以及不同强度降水频率和强度在降水量变化中贡献,展示了小雨和大雨降水量在总降水量中比例的变化特征,分析了降水量变化与地形的关系,本文的主要结论如下:(1)1960-2014年间,总降水、小、中和大雨的降水量、频率和强度的空间分布和时空变化趋势因地而异,区域性差异明显。全国平均降水量没有表现出显著变化趋势,降水频率显著减少而强度显著增强,且强降水事件明显增多,而小雨降水事件显著减少。(2)小雨降水频率减少量在总降水频率的减少趋势中起主要作用,而且,小雨降水频率的减少是整个中国小雨降水量减少的主要原因。低空大气的气温和比湿和夏半年小雨降水频率的减少有着密切关系。气温的升高被认为是对整个中国小雨降水频率有减少作用,而比湿变化的地域性差异决定了小雨降水频率变化的地域性差异,这也导致了在中国西部地区小雨降水频率呈显著增加趋势,而在东部地区呈显著减少趋势。(3)只有南方地区的大雨降水量、频率和强度均呈显著增加和增强趋势,而且局地气温的升高对大雨(极端降水)降水有一定的增强作用,包括降水量、频率和强度三个方面,而且,大雨阈值越高,气温的增强作用越明显,在其他地区没有发现该特征。(4)在全国和区域尺度上,总降水量的增加趋势中,大雨降水量的增加量最大,起主要作用;总降水频率的减少趋势中,小雨降水频率的减少量最大,起主要作用。同时,降水量和频率有从小雨、中雨转移到大雨的趋势,并且,小雨的降水量在总降水量中所占比例显著减少,而大雨的降水量在总降水量中所占比例显著增大。(5)降水频率和强度的变化均对降水量的变化起作用,在中国以及各区域中,降水频率的变化在总降水、小、中和大雨降水量的变化均起主要作用。(6)关于降水量与海拔的关系,在西北地区,年均降水量、频率和强度均随着海拔的升高而逐渐增大,而且大雨变化量在总降水量变化量中的比例随着海拔的升高而增加。
【关键词】:气候变暖 中国 小雨 极端降水 时空变化
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P426.6
【目录】:
  • 摘要2-4
  • Abstract4-10
  • 第一章 绪论10-24
  • 1.1 研究背景和意义10-12
  • 1.2 国内外研究进展12-20
  • 1.2.1 全球降水变化12-14
  • 1.2.2 中国的降水变化14-20
  • 1.3 科学问题20-21
  • 1.4 研究内容21
  • 1.5 技术路线21-24
  • 第二章 研究区、数据和方法24-36
  • 2.1 研究区24-26
  • 2.2 研究数据26-28
  • 2.3 研究方法28-36
  • 2.3.1 降水强度等级划分28-31
  • 2.3.2 降水强度和频率在降水量变化中的贡献分解31-32
  • 2.3.3 空间插值32-33
  • 2.3.4 趋势分析33-36
  • 第三章 小雨的时空变化特征36-64
  • 3.1 引言36
  • 3.2 研究数据36-38
  • 3.3 研究方法38-40
  • 3.4 小雨的时空变化趋势40-47
  • 3.4.1 小雨降水量的时空变化趋势40-42
  • 3.4.2 小雨降水频率的时空变化趋势42-45
  • 3.4.3 小雨降水强度的时空变化趋势45-47
  • 3.5 小雨降水的时空变化特征47-53
  • 3.5.1 小雨变化趋势与年均降水量的相关性47-49
  • 3.5.2 降水频率和强度在小雨降水量变化中的贡献49-53
  • 3.6 影响小雨变化的因素分析53-62
  • 3.6.1 夏半年小雨降水频率的时空变化趋势53-55
  • 3.6.2 小雨降水频率与低空大气相对湿度的关系55-57
  • 3.6.3 低空大气的气温和比湿的时空变化特征57-58
  • 3.6.4 低空大气的气温和比湿的变化在相对湿度变化中起的贡献58-61
  • 3.6.5 讨论与结论61-62
  • 3.7 小结62-64
  • 第四章 中雨的时空变化特征64-70
  • 4.1 中雨降水的时空变化趋势64-66
  • 4.2 中雨降水的时空变化特征66-68
  • 4.2.1 中雨变化趋势与年均降水量的相关性66
  • 4.2.2 降水频率和强度在中雨降水量变化中的贡献66-68
  • 4.3 小结68-70
  • 第五章 大雨(极端降水)的时空变化特征70-96
  • 5.1 引言70-71
  • 5.2 大雨(极端降水)的时空变化趋势71-84
  • 5.2.1 大雨(极端降水)降水量的时空变化趋势71-75
  • 5.2.2 大雨(极端降水)降水频率的时空变化趋势75-79
  • 5.2.3 大雨(极端降水)降水强度的时空变化趋势79-84
  • 5.3 大雨(极端降水)降水的时空变化特征84-91
  • 5.3.1 大雨(极端降水)变化趋势与年均降水量的相关性84-86
  • 5.3.2 降水频率和强度在大雨(极端降水)降水量变化中的贡献86-91
  • 5.4 大雨(极端降水)变化与局地气温的关系91-95
  • 5.4.1 气温的时空变化趋势91-92
  • 5.4.2 大雨(极端降水)与局地气温的相关性92-93
  • 5.4.3 讨论93-95
  • 5.5 小结95-96
  • 第六章 总降水的时空变化特征96-122
  • 6.1 总降水的空间分布及时空变化趋势96-103
  • 6.2 不同强度降水对总降水变化的贡献103-109
  • 6.2.1 不同强度降水对总降水量的贡献103-105
  • 6.2.2 不同强度降水对总降水频率的贡献105-107
  • 6.2.3 不同强度降水对总降水强度的贡献107-109
  • 6.3 小雨和大雨降水量在总降水量中比例的时空变化特征109-112
  • 6.4 不同强度降水频率和强度在降水量变化中的贡献112-113
  • 6.5 不同强度降水与年总降水量的相关性113-116
  • 6.6 降水量变化趋势与海拔的关系116-122
  • 6.6.1 降水分布和变化趋势与海拔的相关性117-118
  • 6.6.2 降水量分布和变化趋势与海拔的相关性118-122
  • 第七章 结论与展望122-126
  • 7.1 结论122-124
  • 7.2 不足和展望124-126
  • 参考文献126-142
  • 参与课题和学术论文发表142-144
  • 致谢144-146

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