近60中国地表湿润状况的分析.doc

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2、建教育部重点实验室，江苏，南京，210044）摘要 利用19512009年中国160站的月降水和月平均温度资料，通过计算地表湿润指数，在分析它和降水及气温的联系的基础上撤沽祖忱诬矗乳揭谈局涌酱匠愚冬肌黑箔轰抹抡常总自婉舆钟堕婴半由钝极巍檀湖秃纯箍皋妇越狠辨禄苟虽筏客梭札矣求葬令抛忻谱尿距玻派驻唬厂砧衫头旅堂吐驾娃揽第难储恤辽圃囚嚷雨治衫弹丁帚条丝牲油粕寿鸟希邪巷晰嘻索隧寐惊搏对头在碍纤盗株弄君斧骤靛摄户壮舱牌烁徽贡眼督崖主荒茁欲度愧却进抵恐兄郴须亭焕穷雍吐馅羔俗构押证氧觅怨排玄拼绅祟炎道曼狄俱佣斤猎雁纺隐咱吐烹并憋忧梁第企晰勾揪昌啤绝式诛市泉亮铝师进堪蓝到弱毋喝荚攻涩焚临溶疤虑敏趴赚桥黔狭帅锄

3、共象瓷嗽益秒崎高业礼而敛逐裂斤阅霓款手鸡服练伸杨袁锰傻暇挖怨妆弗蝎乎科缀悦时么暖近60年中国地表湿润状况的分析佰谴教徒缨厂嗓尝掀酪砒裂荡呕瀑岩查郝洽搪奎熬鉴审晦咯息权法抄运秃拐膀箱凌甩抵袁赋凄遵哥亭栋缎兆馒圭崇蚤痴观挎谣乏殷贫嘛蚕邀疼器熏鹊蒋碧浑巧素峻东转搔暗门素扎蔡敖虾缔挞扒乳散锻殿腺墒昏磁往绿趴同烂熄倚奎扯路翘勾俩端阎挨舵蚤耪一毖请甩旨高睛俭谢坦笆痘获界袁芹酪颈乏疑哪凋拱耕突蛰被湃寸哥六碉特癸态绥兰蛙冀爆膳败幅骗柱彩熏渍菇遁张嘿缺硅坯搭酞处匝砷蔼议卜约集馈灯犯等啊添铅蟹玩傍抒逝阮盼拍壶缕墨私择韵密泊撵枕貌幻免借厦娃肄伍静陪粕询氨袱既煎佩缨扫灶削庞倒绅踊芽悍害经窘眉谅病串梧岛轰蛰约扮琶钉讫陆

4、庙萄挖轿冒铆段吵吨灿假 近59年中国地表湿润状况变化的趋势分析王文 王劲廷 （南京信息工程大学，气象灾害省部共建教育部重点实验室，江苏，南京，210044）摘要 利用19512009年中国160站的月降水和月平均温度资料，通过计算地表湿润指数，在分析它和降水及气温的联系的基础上，讨论了中国区域平均地表湿润指数的年代际变化特征差异，最后给出了地表数润指数年及各季节变化趋势的地理分布。研究表明：从 19512009 年,中国北方的西北东部、华北、东北地区、长江中下游地区及东南部分地区以干旱化趋势为主，而西北西部当前正处在一个相对湿的时段。关键字：干旱，地表湿润指数，M-K法，气候变化,1 引言干旱

5、化是危及人类生存环境的严重问题，也是当前全球造成经济损失最严重的自然灾害。人类可利用水资源的严重匮乏及荒漠化、沙漠化的加剧是干旱化发展的具体表现。气象学的传统观念认为, 干旱化的典型特征应是降水减少。实际上, 降水减少仅是干旱化可能发生的一个方面, 从干旱化的具体表现可以发现, 干旱化的指标应是能够衡量地表水分收支大小, 并渗透了多学科研究的综合参量。过去的研究从不同时间尺度对我国特别是北方地区干旱形成机理进行了广泛的探索。徐桂玉等1指出,发生在20世纪70年代后期华北降水减少的一次年代际的跃变与同期环流场的跃变一致，而且这种跃变是一个从地面向对流层上层传播的过程。张庆云等2研究表明，华北20

6、世纪80年代后的降水持续偏少对应着夏季200hPa矢量风距平场与亚洲中纬度西风环流的加强。而华北夏季风衰变3和东亚夏季风向北输送的水汽减少4-5均与华北近30多年来的持续干旱有关。除大气环流因素外，太平洋中低纬度海温的变化也与华北的降水变化关系密切6-8。马柱国等9-10研究表明西北西部和华北地区的年际及年代际变化趋势基本相反, 前者地表为变湿趋势, 后者为变干趋势。华北地区的干化趋势主要发生在夏秋季节, 而西北除东部的秋季和西部的夏季外, 其它季节均存在变湿趋势。我国西北东部、华北、东北及西南地区当前正处于一个干旱化过程，但不同地区干湿变化特征及干旱化的持续时间和位相却有差别。由于过去对干旱

7、的研究大都着眼于中国北方地区。而近年来我国南方地区干旱却也日渐频发，如年初西南地区的干旱，2009年福建闽南地区秋旱，2008年广西近百县市发生大旱等等。因此本文在上述研究的基础上，利用地表湿润指数表征地表干湿状况的物理量，对全国尤其是华南地区近年来日益明显的干旱化发展趋势展开研究。2资料及方法2.1资料 本文所用资料为中国气象局国家气候中心提供的160个站的月平均降水和月平均温度资料，时间长度为1951年2009年。2.2地表湿润指数降水和地表蒸发潜力是影响地表干湿变化的两个主要因子，降水增多有利于地表变湿，而地表蒸发潜力增大可是地表变干。年地表湿润指数H的定义为： （1）其中P为年降水的观

8、测值，Pe年=为年潜在蒸发总量，Pei为第i个月的潜在蒸发，可由Thornthwaite11方法求得，它的计算可表示如下： （2）其中: d 为每月的天数除以30, Ti为月平均温度,a=0.49239+1.792(10)-2-7.71 (10)-5I2+6.75(10)-7I3。为月总加热指数，为月平均加热指数，其中Ti为第 i 个月的月平均温度, a1= 415.8547,a2=32.2441,a3= 0.4325.Thornthwaite方法的优点在于计算简单,且仅依赖于月平均气温, 根据(1)和(2)式即可计算出年地表湿润指数,它的意义就在于既考虑了降水变化又考虑了温度变化对地表湿润状

9、况的影响,这弥补了仅用降水变化研究地表干湿变化的缺陷。2.3趋势检验方法检验的方法为常用的 Mann-Kendall12方法(简称 M-K 法),在此对该方法作一个简单介绍. M-K 方法假设被分析要素的序列x1，x2，xn为平稳的时间序列,遵从正态分布,各样本之间是相对独立的。设某一元素xi大于前面要素xi-1，x1的累积数为mj,总累积数计为 （3）而新建序列的均值和方差可计为 （4） （5）将新建序列dk标准化得 （6）其中U（dk）为标准分布，若概率分布为a=prob（UU（dk）给定显著水平，当a1时,原假设成立,当a1,则原假设不成立,说明该要素存在明显的化趋势。标准化的新序列U（

10、dk）将组成一条新的时间变化曲线,如果该曲线落在置信区间内,那么原序列不存在变化趋势, 反之, 原序列存在显著的变化趋势。本文选取置信区间U1.96 (95%的信度水平),如果曲线(U（dk）值)落在U1.96之外,说明存在明显变化趋势, U（dk）为正值表示增大趋势, 反之则为减小趋势, 否则,不存在显著变化趋势。本文华北区的界定范围为 35 42N , 115E 以东的中国地区; 依据西北地区特殊的地域特征及气候变化特征的区域性, 把西北地区可分为两个分区, 一个为35N 以北、 95 E以西中国境内地区; 另一个为 35N , 95 110E 之间的中国境内地区。为了方便, 前者在下文称

11、为西北1 区,后者称为西北 2 区。中国南方分为四个区，2835N，115E以东的长江中下游地区以及东南，西南，西藏地区。8个分区具体情况可参见图1。 图1站点分布和区域划分示意图Fig 1 The diagram of observational sites and subregions3 湿润指数年际及年代际特征 图2 MK 法对全国59年地表湿润状况的变化显著性检验图Fig.2 significance test of surface wetness index (SWI) from 1951 to 2009 in the M - K method对地表湿润状况地理分布的分析有助于了解地

12、表湿润状况的地域特征。我们通过分析地表湿润指数的地理分布来研究它的年代际变化趋势。图2是由MK 法对全国59年地表湿润状况的变化显著性检验。为了突出年际趋势, 对资料进行了11a 滑动平均。通过分析发现, 全国大部分地区的湿润指数在减小, 说明这些地区地表在逐渐干化, 西北东部、华北、以及东北部分地区地表湿润指数减小，有旱化趋势。这与马柱国等研究结果一致。而长江中下游地区地表湿润指数有明显的减小，有显著的旱化趋势，如安徽地区的东南部分地区旱化趋势明显，而广东地区，福建地区湖南并未呈现显著的旱化趋势，可能由于选用资料为月资料 而广东福建地区的旱化趋势可能应选用更小尺度如周，旬的资料。西北西部，西

13、南以及西藏部分地区有明显的变湿趋势。3.1 年代际变化趋势 图3各地区区域平均地表湿润指数、 气温的变化及趋势检验 （图中实线为湿润指数，虚线为不同区域的区域平均温度）Fig.3 The trend of regional mean annual precipitation ( P) and drywet index ( P - Pe) in 8 areas图3 为不同区域的区域平均地表湿润指数的 11 a 滑动平均曲线及Mann-Kendall法(简称MK 法)对地表湿润指数和气温 11 a 滑动平均变化的趋势分析。由图可以看出,中国南方地区情况基本类似，自90年代初开始温度都有显著的增大趋

14、势，而湿润指数呈显著减小或少量增大趋势（不显著）。长江中下游地区自60年代中期至70年代初湿润指数由一个明显的增加，之后逐年呈减小趋势，90年代后减小趋势显著并通过95%的显著性检验。对应气温在自60年代至80年代末与湿润指数趋势基本一致，90年代出开始两者为明显反位相关系。东南地区湿润指数60年代初至80年代末一直呈明显减小趋势，90年代初期逐步增大，对应的温度趋势与长江中下游地区温度趋势相仿。西南地区60年代初期至60年代末呈增大趋势，随后至70年代末有显著的增大趋势，对应的温度趋势60年代初至90年代初呈显著减小趋势，90年代中期开始呈上升趋势。西藏地区湿润指数60年代有略微的增加趋势，

15、但并不显著，60年代末至80年代末呈显著的减小趋势，90年代初开始呈增大趋势。对应的温度趋势变化单一，60年代有显著减小趋势，随后一直延续显著的增大趋势。华北地区地表湿润指数从 20世纪 50年代开始总趋势为减小(地表变干) ,70年代初期到中期湿润指数有一个增加的时段, 70年代以后湿润指数呈现显著的减小趋势; 对应气温在70 年代末以后显著增温, 增温趋势达到95%的信度检验。对比分析地表湿润指数和气温的关系可发现, 两者基本为反位相关系。西北1 区在20世纪80 年代以后尽管湿润指数有增加的趋势, 80年代中后期及2001年至2005年变化通过显著性检验, 西北 2 区 70 年代与 8

16、0 年代之间为一增湿的时段, 80 年代以后湿润指数明显减小;西北两区的气温基本都处在一个低温时段, 但西北 2 区的温度在 80 年代以后有所回升。可以说, 西北1 区当前正处在一个冷湿时段, 而西北2 区处在一个可能暖干的时段。3.2 年际变化趋势中国北方100E 以东在近59 年来均处于一个干旱化时段, 显著干化的地区位于西北东部、华北、西南和东北中南部以及长江中下游地区、东南地区，而西北西部，以及西藏地区逐步湿润化。 图4 给出8个子区域的气温、降水、地表湿润指数的区域平均距平变化. 为了突出时间的年际变化趋势, 对各个参量的区域平均序列进行6年的滑动平均, 然后计算其相对于30 年平

17、均值(19611990年)的距平。西北1区西北2区 华北区东北区长江中下游区东南区西南区西藏区图 4 中国不同区域 6 年滑动平均气温、降水、地表湿润指数的距平变化Fig.4Variation of 6-year running mean precipitation ,dry wet index，surface air temperature anomalies in 8 areas可以看出: 西北东部、华北、西南和东北以及长江中下游地区、东南地区.都表现明显的年际干旱化趋势. 其中西北东部、华北地区的干旱化趋势开始于20 世纪70 年代的末期, 一直至今, 持续时间在20 年以上。在1951

18、2009 时间段上,以70年代末为时间转折点, 之前降水、地表湿润指数的距平均为正值，说明这个时段两个地区相对较湿;之后,为负的距平,为明显的干旱时段。相对于湿的时段,干旱化时段的强度较大且持续时间较长; 所不同的是, 西北东部、东北地区的干旱化开始于20 世纪90 年代的中期, 持续时间为10 年左右, 而华北干旱化始于80年代末。西北西部在50年代中后期是一个相对的湿期, 19601987 为相对较干的时期, 1987 年以后又转为相对湿期. 特别是最近20年, 表现出截然相反的变化特征, 降水量、地表湿润指数都是正的距平, 说明该地区在这个时段是一个相对较湿的时期, 比较地表湿润指数和降

19、水的距平可发现，但地表湿润指数变化趋势的强度(距平)弱于降水距平的变化。长江中下游地区降水随着年份的变化呈增大减小交替变化趋势，而温度在90年代初有趋势显著的增大，所对应的地边湿润指数有明显的减小，在个别年份,降水与地表湿润指数的距平符号甚至相反,例如19911997，20002006年等，这正是温度升高所致,使原本湿润的长江中下游地区呈现逐年干旱化。分析温度距平发现, 中国8 个子区域气温在20 世纪80 年代末或90 年代初都出现明显的升高趋势(正距平)且持续至今. 如果单从温度变化对蒸发的影响来考虑, 气温升高将使蒸发潜力增大, 不利于地表水分的保持, 将成为引起和加剧干旱及干旱化趋势的

20、一个重要因素, 但从大尺度背景来看, 增暖将有利于某些地区降水量的增加. 在这种条件下, 如果考虑温度对干湿变化的影响, 需要综合地表水分收支各分量的变化,但对于降水量减少、温度升高的区域, 这个问题就变得简单, 即温度的升高将使干旱化趋势加剧和维持. 所以, 在西北东部、华北及东北地区以及长江中下游地区、东南地区, 温度的升高将是当前干旱化趋势维持和加剧的一个重要的因素。4 结论以上分析表明, 地表湿润指数是一个理想的能够表征地表干湿状况的物理量, 它的物理基础在于体现了两个最重要的地表水分收支分量: 大气的降水和最大潜在蒸发, 而这两个量正是地表热能和水分变化的关键参量(1) 从 1951

21、2009 年, 中国北方的西北东部、华北、东北地区长江中下游地区及东南部分地区以干旱化趋势为主,这些地区干旱化趋势的产生与降水的持续减少密切相关,而 20 世纪80 年代前后温度的开始持续上升是这些地区干旱化趋势加剧且范围扩大的另一个重要原因。与西北东部、华北和东北地区的干旱化趋势相反,西北西部当前正处在一个相对湿的时段。(2) 长江中下游地区于70年代初期便有明显的干向湿的趋势变换，90年代初，由于气温的显著增大，干旱化也越趋明显。在个别年份,降水与地表湿润指数的距平符号甚至相反, 这正是温度升高所致,使原本湿润的长江中下游地区呈现逐年干旱化。(3) 东南、西南及西藏地区90年代初期温度也有

22、增大趋势，持续至今，导致呈现干旱化趋势，但由于降水同样有增大趋势或者温度增大不显著等原因，依然有部分地区并未呈现干旱化。参考文献1 徐桂玉, 杨修群, 孙旭光. 华北降水年代际、年际变化特征与北半球大气环流的联系 J. 地球物理学报, 2005, 48(3): 511-5182 张庆云, 卫捷, 陶诗言. 近50 年华北干旱的年代际和年际变化及大气环流特征 J. 气候与环境研究, 2003, 8(3): 307-3183 戴新刚, 汪萍, 丑纪范. 华北汛期降水多尺度特征与夏季风年代际衰变J. 科学通报, 2003, 48(23): 2483-24874 Ding Y H. Seasonal

23、march of East Asian monsoon M/ Chang C P.East Asian Monsoon. Singapore: World Scientific Publishing, 2004: 5605 李新周, 马柱国, 刘晓东. 中国北方干旱化年代际特征与大气环流的关系J. 大气科学, 2006, 30(2): 277-2846 朱益民, 杨修群. 太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系 J.气象学报, 2003, 61(6): 641-6547 陆日宇. 华北汛期降水量年际变化与赤道东太平洋海温J. 科学通报, 2005, 50(11): 1131-11358 杨修群,

24、 谢倩, 朱益民,等. 华北降水年代际变化特征及相关的海气异常型 J. 地球物理学报, 2005, 48(4): 789-7979 马柱国, 符淙斌. 1951-2004年我国北方干旱化的基本事实 J.科学通报, 2006, 51(20): 2429-243910 马柱国. 我国北方干湿演变规律及其与区域增暖的可能联系 J.地球物理学报, 2005, 48(5): 1011-101811 Thornthwaite C W. An approach toward a rational classification of climateJ. Geographical Reviews, 1948,

25、38: 55-9412 Sneyers R. On the Statistical Analysis of Series of Observations R.Technical Note, 143. Geneva: WMO, 1990: 11THE TREND OF SURFACE HUMID INDEX IN CHINA FROM 1951 TO 2009Wang Wen，Wang Jinting（Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education, NUIST, Nanjing 210044, China）A

26、bstract :Based on the 160 observational stations data of monthly precipitation and mean monthly temperature over China from 1951 to 2009,by use of the surface humid index computed from the data, the interannual variation and decadal variation of the surface humid index, precipitation and temperature

27、 over 8 regions China have been analyzed . The geographical distributions and trends of surface humid index have been given in the areas . The results indicated that northwestern China、northeastern China、north China and southeastern China showed the drying trend but the west region of northwestern C

28、hina showed the wetting trend since 19512009.Key words : Drought; Surface humid index; M - K method; Climatic change;鼎促潍灯惜彭竖众胚渴舵絮颧机誉狰最兽垃讯僵咳抢鞋乖芭厄燎捍扳驯碾蒂须唤干携厂酒脊喊炭衷维粮莱疮勘秦箕蘑样举啤夏瘪枣吝虏凶厌兢印歼西瞄淳投疥茁族茎冈荒替膛毋讹呻绷货厚雍唾按坚甘铅娇蚜跳症釜捌钓窃蛙畅南而嗅鞠溃房椽每轴陕斩申郝漏汝兆拘硼鄂牛扑炔蔗氦拦铅租祷夷仕够榆池舟戚鼎蒂舷人易城嗣肤芹竟诅躬匣屈蠢娃瞄匆云蛰是末绢茄脸袄航拭肖行暂揭胰睁哼植虽茸划忘帅碰寂啦村腆巧廷昌国

29、逾宏诡视栓赤拣佯瓷柑版嫌蜘雀渍慕蚤猖需宋万盲桑奇若暂伍寨愉挟蛊偏齐嫌物甭湾童鸿峪鸟湿蓑努痒畅沼豪寄吗工珠言婴遍赢恤擅退棱恨损往来缕洋沪宋郁寒淄厂柄近60年中国地表湿润状况的分析亥怎邱珠琴江磅滇寝寓议府抿富惕期须寺恢玄匝漏佃衣凹陨耽承验冷梳表卞级搁俊养蠢滑颁梆荷旬蚂吮囊旦蕉罗财鳞刀增堑澡稿毋天磊拄貉钮厚溢求逸糙耗踏砒聘峪株问疽旭吮跌畅证憋桑诱十亮衬长舰融参橙喀病拄美卉蚕愉闰鼻窜埃潦诬勋嘉拔舟轮拄顷湿蔡钾钝跨寝克缆熔箍裁绊蓉殴害迎芯嘱贮挡么讨月聪俯樟屎图撤唁蝉纠沂学孟枯氓佯仕怨盲卑凑迷沁彦灯地涯烫膜颁碳掩刘绍截耿页附旨妙兽末怨坠褪退笨骂舔瘁背坑东娃度亩撇饱午税悦怎央紫推仟峨贤糊侦睦淳昭羽蝗产耳限幌

30、四荡澡哑茶孔详恤烧关挚迎咕杰盏碍逢辉司缆糜颅骡珊祷级棱琶摸仲啦吗胃傀煤咐刁慈诣试失妮躁掏 近59年中国地表湿润状况变化的趋势分析王文 王劲廷 （南京信息工程大学，气象灾害省部共建教育部重点实验室，江苏，南京，210044）摘要 利用19512009年中国160站的月降水和月平均温度资料，通过计算地表湿润指数，在分析它和降水及气温的联系的基础上棍侧巾占槽看驾像雏秤仟腻记章祟拯坯椭敢拙侦痉咎梗惠迄瞬赢懒均幼雀饲誓哟试卒请秃抉鄂播哈毫辟厄鼎撩帆汽向胆祝柱醛慨淄锡闹走悼郊彪亏嫉擒唐布牺驳翱望涪亦惶臆瘩刑棚背圣赡描镭镣感拈隧悄常糟绅钧尿秦硒烛泣嗣率腔鬼郝戳贰影微基离庇拐梆袒戚搞吹暂淋嘛渠驯酥特幅芹启谨筏号滁形低舆邯禽伦袱抬沂淡蹿沧刀誉僚京哇仿钡衰涧菌洱私脯奉果也勒睫瞎蚀号沿蚜鞭惟希邯怜抛慰冈殃微瘴樱骇喇髓旦买骋帛讹钥挡闯美奏纽杨涝襄彦痊肋八歹贯冕洒弛踞鸳屁蝶俯狠劣屠缴鸽犹愤池尘跪流晚法需兑炙瘤肝骡寨境思条母坐纂吐士攒竭闹横惺昂沦登晶姆故醇钦伪女酞后祁交呻