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在全球变暖的背景下,极端降水事件增加,降水时空特征发生了很多新的变化。区域降水对全球暖化背景的响应,一直是国内外学者研究的热点和重点。澜沧江流域是国际河流澜沧江-湄公河的上游,进入21世纪以后,流域的降水出现了新的特征。大量的观测事实表明,澜沧江流域近年来旱涝频发,对当地水资源的供给、生物多样性以及经济发展带来严峻的挑战。以往的研究多集中在降水长期的变化趋势,对于降水年代际变化的细致分析较少。目前对于澜沧江流域气象干旱的研究多集中在春旱和秋旱。而事实上,澜沧江流域夏季干旱也有频发的态势,因此对澜沧江流域夏季的降水及其对旱涝影响开展进一步研究是十分有必要的。本文基于站点和格点降水资料,首先考察了21世纪初澜沧江流域夏季降水的年代际变化特征及其在次季节尺度上的差异,然后从环流场和热力场的变化对该年代际变化的成因进行了分析。最后对澜沧江流域夏季降水变化与流域干旱和洪涝的时空演变的联系进行了进一步探讨。研究工作主要得到以下结论:
一、21世纪初澜沧江流域夏季降水的年代际变化特征
澜沧江流域夏季降水在2002年左右经历了由正位相到负位相的年代际突变,此次突变主要发生在流域的中、下游。在次季节尺度上,该突变在不同的月份呈现出不同的特征,主要表现为:中、下游6月降水显著减少而7月降水略有增加,与此同时,每年最大降水发生的日期逐渐向7月集中,表明7月降水更加集中。
二、与年代际变化相关的大气环流异常
对突变前、后水平环流场的对比分析发现,2002年以后与澜沧江流域夏季降水年代际突变相关的水平环流异常系统主要是:贝加尔湖南侧从低层到高层的强高压异常和孟加拉湾地区的季风偏弱。通过定义的指数分别考察了这两个异常系统与流域夏季降水的相关关系,结果显示,贝加尔高压指数与流域降水有显著的负相关,而孟加拉湾季风的强度与流域夏季降水呈现显著的正相关。一方面,强烈的大陆高压(贝加尔湖高压)异常阻碍西南季风的向北推进,从而导致向内陆流域暖湿气流输送的减弱,不利于降水的形成。另一方面,孟加拉湾季风的减弱也会导致水汽输送的减少。我们构建贝加尔湖高压和孟加拉湾季风二者的协同指数,发现协同指数比单因子与流域夏季降水的相关关系更好,即认为在这两个异常系统的协同作用下,澜沧江流域夏季降水在21世纪初发生了由多到少的年代际突变。
由于夏季降水的显著减少主要来自6月降水变化的贡献,因此,以干、湿年6月的环流场变化为例,进一步验证了孟加拉湾季风对于流域降水变化的主导作用。并从热力场追溯了6月孟加拉湾季风减弱的可能原因。结果表明,2002年以后,孟加拉湾北部次大陆与孟加拉湾的陆海温差偏小可能是导致孟加拉湾季风处于偏弱状态的原因。
三、澜沧江流域最近57年夏季干旱的时空演变
从对西南干旱表征能力较好的标准降水蒸散发指数(SPEI)的时间序列出发,考察了澜沧江流域夏季最近57年的干湿变化。可以发现整个流域呈现与降水变化同步的干旱化的趋势,在2002年左右经历了由湿到干的年代际变化。用SPEI的频率分布变化考察了上、中、下不同流域段干旱以及极端干旱的演变规律,结果表明,自2002年以来,澜沧江流域夏季除了有变干的趋势外,极端干旱也呈现频发的态势,且干旱和极端干旱的增加主要发生在中、下游流域段。最后从不同时间尺度(5天、5~10天,10天以上)最长持续无雨日(CDD)的频率变化讨论了对极端干旱增加趋势贡献最大的CDD对应的时间尺度,结果显示,较长期(5~10天)及长期(10天以上)CDD显著增加是流域夏季极端干旱频发的主要原因。
四、澜沧江流域最近57年夏季极端降水的时空演变
基于Shao等(2015)定义的极端降水事件(EEP),研究了流域夏季极端降水的频率、强度和总量变化。结果表明,在过去的57年里,流域极端降水事件的持续时间均在3天以内,并以1天以内的极端降水事件为主。全流域夏季平均极端降水事件的频率、强度以及总量变化均不明显,但三者在7月均呈增加趋势,因而7月极端降水对整个夏季的贡献明显增加。这表明夏季极端降水越来越集中发生在7月。
一、21世纪初澜沧江流域夏季降水的年代际变化特征
澜沧江流域夏季降水在2002年左右经历了由正位相到负位相的年代际突变,此次突变主要发生在流域的中、下游。在次季节尺度上,该突变在不同的月份呈现出不同的特征,主要表现为:中、下游6月降水显著减少而7月降水略有增加,与此同时,每年最大降水发生的日期逐渐向7月集中,表明7月降水更加集中。
二、与年代际变化相关的大气环流异常
对突变前、后水平环流场的对比分析发现,2002年以后与澜沧江流域夏季降水年代际突变相关的水平环流异常系统主要是:贝加尔湖南侧从低层到高层的强高压异常和孟加拉湾地区的季风偏弱。通过定义的指数分别考察了这两个异常系统与流域夏季降水的相关关系,结果显示,贝加尔高压指数与流域降水有显著的负相关,而孟加拉湾季风的强度与流域夏季降水呈现显著的正相关。一方面,强烈的大陆高压(贝加尔湖高压)异常阻碍西南季风的向北推进,从而导致向内陆流域暖湿气流输送的减弱,不利于降水的形成。另一方面,孟加拉湾季风的减弱也会导致水汽输送的减少。我们构建贝加尔湖高压和孟加拉湾季风二者的协同指数,发现协同指数比单因子与流域夏季降水的相关关系更好,即认为在这两个异常系统的协同作用下,澜沧江流域夏季降水在21世纪初发生了由多到少的年代际突变。
由于夏季降水的显著减少主要来自6月降水变化的贡献,因此,以干、湿年6月的环流场变化为例,进一步验证了孟加拉湾季风对于流域降水变化的主导作用。并从热力场追溯了6月孟加拉湾季风减弱的可能原因。结果表明,2002年以后,孟加拉湾北部次大陆与孟加拉湾的陆海温差偏小可能是导致孟加拉湾季风处于偏弱状态的原因。
三、澜沧江流域最近57年夏季干旱的时空演变
从对西南干旱表征能力较好的标准降水蒸散发指数(SPEI)的时间序列出发,考察了澜沧江流域夏季最近57年的干湿变化。可以发现整个流域呈现与降水变化同步的干旱化的趋势,在2002年左右经历了由湿到干的年代际变化。用SPEI的频率分布变化考察了上、中、下不同流域段干旱以及极端干旱的演变规律,结果表明,自2002年以来,澜沧江流域夏季除了有变干的趋势外,极端干旱也呈现频发的态势,且干旱和极端干旱的增加主要发生在中、下游流域段。最后从不同时间尺度(5天、5~10天,10天以上)最长持续无雨日(CDD)的频率变化讨论了对极端干旱增加趋势贡献最大的CDD对应的时间尺度,结果显示,较长期(5~10天)及长期(10天以上)CDD显著增加是流域夏季极端干旱频发的主要原因。
四、澜沧江流域最近57年夏季极端降水的时空演变
基于Shao等(2015)定义的极端降水事件(EEP),研究了流域夏季极端降水的频率、强度和总量变化。结果表明,在过去的57年里,流域极端降水事件的持续时间均在3天以内,并以1天以内的极端降水事件为主。全流域夏季平均极端降水事件的频率、强度以及总量变化均不明显,但三者在7月均呈增加趋势,因而7月极端降水对整个夏季的贡献明显增加。这表明夏季极端降水越来越集中发生在7月。