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近一个世纪以来,全球变暖持续驱动着不同区域的水文气象要素变化,极端降水和干旱事件较以往发生地更为频繁。在此背景下,降水时空分布格局亦在发生演变。在我国西北干旱区,降水是地表水和地下水的重要补给源,降水的变化对径流甚至区域水资源量都具有重要影响。因此,揭示区域降水的结构化变化特征及环境响应,对厘清气候变化影响机制,开展应对气候变化的水资源配置与管理具有重要意义,其结果也可为全球降水演变提供区域经验性参考。本论文以渭河流域为研究对象,主要开展了如下几个方面的工作。(1)基于渭河流域主要气象站点近60年的逐日降水资料,统计计算了已有指标体系中关注度较高的降水指标,并利用最大信息熵法(MIC),结合研究区降水实际情况,筛选了20个指标,覆盖结构性指标、功能性指标和耦合指标,构建了结构性与功能性耦合的降水指标体系(Structural and Functional Coupling Precipitation Index),旨在系统全面地反映区域降水特征和潜在影响。(2)运用Mann-Kendall统计检验法,对SFCPI中各降水指标的趋势变化进行检验,分析并探明了渭河流域降水指标时空分布格局的演变特征。(3)对289组日降水集中度(CI)(即年降水最大日数(前25%)的降水量占总降水量比值)数据进行分析,重新率定了研究区内CI的值域,为全球CI指标的使用提供了区域经验。(4)探究了大气环流指标厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)指数、西太平洋副热带高压(WPSH)、北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)以及南方涛动(SO)对降水指标产生的影响,并分析了地表环境要素(如归一化植被指数(NDVI)、干旱及洪水事件)的时空分布变化,研判了其与降水指标之间的响应关系。(5)分析了各项大气环流指标趋势变化析,预估了其对降水集中度变化的潜在影响。主要研究成果如下:(1)构建了SFCPI降水指标体系。对国内外关注较高的36个降水指标进行化简,在相关系数大于0.35的条件下,保留与其余指标相关性较高的降水指标,最终选取20个指标组成降水评价指标体系SFCPI。化简后的指标体系仍可对“降水均值特征”、“极端降水强度、等级和延时”、“降水延时特征”以及“降水年内分配”等变化进行全面评估。同时,区分了结构性指标、功能性指标和耦合指标,增强了对降水影响的表征,凸显了指标的功能化特征,可直接指导人类活动。(2)探明了渭河流域不同尺度降水指标的趋势变化与空间分布特征。对SFCPI指标进行趋势检验分析,获得了研究区各降水指标的时空演化特征。研究表明在过去的60年中,渭河流域整体呈干旱化趋势,且干旱化程度由北向南递减。下游地区一直处于持续干旱化状态,未来仍有增大趋势。从空间分布上看,渭河流域的春季降水减少十分显著,尽管涉及指标有所不同,但对春旱有较大影响,容易诱发灾害。从垂直带(黄土高原-关中平原-秦岭山区)上看,降水强度存在增加趋势,且越往北,增加越显著。(3)提出了判断渭河流域“日降水集中度”的阈值。通过对大量数据的统计分析发现:当日降水集中度取值大于0.55时,说明该地区年内约70%的降水发生在了25%的雨天里;日降水集中度取值大于0.58时,说明该地区年内约75%的降水发生在了25%的雨天里;日降水集中度取值大于0.62时,说明该地区年内约80%的降水发生在了25%的雨天里;日降水集中度取值大于0.67时,说明该地区年内约85%的降水发生在了25%的雨天里。(4)探讨了大气环流因子与降水指标之间的响应关系。通过将降水指标的空间分布格局与地表环境要素进行对比分析,获得了对地表环境影响最为密切的降水指标。研究结果表明大气环流因子对研究区降水结构有着显著的影响,而降水的变化也对该地区生态环境产生了较大的影响。ENSO和北极涛动主要影响了那些表征该地区整体降水水平的指标,使其形成了从东南至西北递减的降水分布格局。而在这样的格局分布下,降水充足的地区植被生长茂盛,而降水不足的地区植被覆盖率较低。北大西洋涛动的变化主要影响了研究区的干旱程度。而南方涛动指数的异常波动,则对该地区极端降水指标产生较大影响。(5)预估了气候变化背景下的降水潜在变化及影响。对各项大气环流因子变化实施趋势分析,并对其可能带来的降水影响进行预估。基于北极涛动指数和北大西洋涛动指数的平稳变化,该地区的春旱在未来仍有可能发生。根据对南方涛动指数变化的推断,该指标将在2020年迎来新一轮的增长,这意味着研究区汛期出现极端降水、连续暴雨的可能性增加,应提前做好应对工作。