中亚积雪时空分布的变化及其对关键气候要素的响应

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积雪是冰冻圈要素之一,对气候变化响应敏感,同时影响水文循环系统。根据IPCC第五次评估报告第一工作组报告指出全球气候系统变暖是明确无误的,再一次证实全球正在变暖的事实。在这个大背景下,本文根据ERA-Interim数据提取出雪盖信息,利用实测雪深数据和MODIS积雪产品验证了精度,在此基础上,计算出1987~2014年各年的积雪初日和积雪终日并分析了分布特征,以年内和年际变化着手分析了中亚地区积雪在时间上的变化特征,利用EOF方法和R/S分析法分析了积雪在空间分布上的变化特征及预测了中亚地区积雪未来变化的趋势,研究了中亚地区的气温、降水、海平面压力、风速等近30年的变化,利用偏相关分析研究了影响中亚地区积雪的关键气候因子。主要研究内容及结论如下:  (1)通过ERA-Interim再分析数据提取了中亚地区的雪盖信息,并利用实测雪深数据和MODIS积雪产品验证,结果显示相比实测雪深,ERA-Interim雪深精度为72.1%,对比MODIS积雪产品,积雪覆盖率的平均绝对误差为3.32%,均方根误差为0.042,满足本文研究积雪变化的需要。  (2)中亚地区积雪在10月份开始积累,积雪最大值主要出现在1月和2月,最小值集中在10月和4月,相比于积雪面积最大值,最小值波动较小,以积雪面积最大值和积雪面积最小值都处于减少的趋势但不显著。  (3)高纬度地区、山区的周边地区在近30年间积雪初日和积雪终日分别具有延后和提前一个月的趋势,低纬度和低海拔地区的积雪期一直较短,在近几年,处于低纬度地区的乌兹别克斯坦、土库曼斯坦部分地区的积雪逐渐消失并具有从中亚西南部向东北延伸的趋势。总的来讲,研究区内积雪初日延后而积雪终日提前,导致积雪期缩短。  (4)积雪在空间分布上具有极大的差异性,山区和高原处于最高,其次是哈萨克斯坦北部,除山区和高原外,整个中亚地区的积雪频率是纬度的函数,随着纬度的升高频率增加;以大寒日进行分析积雪的空间变化特征,结果表明中亚地区的积雪面积在0.05显著性水平上减少,这种趋势是从2005年开始并在2009年显著。  (5)中亚地区积雪变化的关键异常区主要分布在昆仑山区、天山南坡,其次为哈萨克斯坦的西南部地区,利用EOF分析方法并结合Mann-Kendall突变检验得到中亚地区的积雪在近30年发生了突变,从2000年开始并在2005年显著,最明显变化的区域为山区和哈萨克斯坦的积雪由异常多变为异常少,EOF第二模态显示低海拔和高海拔地区呈反相变化;通过R/S分析对中亚地区的积雪进行了预测。  (6)通过偏相关分析,气温、降水、风速、海平面压力等气候因子对中亚积雪影响的大小为:气温>风速>降水>海平面压力,从空间分布来看,高纬度地区的关键影响因子是风速,气温的影响范围最大,占据了整个中亚的62.9%,降水和海平面压力影响面积较小。总体而言,气温、风速、降水的分别是低海拔地区、高纬度地区、高海拔地区的主要驱动力。
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