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青藏高原年降水的变化特征研究

更新时间 2011-10-27 14:16:20 点击数:

    李亚琴(广西柳州市气象局,柳州545001)摘要:青藏高原作为全球气候系统中的一个典型单元,它对全球气候变化的响应具有敏感性和强烈性。基于青藏高原135个台站1982~2001年的降水资料,利用EOF展开方法,分析青藏高原地区年降水的空间分布和时间演变特征及趋势变化,得出高原北区(青海地区)与南区(西藏地区)的年降水以南北反相变化为主。近20年来,青藏高原北区年降水量呈减少趋势,南区年降水量呈增加趋势,青藏高原年降水的分布自雅鲁藏布江河谷向西北逐渐递减,雅鲁藏布江下游地区降水最多,柴达木盆地西北部降水最少平均年降水量仅17.6mm。
     关键词:青藏高原;降水;EOF;变化特征;趋势分析
    引言
    在全球气候变化的大背景下,区域气候的变化特征、响应机制及其所带来的影响等成为科学界研究的热点。
    研究表明,高原高大整体能产生显著地动力作用和热力作用[1~2],不但对东亚和北半球环流有重要影响,而且在夏季还可以影响到赤道以南。青藏高原异常复杂的地形导致其降水也非常复杂多变。受上述因素的影响,对青藏高原地区降水的变化趋势还存在争议。高原降水不仅在空间上有不同的变化,在季节上变化也十分明显。韦志刚等[3]研究表明,藏东和海南地区冬春降水增加,高原北部减少。
    冯松
    [4]通过对高原和周边75个站点1958~1996年的资料分析指出高原冬春两季降水增加主要发生在高原中东部,夏季高原南部减少强烈,秋季高原中部、东南部为降水增加区,高原西南部和东北部为降水减少区。可以看到两人的研究结论也有出入。另外黄一民、章新平等[5]对青藏高原降水时空分布特征分析得到通过对高原85个具有较长序列站点的年降水资料进行经验正交函数展开,发现高原年降水主要存在3种空间分布型:南北差异型、全区一致型、东南-西北差异型。张平等[6]对高原东侧的降水与印度洋海温遥相关分析得出:高原东侧降水异常与大气环流异常有密切的关系,海温偏高年,不利于降水的形成;海温偏低年,有利于降水形成。傅云飞等[7]运用卫星探测夏季青藏高原降水主要集中在它的东南部,7月和8月雅鲁藏布河谷及其以东的横断山脉地区降水显著,平均最大雨强达7mm/h。宽广的高原上,降水变化的区域差异应是十分明显,但这部分工作还比较薄弱,研究结果也存在很多分歧。本文通过对青藏高原地面气象站1982~2001年20年降水资料分析,揭示了青藏高原近20年中降水的时空变化特征。
    1资料及方法
    本文所用资料为1982~2001年全国621个气象站的逐月的降水资料。由于本文主要研究高原地区降水特征变化,从中截取青藏高原地区的135个气象站逐月的降水资料。其中缺测的值用20年的对应的月平均代替。用逐月资料分析了高原地区年平均降水变化特征。
    本文利用EOF(经验正交分解)方法对年平均降水进行处理,得到它们的特征向量数据,然后把再利用特征向量数据与高原地区的135个台站经纬度数据,得出高原地区的年降水的空间和时间变化特征,然后根据第一模态的空间分布图划分典型台站分析,对正、负变化剧烈的区域做距平分析;最后对高原整体求相关系数(>90%的信度检验)。
    对高原地区的年平均降水资料进行EOF分析,得到降水方差变化特征的空间和时间模态。经计算,高原年平均降水的EOF分析前4个模态的方差贡献率见表1,由表1可见,EOF前4个模态的累积方差贡献率占51.01%,这里分析前4个模态的空间和时间特征。
    第一模态的贡献占方差的16.42%。右图1(a)可知,第一模态反映高原年平均降水分布的南北差异,即高原年降水南多北少或北多南少。年平均降水变化趋势在空间上呈现东北地区为正值,西藏中、东部及四川的甘孜、阿坝州等地区为负值区,高原西南为正值区。在高原上呈纬向分布。第一模态反映了高原年降水分布的南北差异,即高原年降水南多北少或北多南少。第一模态中高原降水变化最明显的区域位于西藏中部和青海东部地区。高原年降水变化呈南北反向分布的形态。第一模态中位于年降水变率较大的西藏区的中心大致28~32°N,87~102°E,降水变率的最大值为-0.15mm。另一变化较大的区域为青海区33.8~37.4°N,95~103°E,降水变率最大值为0.1mm。这种分布与高原地形及西太平洋副热带高压的位置有关。南北差异的分界线为唐古拉山脉。一般年份,来自印度洋的暖湿水汽难以翻越该山脉,从而降水出现南多北少;有些年份,当夏季西太平洋副热带高压北跳时,高原北部降水通常是增加的,相关研究也证实了东亚夏季季风与高原东北侧区的旱涝呈正相关,时候降水出现北多南少。
    图1(b)为第一模态的时间变化系数图,时间系数为正时,表现为整个研究区域的降水量增加,时间系数为负则说明整个区域的降水减少。根据第一模态的时间序列图看,在1983年高原地区年降水量增加到最大值,之后两年就呈减少趋势,但没达到最低点,1986年降水量又有所回升。1991~1995年高原地区的年降水变化很大,直到1998年高原地区的年降水量达到了最小值,1998年长江流域的洪水与高原降水有一定的关系。整个20年里,高原降水量总体是呈现减少的趋势。结合时空分布得到,整个高原地区南部的西藏区年降水有所增加,而北部的青海逐年降水有所减少。
    第二模态的贡献占方差的14.56%。从第二模态空间图(图略)可以看出,第二模态的高原年降水变化趋势在空间上东北部、中部(包括西藏的北部)区域为正值、西南部(西藏的南部及四川南部云南地区)区域为负值的反相分布特征,说明这两个区域具有相反的变化趋势第二模态中高原降水变化最明显的区域位于青海地区、四川的西北地区和东南、云南地区北部正值变率最大值达0.12mm,南部变率最大值为-0.15mm。第二模态反映了高原年降水干湿变化的一致性,相对变化率以怒江、澜沧江、长江上游为中心向四周逐渐减少。这种分布与青藏高压的强弱有关。
    第二模态的时间变化系数图(图略),时间变化系数为正时,表现为青海地区年降水增加和西南部的西藏云南区域年降水减少;时间变化系数为负时,东北部的青海区域年降水减少,西藏、云南地区的年降水增加。从1982~2001年,整个20年高原地区的年降水量减少,西藏、云南地区的年降水有所增加,而东北的青海区域年降水量有所减少。
    3典型台站分析
    3.1年平均降水的距平分析根据EOF分析图,本文把高原地区的年平均降水变化程度进行分区,南部低中心:28~32°N,87~102°E;北部高中心:33.8~37.4°N,95~103°E。
    从图2a可以看出20年来高原年平均降水南部低中心(范围如上所述)的变化,可以分为三阶段;第一阶段从1982~1991年,该阶段增加趋势明显,从负的最大距平增加到正的第三大距平;第二阶段从1992~1998年,该阶段总的呈减少趋势,但有些年份的起伏很大,如1993年和年,在1998年达到了正的最大距平;第三阶段从1999~2001年,在此阶段呈增加趋势。在统计时间段内,年平均降水量呈不显著增加趋势。80年代至90年代初波动增加,90年代完成了一个减少到增加的过程。
    图2b可以看出高原年平均降水北部高中心的变化,也可分为三个阶段:第一阶段1982~1989年,该阶段总体呈增加趋势,在1989年达到最大距平值;第二阶段1990~1991年呈减少趋势,在1991年变化较大,达到了负的最大距平。第三阶段1992~2001年,在此阶段总体呈减少的趋势,但有些年份有大的起伏。
    从上面的分析得到,青藏高原年平均降水距平在80年代高原南部的雅鲁藏布江流域降水为负距平,高原中部、北部和川西绝大多数站点降水为正距平;90年代高原中部、南部降水为正距平,高原北部和川西多数站点表现为负距平

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