文摘
本研究的主要目的是确定大气环流模式参与干态和湿态的发生时期使用PCA方法。为此,干旱和潮湿的时期(1982 - 2011)计算在伊朗中部。主成分分析的结果表明,42%的方差在500 HPa高度与位势高度数据扩展的近极的低海拔向低纬度地区,高海拔地区传播像西伯利亚南部高位,形成高大气研究区域的稳定。因此,高海拔核心区域的主导地位被冷空气下降和cloudlessness特征,导致低降水和干旱事件。此外,八个组件在潮湿的时期可以解释94%的数据变化位势高度数据。PCA在潮湿时期的结果表明,频率最高的第一个组件环流模式中发挥了关键作用,确定主导模式在寒冷的时期。进一步,它的负相表示极性与其余组件和西伯利亚的高位,考虑到中心的正面和负面的阶段,揭示大气不稳定,从地中海进入该地区,黑色,和红海,从而标志着区域的干旱过渡到潮湿的时期。
1。介绍
大气降水是其中一个最明显的现象在伊朗和相当大的空间和时间的多样性。大气环流系统的永久交互年内产生这样的优势和广泛的多样性(1,2]。
更好的理解机制和性能大气环流模式和影响因素部分降水事件的重要性,这种降水能够导致洪水和灾难性的后果。因此,有必要确定形成机制,加强,监管管理降水气候系统的运动和扩张获得受益于其积极作用,消除或至少减少其有害的结果(3]。概率评估和预测的干旱为水资源规划者和决策者提供有价值的信息发展干旱缓解策略(4]。干旱是一个复杂的现象,其严重程度与一个特定的气候地区和地方能源和水平衡状态(5]。
在这方面,除了调查干旱时期,这也是必要的调查和分析潮湿的时期。潮湿和干燥时间等自然现象干旱塑造一个地区的大气环流模式通过改变频率和影响(6]。考虑到大气环流和气候模式元素之间的密切关系,洪水和干旱等极端天气现象和干燥和潮湿的时期可以归因于不同的大气环流模式(7]。干旱是一种极端天气和自然灾害在干旱和半干旱地区更高的频率。作为一种重要的自然灾害,干旱可以影响人类生活的不同方面。这场灾难代表了灾害性天气直接影响社会限制水资源的可访问性,与巨大的经济、社会和环境成本(8]。干旱是最复杂的,但至少知道自然灾害与更广泛的影响比其他危险(9]。Galambosi et al。10运用主成分方法和multiaverage聚类分析来评估和分析水平的每日大气环流模式500 HPa美国西南部。Svensson [11)主成分分析方法应用于700年的数据,800 HPa明显的水。在这个synoptic-statistical分析、主成分分析方法同方差极大旋转是应用于数据,而在两个赛季12月到2月和6月到9月。Kassomenos [12)使用不同的方法如主成分分析,代理分析和聚类分析对气候降水周期的分类和识别研究描述天气状况高于南部的希腊在20世纪下半叶。说,大气降水最变量之间的关系现象和大气环流模式非常强劲。通过确定大气环流模式、方差、频率、强度和降水的空间分布可以调查可以表达及其底层物理依据。Duckstein et al。13确认循环模式导致洪水在亚利桑那州。Corte-Real et al。14)和小麦Dacamara (15]发现,低频率的降水类型的天气和干旱频率增加的主要原因是减少降水在葡萄牙在20世纪的后半部分。
利特曼(16]分类的压力和位势高度500 HPa使用聚类分析和研究之间的联系的天气类型和地中海地区的降水。研究表明,NAO的负相速度(北大西洋涛动)远程并置对比模式与冬季降水和温度的增加减少,而它正相速度与降水量的减少,温度上升,冬季干旱在土耳其。Girardin et al。17]研究了北方夏季干旱的变化,加拿大的天气循环大气的规模。结果表明,北方是东部的影响下区域尺度和大气子午线的两大组成部分。
Yetemen和Yalcin18)调查了金丝黄月平均气温的关系,土耳其,远程并置对比模式指数在北马赞达兰,表明,在远距离联系的正相模式的北马赞达兰,阿菲永的气温增加了山区,从方便游客提供适当的条件。本特根等。19]调查夏季干旱在德国发现,从天气观点,大气的高压在中间水平高于东南欧洲北海和低压力导致了夏季干旱。帕里et al。20.]研究了空间和时间开发和大规模的欧洲使用天气干旱的特性分析发现,在第一阶段的标准降水指数(SPI)方法,在北大西洋的高压系统的出现及其阻塞的方向的西风将向地中海南部降水系统,导致干旱的发生在欧洲。Croitoru和生田斗真21)调查了罗马尼亚中部平原干旱事件,认为空气阻塞在平流路径的热带潮湿的空气质量是这个事件的原因。Kutiel [22]研究了北Sea-Caspian远程并置对比模式对中东地区降水和温度制度,认为中东的不同阶段温度系统敏感北Sea-Caspian远程并置对比模式,灵敏度是更大的负大会党(−)阶段,从而导致温度的增加在中东地区。Rimkus et al。23)调查了立陶宛的大气模式在干旱时期发现在波罗的海地区干旱强度与大气环流模式相关联。NAO / AO的负面阶段引发了该地区的严重干旱。彭et al。24]研究季节性降水的概率在中国使用大规模每月atmosphere-oceanic指数。结果表明,海洋表面温度指数在西太平洋和印度洋比El-Nino-Southern振荡提供了更有效的预测指标。
许多研究在干旱和湿润年伊朗(4,5,25- - - - - -27)使用各种指标一直在进行,但仍有不足的研究基于主成分分析和缺乏了解有关地区大气环流的结构在干态和湿态时期中部地区的伊朗;因此,需要研究侧重于干旱的发生机制和潮湿的时期在伊朗中部和检查在该地区大气环流的结构下研究强烈的感受。
同时,干旱和半干旱地区的环境敏感性高的显著影响湿和干燥时间对环境和农业实践,尤其关键识别天气模式潜在的这段时期。因此,鉴于这一问题的重要性,本研究的主要目的是制定和实施一个天气模型定义组和模式导致干旱的大气环流和该地区的降雨模式。因此,在目前的研究中,大气环流模式在500 HPa高度伊斯法罕、亚兹德,科曼地毯省份使用主成分分析和聚类分析的基础上,湿和干年来自标准降水指数(SPI)调查。
2。数据和方法
研究区由6个气象站的Kashan、伊斯法罕、伊斯法罕、东部亚兹德,科曼地毯,和Bam位于伊斯法罕,亚兹德,科曼地毯省伊朗。研究区域的地理位置如图1。伊朗是一个steppe-like中部高原北部地区的特点是非常潮湿的气候,干旱和半干旱条件下被沙漠包围,没有雨量纪录多年,和山脉(扎格罗斯西和北尔伯兹)。根据气候条件在伊朗,四个不同的季节是著名的包括spring(从3月到5月底),夏季(从6月到8月底),秋天(从9月到11月底),和冬季(从12月到2月底)5]。
在这项研究中,降水数据从六个气象站获得每日和每月30年统计一段时间(1982 - 2011)。标准降水指数(SPI)是最常用的指标之一,气象干旱监测,已被广泛用于文献[28]。在所有干旱指标,SPI是最受欢迎的一种被广泛使用在世界各地为目的的干旱分析(例如,4,29日- - - - - -31日])。标准降水指数(SPI)被用于识别的干旱期和统计分析(见(1))。这个指数是由麦基et al。32基于以下方程: 在哪里的降水th,平均降水统计期间,SD的标准差是降水系列。的积极价值指数显示降水高于平均水平,负值表示不同强度干旱(表1)。
之后,利用SPI、干旱、潮湿和正常时期确定了研究区。在下一阶段,假设空间发生面积50%以上的研究中,38个月的湿,干一年,11个月,大约26个月的正常年被确定。认识到循环模式的干、湿年,主成分分析(PCA)应用于位势高度数据500 HPa高度。主成分分析有三个主要的结果:空间模式(因子载荷),时间模式(组件),和方差组件的数组。这个分析的目的是减少数据的大小和识别最重要的时间和空间模式的位势高度在500 HPa高度方差研究区域(33]。在下一阶段,聚类分析被应用于数据使用病房的方法来检测湿和干旱年分别映射模式;有一个清晰的理解模式的干旱和潮湿的时期,《每日数据属于所选个月。为此,PCA是用来确认位势高度映射模式使用因子载荷,然后聚类分析应用于组件的分数得到湿和干旱年分别映射模式。
因此,在每个集群,某一天的基础上介绍了最高的组内相关环流模式。然后,环流模式的地图是提取和分析的框架介绍了坐标。在聚类分析过程中,欧几里得距离方程计算的距离: 在哪里是个体的数量,的值是th变量15天,的值是th变量一天。计算数据的集成或绑定,病房使用方程: 在哪里是集群和欧几里得距离(=集群)-都是一个单独的集群(34]。
位势高度在500 HPa数据数组(306天,609点)的安排与一个被选中度空间分离,数据域的位势高度在500 HPa水平10东经80度,北纬20到70度的网站中提取出来的http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/(国家海洋和大气管理局)35]。
3所示。结果和讨论
3.1。干旱时期
实现干旱模式通过SPI干旱指数,11个月的统计周期确定了研究区和数据在位势高度500 HPa高度提取基于干每天从NASA机密数据用于主成分和聚类分析。基于主成分分析,对地图的分类模式,使用的相关矩阵和方差极大旋转;因此,旋转组件转换成地图揭示他们的地图模式。根据主成分分析的方差阵,解释为每个数据组成部分比例计算位势高度在500 HPa(数字2- - - - - -5)。因此,位势高度数据方差的92%由12个因素可以解释。为了简便起见,组件被排除在分析和较低的百分比只有6组件包含在每个分析。
根据最终结果,6个组件解释78%的方差分析(表中的数据合并2)。
PC1解释了27.8%的数据方差的位势高度在500 HPa在干旱时期。这个组件的空间格局表明,北方的正相Sea-Caspian代表亚寒带低高度,与低纬度地区运动导致高高度低纬度地区的扩张。在研究区,正相位显示高海拔中心的特点是空气稳定(图2)。PC2解释了13.2%的数据方差的位势高度在500 HPa高度在干旱时期。第二个组件表示的空间格局多极化的阶段,和积极的阶段,浸润伊朗从东北西伯利亚高。同时,巩固阶段在伊朗南部地区,是一种高高度模式,可以归因于副热带高压天气(图前面3)。生物解释了11.6%的数据方差的位势高度在500 HPa高度。第三个组件的空间格局显示几个中心的形成不同阶段的影响研究区最重要的中心是一个积极的阶段代表了高海拔网站在欧洲的西部和西北干旱的根本原因(图4)。PC4解释了10.4%的数据方差的位势高度在500 HPa高度。第四个分量的空间模式展示了高海拔中心的出现在地中海和黑海,影响研究区通过加强空气稳定性与后续缺乏湿度和降水(图5)。然而,我们可以解释因子载荷的地图(正面或负面)与其他流通形式或传播研究领域的模式。
3.2。循环模式的聚类分析干旱期
进行了主成分分析,因子得分从分析被用于聚类分析,获得由计算欧氏距离和病房开展债券组件分数确定地图模式的干旱期。这样,一天在每个集群为基础选择一天或循环模式基于最大的社会团体内部的相关(表3)。然后,提取基地天或循环模式的地图根据指定的坐标和被分析。
3.2.1之上。模式一
这种模式的频率为26%是主要在冬季和早春,在干旱事件中扮演一个重要的角色。3月1日,2008年,被选为这个集群的基本一天或循环模式基于相关分析。
500 HPa高度的地图模式显示,高海拔中心的封闭轮廓580位势十公尺(反气旋系统)的形状在西班牙东部西部阿特拉斯的海洋。此外,形成槽与埃及的地中海东部和西北部的核心。研究区位于伊朗中部的弱脊轴的道路,安排的位势高度曲线对该地区差距与槽和大气波脊(图6)。海平面气压显示的地图模式有一个高压中心的封闭轮廓1020 HPa在伊朗西北部,与研究区在这个高压的影响。此外,两个相对强劲的高压系统对西藏和大西洋东部地区的封闭轮廓1030 HPa低于45°N影响下的面积。在任何情况下,这些近极的高点和低点在很大程度上扩展到西北(图中低纬度地区7)。根据地图的模式,它可以得出的结论是,有一个占主导地位的高压中心在研究区域海平面加强该地区的稳定。在500 HPa高度,弱脊上形成西方的波斯湾研究区域扩展。大气的安排在此模式表明空气稳定该地区的干旱事件的主要原因。
3.2.2。模式B
这种模式的频率为30%是占主导地位的冬天和早春干旱事件中扮演着一个关键的角色。此模式与第一种模式的时间相同,但较弱的强度。12月11日,1993年,被选为这个集群的基本一天或循环模式基于相关分析。位势高度在500 HPa级别的地图模式表明弱大气电流对伊朗的患病率。同时,研究区东山脊上收敛下,槽渗透的程度和山脊上纬度达到40°N轴是在西北的波斯湾。此外,它表明,研究区不的影响下一个槽周围的地中海和非洲北部(图8)。海平面气压的地图模式表明,低近极的电流扩展到地中海北部,有一个高压电流扩展在贝加尔湖湖东北中心的封闭轮廓1040 HPa以及高压中心在伊朗西北部封闭轮廓1025 HPa扩大在这个模式(图9)。因此,表面散度和上融合在这个模式中准备理由的外观与稀缺降水天气晴朗的区域构成干旱事件的根本原因之一。
3.2.3。模式C
这种模式频率通常观察到1月份的15%。1998年,12月4日,被选为这个集群的基本一天或循环模式基于相关分析。位势高度在500 HPa级别的地图模式表明,一个障碍在子午线以东40°方向产生变化的大气电流在两个方向上的槽脊,和研究区位于低纬度地区水流的方向,在东岭。研究区位于低纬度电流的路径下的东岭或收敛区域(图10)。海平面气压的地图模式表明,一个强大的高压北里海(40度东经和北纬55度)与1030 HPa形成一个封闭的轮廓,进展缓慢,由于这一系统在500 HPa高度,大气电流分为两个方向的高压电流扩展到伊朗和研究区域(图11)。这种模式在500 HPa高度显示一个槽位于研究区东部,寒冷的天气的后裔从高纬度地区,延长海平面的东欧地区高压电流。因此,在这一模式的条件不成熟的入口和湿度的上升,导致1月干旱条件。
3.2.4。维模式
这种模式的频率出现在二月的2%。1月27日,1987年,被选为基本一天或循环模式在这个集群基于相关分析。位势高度在500 HPa的地图模式表明近极的低位水平产生一个槽与黑海的中心。在低纬度地区,大气电流创建一个岭西地中海和槽在地中海和黑海的东部,东部地区槽(图12)。海平面气压的地图模式显示,近极的低位向低纬度地区延伸到黑海,渗透的研究区东北部非洲产生强烈的高压电流(图13)。高海拔在沙特阿拉伯可以看到东南590位势十米的一个封闭的轮廓。根据上述两个层次,可以得出的结论是,这种模式的频率为2%的潜在触发降水、湿度的地中海,黑海和红海进入该地区,由于大气降水事件安排。
3.2.5。模式E
这种模式的频率为18%是主要在春季和外观的干旱事件中扮演着关键角色。在这种情况下,4月15日,2001年,被选为这个集群的基本一天或循环模式基于相关分析。地图模式的位势高度500 HPa高度显示一个深槽与地中海的中心和一个脊包围的西部波斯湾和里海,研究区所在的东岭(图14)。此外,高海拔系统(沙特阿拉伯反气旋)观察到沙特阿拉伯南部的位势590平方米的一个封闭的轮廓。海平面气压的地图模式表明,高压1015 HPa形成区域中心阻碍提升表面的湿度由顺时针(发散)电流(图15)。因此,表面上收敛增强散度增加这个系统的耐久性没有降水,天气晴朗。缺乏向上的运动是一种稳定的根本原因在该地区的天气条件。
3.2.6。模式F
这种模式以9%的频率通常是观察在一月底,二月和三月初。在这里,2月11日,1997年,被选为这个集群的基本一天或循环模式基于相关分析。位势高度在500 HPa级别的地图模式表明,大气电流产生槽和山脊在两个方向研究是位于东部的槽(图上不同区域16)。海平面气压的地图模式表明,当前东部大西洋高位封闭轮廓1030 HPa扩展研究领域的特点是表面散度(图17)。因此,散度以及表面上的分歧破坏该地区的不稳定。
3.3。潮湿的时期
根据主成分分析的方差阵,解释为每个组件的位势高度数据百分比在500 HPa高度计算湿年(数据18- - - - - -23)。因此,8组件可以解释94%的方差位势高度数据(表4)。
PC1解释了62.3%的数据方差的位势高度数据500 HPa湿年水平。这个组件的空间模式显示,研究区有一个积极的阶段。主要在伊朗中部正相位显示低高度提供大气不稳定的状况,和负相表明极地高和西伯利亚与两个独立的模式。因此,这些组件之间的差异程度最高位势高度数据,这使得他们最有效的模式在湿年在研究区(图18)。PC2解释了位势高度数据方差的11.1%在500 HPa湿年水平。这个组件的空间格局表明积极的阶段控制红海和地中海东部的影响研究区,提供不稳定条件和湿度提升海洋。因此,在湿年,红海的主要组件是湿度流入从西南向伊朗和研究区域(图19)。
生物解释了8.1%的数据方差的位势高度数据500 HPa湿年水平。这个组件的空间格局表明,两个同时发生的阶段,有一个积极的阶段在地中海,可能被视为高海拔和其他的负相对伊朗可能被视为低海拔,大气不稳定的主要原因是在研究区域(图20.)。PC4解释了3.9%的方差位势高度500 HPa 500 HPa湿年水平。这个组件的空间格局表明,有两个重要的中心与特定区域的不同阶段:负相扩大从红海到里海影响研究区和北部的正相在黑海和地中海。因此,鉴于这两个阶段的位置,负相可以被认为是高海拔,反气旋和顺时针运动奠定了为海湿度对该地区的转移和正相近极的低点,扩展到低纬度地区(图21)。PC5解释了位势高度数据数据方差的3.2%在500 HPa湿年水平。该组件显示一个中心的空间格局与负相控制伊朗的西部,低海拔代表湿度转移从红海和地中海,和积极的阶段显示欧洲西北部的高压(图22)。PC6解释了2.6%的数据方差的位势高度数据500 HPa湿年水平。这个组件的空间格局表明,中心与负相里海北部的咸海湖在西伯利亚的影响下,在研究区主要由低海拔(图23)。PC7解释了1.3%的数据方差的位势高度数据500 HPa湿年水平。该组件显示中心的空间格局与显性负相在该地区是一个低海拔,可创造极不稳定的条件和更大范围的极端降水的概率(图24)。PC8解释了1.2%的数据方差的位势高度数据500 HPa湿年水平。这个组件的空间格局表明,中心在该地区流行的负相是一个低海拔可能激起严重不稳定条件和极端降水事件提供了理由(图25)。第七和第八部分,表明过沉重的降雨在研究区,有助于湿年的出现。
3.4。聚类分析环流模式的潮湿的时期
集群探索代理数量的主成分分析表明,4地图模式发生湿时间可以确认(表5)。
3.4.1。模式(湿年)
这种模式的频率为28%在湿年地图模式排名第二。在这种情况下,3月27日,1999年,被选为基础或模式基于相关分析,和海平面的地图位势高度在500 HPa水平进行了分析。位势高度在500 HPa级别的地图模式表明一个深槽形成东地中海和红海,扩展了研究区东槽。这么冷的洞的存在西部里海与位势555平方米的一个封闭的轮廓可以观察(图26)。此外,高海拔系统(反气旋)和一个封闭的轮廓位势十米的590年成立阿拉伯海,与它的顺时针环流将湿度从阿拉伯和阿曼海向伊朗的核心部分。海平面气压的地图模式表明,西伯利亚高位主导伊朗北部和东部,在低压中心的封闭轮廓1010 HPa扩展对伊朗在该地区和触发不稳定(图27)。与此同时,有一个高压中心Anatoly山区1010 HPa的一个封闭的轮廓。在此模式中,由于海平面气压和500 HPa压力水平,它可以得出结论,随之而来的大气水平参与该地区的不稳定,而且,在必要的湿度,会有沉淀在潮湿的时期有显著的影响。
3.4.2。模式B(湿年)
这种模式的频率为22%在潮湿的时期,一天6月3日,2009年,被选为基础或模式基于相关分析。位势高度在500 HPa级别的地图模式显示了槽的出现在地中海,连同在里海北部的山脊。在这种情况下,大气的发展障碍导致的扩张东岭地区,导致冷洋流在伊朗(图的后裔28)。海平面气压的地图模式表明,近极的低位向低纬度地区扩展,导致西伯利亚高位的扩展和综合高点(Siberian-European)与研究区域受到伊朗高压电流(图的影响29日)。上述两个层面的分析显示,在中间水平的氛围,有冷空气下降从高纬度地区高压中心位于海平面。在这种情况下,大气的合规水平导致冷漠和该地区的温度下降,没有任何降水事件。因此,在这个地区的湿年,这样的条件是不远的期望。
3.4.3。模式C(湿年)
这种模式的频率为35%在潮湿时期排名第一地图模式。在这种情况下,8月19日,1998年,被选为基础按照相关分析或模式的一天。位势高度在500 HPa级别的地图模式表明,(所)高位进入伊朗北部非洲,推低水平的气流,提供稳定的大气状况。轮廓的同时,亚热带高位590位势米接受伊朗(图30.)。这个高压的两个中央核心形成一个封闭轮廓的位势595平方米西南部的伊朗和阿尔及利亚。海平面气压的地图模式表明,低压中心扩展从巴基斯坦到波斯湾和研究区域(图31日)。核心的低压封闭轮廓1000 HPa位于波斯湾的南部海岸。这种模式代表了热的时期(6个月)全年频率为35%。因此,这种模式还缺乏降水条件,这是这个地区的特色之一。
3.4.4。维模式
这种模式的频率为15%在潮湿时期排名第四的地图模式。在这种情况下,2011年11月23日,被选为代表或模式基于相关分析。位势高度在500 HPa级别的地图模式揭示了形成槽从里海到波斯湾的中心,与岭环绕地中海将冷空气对伊朗,与降水的概率在西部地区位于槽(图上的分歧32)。海平面气压显示的地图模式的形成高压中心在西欧1035 HPa的封闭轮廓,其电流进入伊朗。进一步,研究区域的影响下高压电流与两个高压系统中观察到贝加尔湖以北和西藏高原湖(图33)。因此,这两个级别的重叠在这个模式中准备理由冷空气下降。如果在该地区形成一个低压中心,东槽煽动的存在不稳定,影响降水事件研究的东部地区。大气湿度水平没有差异粉尘的出现提供了一个有利的条件,可以显著影响伊朗、特别是研究区域。
一般来说,调查结果显示,这是符合调查由Khosh Akhlagh et al。36)在伊朗西南部进行空间位置的地中海槽轴。此外,在研究由Atayi [37]雨的时期的环流模式显示深后裔在伊拉克问题上,建立研究区东部的后裔在良好的协议与本研究的结果。
4所示。结论
在这项研究中,一个分析的因素来自于主成分分析显示,超过42%的方差在位势高度500 HPa高度数据是伴随着亚热带的扩张低点低纬度地区,针对高海拔地区像南西伯利亚的高位,形成高海拔或在研究区高压电流。因此,高海拔核心研究区域的优势,特点是冷空气下降和cloudlessness代表不稳定在该地区的存在。它有助于提升大气湿度,从而低降水和干旱事件。
在伊朗中部干旱是一个重要和频繁的现象,研究区。虽然这个地区的干旱事件的频率远远低于基于SPI湿年,这是由于低过月降雨在这个地区,与每个月降水事件使得这个地区基于SPI干旱侵袭,导致湿期或正常状态。主成分分析的结果表明,8组件可以解释94%的方差位势高度数据。分析的结果的主要组件湿时间频率最高的建议第一个组件在环流模式中扮演关键角色,确定突出模式在寒冷的时期;因此,该组件有最高的方差位势高度数据,是在潮湿的地区最有效的模式可以解释62.3%的差异。其余组件,鉴于中心的正面和负面的阶段,显示该地区渗透的大气不稳定从地中海,黑海和红海,从干旱地区的过渡时期弄湿。一般来说,确定大气环流模式可以有效地天气预报,区域规划和气候模型。因此,鉴于缺乏文学的研究领域,需要更多的研究来获得更深的了解这个地区的天气。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。