文摘

我们调查1951 - 2007年在伊朗极端降水趋势使用最近发布的阿佛洛狄忒每日降雨时间序列。我们发现,七种不同的极端降水指数通过研究期间所有显示出上升趋势。七种不同的降水指数包括年降水量,天数超过一定阈值,最大降水收到超过一段时间,最大单日降水,降水天数超过第90百分位。主成分分析揭示了一个特征向量解释的方差在七指数和显示,该组件表现出强劲的上升趋势为整个伊朗。在区域层面上,我们发现在极端降水的趋势有很强的全国southwest-to-northeast梯度指数。我们重复分析42站在全国比较的结果网格数据;趋势在极端降雨产生的站数据比较顺利地和阿佛洛狄忒每日降雨时间序列的结果从而增强鲁棒性的结论。

1。介绍

一个极端的事件通常是定义为一个天气或气候事件的发生高于或低于一个阈值附近的上或下的观测值的范围为一个特定的变量。的一些主要发现的最新报告对气候变化和极端事件的特别报告政府间气候变化专门委员会表示更大的共识在科学文献关于可能极端降水事件的频率和强度增加对自1950年以来,与可能的极端降水的频率或极端降水在21世纪的比例。此外,媒介有信心的人为影响极端降水的增强在全球范围内1,2]。全面研究极端降水的空间格局,亚历山大et al。3)报道,在极端降水显著增加,用更少的空间相干模式与趋势在极端的温度。针对广泛的极端事件对人类的影响,生态,和/或物理系统,增加关注此类事件在全球范围内的长期趋势。绝大多数的研究基于观测数据表明一般极端的极端降水事件的增加,这是由于人为迫使水平的提高造成的大气中的水分和温度整体4]。

的确,提高水平的水蒸气,由于海洋温度上升在低纬度地区被发现Trenberth et al。5]。这进一步证实了比湿增加趋势自1970年以来在全球层面(6,7]。此外,CMIP3和CMIP5模拟结果也显示增加全球平均20年返回值的年度最大24小时降水数量为每个°C约6 - 7%的全球平均变暖(8,9]。几项研究已经强调了重要作用的大尺度环流模式极端降水事件的积极趋势也(10,11]。

降水区域有重大变化的长期趋势,与大多数的大陆,除了北美和欧洲,显示介质的信心增加趋势观察的极端降水事件的频率和强度(12]。此外,大部分的土地区域显示在夏季极端事件的增加,除了欧洲经历了冬季期间增加的趋势(12]。的一些具体区域层面研究极端降水事件的显示可能增加在北美(13- - - - - -15)和南美洲(14,16整个20世纪。在欧洲和地中海地区的情况下,增加的趋势与大多数混合观测在冬季和夏季降水减少趋势(17- - - - - -19]。大多数亚洲和大洋洲经历了复杂的趋势,更大比例的极端降水事件的区域显示一个积极的趋势(20.- - - - - -24]。另外,在非洲,没有明确的重要趋势(12,25]。然而,另一方面有有限数量的研究趋势在极端降水模式在中东,可能由于缺乏长期的数据,在伊朗,这项研究的主要焦点,所在地。为数不多的研究包括一个分析的伊朗各地车站水平降水Alijani et al。26)发现20%以上的土地面积暴露于极端降水的风险。特别炎热、干燥的南部海岸和西斜坡主要南北范围、扎格罗斯山脉,经历过最频繁的暴雨事件。此外,Rahimzadeh et al。27]研究了极端气温和降水在27个气象站在伊朗。他们的分析结果显示显著的负面趋势在凉爽的白天和凉爽的夜晚,昼夜温度范围(DTR),和积极的趋势在温暖的天热带夜。最近,随着网格数据由车站级测量在高空间分辨率,它已成为可能的进行详细的分析在这些地区极端降水事件。因此,在目前的研究中我们分析了极端降水趋势对伊朗代表一个位置与降水主要来自冷季气旋和有限的温暖的季节对流降水事件。

2。研究领域:伊朗

伊朗位于25°之间和40°N和45°和60°E和是一个多山的国家濒临阿曼湾,波斯湾和里海(图1)。伊朗的总面积是1.648×10⁶公里²代表0.32%的地球表面。总体而言,百分之六十的伊朗都是被山覆盖的,这与中央的一部分国家组成的两个干燥的沙漠:Dasht-e-Kavir和Dasht-e-Lut。尔伯兹范围在北方,靠近里海,朝东西方向延伸最高海拔约5000米。扎格罗斯山脉西北到东南方向保持一致,达到最高海拔约3500米。这两个范围内扮演了一个重要的角色在决定降水的非均匀时空分布在整个中国[28]。例如,高范围的山区北部和西部的扎格罗斯山脉抑制大部分的水分可以从邻近水体达到国家的内政。因此,内陆地区获得更少的降水。大部分的室内扎格罗斯山脉斜坡经验雨影效果与年降雨量比他们的西方同行。超过一半的国家接收不到200毫米的降水,一些地区,每年小于50毫米(26]。

在过去的十年中,已发表的重要论文关注伊朗各地降水趋势(例如,29日,30.])。车站级降水的分析数据显示,年降雨量的减少趋势的67%,而增加的趋势观察24小时最大降雨量的50%的电台Modarres和Sarhadi29日]。最近,Tabari和Talaee [31日]研究颞年度降雨时间序列的趋势在西方,南方和西南伊朗在1966 - 2005。结果显示没有明显降雨趋势在该地区的研究期间。Soltani et al。32]调查年度和月度趋势在降雨量,雨天,最大降雨量24小时根据收集到的数据在33个气象站在伊朗。结果表明,不存在显著的线性趋势每月气象站的降雨量最多。有些说的et al。33]研究了降水数据的时空的趋势和变化来自28个气象站在伊朗年度为1967 - 2006年期间和季节性时间尺度。结果显示负面趋势在22年降水量网站(79%),但只有三个站点降水有显著的负面趋势。然而,随后的研究Raziei et al。34阿佛洛狄忒)使用网格的数据集发现了一个上升趋势在日常大部分地区年降水量伊朗。Talaee [35]分析了年度、季节和每月的降雨时间序列7点雨量计站在哈马丹省位于伊朗以西40年的时期(从1969年10月到2009年9月)。他们的结果没有显示出明显的降水趋势的伊朗。Alijani et al。26]分析了日常使用90年降水浓度和强度在伊朗站在不同的时间段。结果表明,每日降水往往是不规则和强烈的大部分地区的伊朗和不成比例的大份额的年降雨量来自少数high-intensity-to-extreme降雨事件。利用Urmia天气站的气象数据,Delju et al。36]分析了气候变化和改变Urmia湖泊盆地西北部的伊朗。他们发现,平均降水在1964 - 2005年已经下降了9.2%。

3所示。“阿佛洛狄忒”数据集

亚洲Precipitation-Highly观测数据集成解决对水资源(阿佛洛狄忒)数据集的评价是一个长期的日常亚洲网格降水数据集,这是基于一个密集的雨量数据网络。这个数据集的空间分辨率为0.5°纬度0.5°经度。施工中使用的数据的网格数据集三个来源包括GTS-based数据(全球一天的总结),其他项目或组织预编译的数据,和阿佛洛狄忒的集合37]。本文使用的版本APHRO_V1101阿佛洛狄忒。伊朗的雨量计站水平数据提供的伊朗气象组织。几个质量控制措施进行了原始数据集,如检查单位毫米之间的转换和英寸,差异两个或更多的数据库包含相同的测量,和比较位置国界和海拔。接下来,车站级数据插值使用修改后的版本的谢泼德(38算法,考虑当地的海拔差异和水平距离。阿佛洛狄忒的产品中使用的插值技术考虑日常降水比日常气候学。进一步详细信息插值技术和额外的阿佛洛狄忒的创建数据集的详细信息可从Yatagai et al。37,39,40]。这个数据集已经成功地用于研究降水模式的不同方面在伊朗30.,41]。重要的是要注意,阿佛洛狄忒的数据集是有限的降水估计高海拔地区在亚洲(42- - - - - -44]。然而,这个数据集的评估伊朗各地降水模式表明较高的估计精度和效率45]。更具体地说,最近的一项研究Ghajarnia et al。46),组成的比较评价各种网格数据集在Urmia盆地,伊朗,透露,阿佛洛狄忒数据集能够检测到75%的降雨事件,和39%的降雨观测估计没有下雨。

4所示。站降水资料

从42站每日降雨量数据由伊朗的气象组织被用来评估全国极端降雨趋势(图2)。这些电台被选,因为他们有最长的每日降雨量记录和在全国的分布相当平均。质量控制应用于数据在发布前由气象组织用户的社区。在伊朗有许多气象站,但我们有限的研究只有42台,从1970年到2009年的数据。18台被用于这项研究没有任何缺失的数据。另一个11站了不到1%的每日数据丢失;然而,5站了不到10%的每日数据丢失。八个站有超过10%的数据丢失。我们用几种方法来解决缺失数据问题包括代替缺失值与气候平均那天和/或简单地消除站10%以上缺失值。我们的决定没有出现在任何有意义的方式影响最终结果。

5。分析和结果

见图3618的0.5°×0.5°网格点在阿佛洛狄忒的数据集在伊朗的政治边界。因此,初始矩阵的日常降水由20818行,每一天从1月1日,1951年12月31日,2007年和618年列,每个网格点在伊朗。整个地区的平均降水量是图所示4。我们分析了七种不同的受欢迎指数(类似的分析,看到22)每个网格点和年极端降水的包括以下:(1)年降水量总(AnnP)。(2)与降水天数≥10毫米(ND10mm)。(3)%的年降水量日常事件≥10毫米(% Ann10mm)。(4)与降水天数≥20毫米(ND20mm)。(5)与降水天数≥90的分布(ND90%)。(6)最大降水连续收到在5天(Max5day)。(7)最大单日降雨量(Max1day)。

这些指标的计算,网格点导致了为每个索引57行新矩阵,一个用于每年从1951年到2007年,和618年列,每个网格点一个。为了计算一个全国七个指标的时间序列,每个网格单元的时间序列转化为分数(1)的平均值为0,标准偏差,和成绩平均在618分。这导致最后一个矩阵57行,每年一个,和7列,每个极端降水指数。我们都进行了分析,没有一个闰年调整和我们的结果没有发现任何有意义的变化。

认识到各种统计技术用于这项研究假设常态(高斯分布)在这些时间序列,我们计算的标准化系数偏态,和峰态,,计算 哪里产生的值比较反对价值被认为合适的选择(例如,水平的信心,0.99置信水平)。如果的绝对值或超过了所选的值,明显偏离正常的曲线是证实。否则,没有统计上显著偏离正态分布确定(零假设,样本来自正态分布不能被拒绝)。我们也使用了Kolmogorov-Smirnov抽样测试变量的测试对另一个变量定义为正态分布。它类似于一个以及确定两个变量是否来自不同人群。如果Kolmogorov-Smirnov测试是统计学意义,我们拒绝了观测数据遵循正态分布的假设。

见表1,唯一一次系列重大偏离正态分布是ND20mm指数根据Kolmogorov-Smirnov和偏态测试。偏差不严重,可以纠正使用一个平方根变换标志的维护和平方根的绝对值分数。所有分析都有或没有进行这种转变并没有观察到有意义的差异。

由于普遍缺乏偏离常态,我们计算7个时间序列之间的皮尔逊积差相关系数(表2)。所有组间关联系数在< 0.01显著水平的信心和许多相关系数高于+ 0.90。给定不同的指标之间的相关性高,主成分分析(PCA)进行解释的主要趋势在所有七个指标分析了在目前的研究。PCA七的矩阵指数的结果显示一个组件解释80.9%的方差矩阵。载荷(表3)都是积极和范围从0.77 + AnnP ND10mm + 0.99。这个组件的强度表明,它充分捕捉一个健壮的降水数据相关的所有维度的极端降水的措施。

没有明显偏离正常的组件(表1),见图5分数显示,独特的上升趋势。使用的记录作为预测变量,一个简单的回归显示,趋势是向上和高度统计学意义()组件1和5的七个指标;AnnP和ND90%上升趋势不显著的0.01的自信程度。

最后一个过程与阿佛洛狄忒的数据集,我们计算ND10mm之间的线性回归和618年的记录在每个网格点和策划值(图6)。出现了强烈的northeast-to-southwest梯度;基本上一个简单的一阶多项式插值(飞机)解释83%的空间差异数据。较低的值一般都集中在研究区域的北部边境。更复杂的通用克里格方法,它是有用的估计当地的趋势,是用于生产模式如图6(47]。它解释了95%的空间相关系数的方差值。空间插值结果解释的方差决定,RMSE插值和SD的均方根误差变量的标准偏差被映射。我们重复使用Mann-Kendall排名统计数据的趋势分析也决定了强度、趋势的标志,意义ND10mm变量。见图7,积极和重要趋势主导了中西部和东北部的部分国家,和在任何情况下显著下降的趋势识别,结果发现类似的Raziei et al。34)和Rahimzadeh et al。27]。消极趋势主要集中在里海地区北部和南部的中部地区,这是类似的结果Raziei et al。34]。此前,Modarres和Sarhadi29日]使用一组145个降雨站在伊朗发现24小时最大降雨量的趋势。与我们的研究结果一致,他们报道积极的趋势在24小时最大降雨量的许多电台。强降雨的增加趋势可以通过洪水加速水土流失导致土壤流失特别敏感的地区。

我们每天重复上面描述的所有分析使用的降水数据42台。我们再次生成的每个站的七个指标和使用分数的方法生成一个Iranian-wide每个指数的时间序列。而一个主成分解释方差的80.9%的七个指标的基础上,阿佛洛狄忒的数据,一个组件解释方差的82.0%的七个指标基于车站数据。组件的一个时间序列分数皮尔逊积差相关系数是0.69与组件从阿佛洛狄忒分析分数。我们重复这些分析基于34站不到10%缺失的数据,结果没有发现任何有意义的区别;新的主成分时间序列共享与生成的时间序列相关性为0.97基于所有电台。空间格局变化趋势的极端天气事件的形式主要是由冷锋北部和西部的山脉内部(34]。

6。结论

我们分析了网格逐日降水数据从阿佛洛狄忒在伊朗在1951 - 2007年期间,发现一个强大的积极趋势在极端降水事件。上升趋势出现在七个不同的指标和特别强烈的极端降水在复合变量通过主成分分析。在区域基础上,极端降水的趋势向上是西南地区最高和最北部的部分国家。我们发现了非常相似的结果,当我们进行了同样的分析基于逐日降水数据从42站在伊朗。我们的研究结果表明,阿佛洛狄忒网格日报降水数据会出现相关的应用趋势分析等极端事件。

Raziei et al。34)发现,降水会减少在温暖的季节(春季和夏季)和增加在寒冷季节(秋季和冬季)在大多数伊朗。这将意味着更少的降水出现在温暖的季节和季节性的集约化和干燥。伊朗通常接收最大比例的降雨在寒冷季节。本研究的结果表明显著上升趋势发生极端指数伊朗西南部(意味着极端事件导致的部分年降雨量有显著增加)沿着扎格罗斯山脉最重要和最大的河流本地区的产生(例如,Karoon河,丢在河)。这个国家的其他地方,包括东南和西北地区没有显示在我们的研究期间的趋势。增加强化的季节性和干燥在伊朗,极端降雨指数的增加,将会非常危险对水的可用性在伊朗这样的干旱地区,每年只接收250毫米。与我们的研究结果一致,Alijani et al。26]表明,天雨总数超过第90百分位占全国的比例不成比例的总降雨量,甚至非常多雨地区极端降水的风险和相关的危险。我们的研究结果,以及许多其他研究的结果,表明水访问伊朗将继续是一个挑战前进。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。