文摘

中国是一个国家受到多种自然灾害的影响,包括干旱和洪水。摘要变化的极端干旱和洪水的大尺度大气环流模式和他们的关系分析了基于月度降水数据从483站1958 - 2010年期间在中国。结果显示如下:中国的极端干旱和洪水的事件显著增加。1959 - 1966年期间,更多的干旱发生在中国南部和洪积事件在中国北部(DSC-PNC模式);对于1997 - 2003年期间(PSC-DNC模式),情况恰恰相反。有良好的人际关系在极端干旱和洪水的事件和西太平洋副热带高压,经向大气水分通量,大气水分,夏季降水。飓风大气环流异常发生在中国北部,紧随其后的是一个明显的负面高程异常和南方风异常在850 hPa和500 hPa DSC-PNC模式在夏天的时候,和一个巨大的上升气流从中国南部延伸到华北~ 50^∘n .至于PSC-DNC模式,情况与DSC-PNC模式形成鲜明对比。

1。介绍

干旱和洪水是世界历史上损失最惨重的自然灾害之一。近年来,洪水和干旱的频率和强度的增加已开始广泛关注(1- - - - - -6]。中国正面临增加极端气候事件,如干旱和洪水(7]。一些研究者已经研究了十年,中国降水的年代际变化在过去的50年,发现华北地区长期干旱与洪水条件在长江流域和华南时期从1970年代末到21世纪初(8- - - - - -10]。

在过去的十年中,已经提出的各种指标检测和监测干旱和洪水的事件;然而,精确的量化干旱和洪水的法术是困难的4- - - - - -6,11]。第一次提出的SPI麦基et al。12)基于长期沉淀历史对于一个给定的时期。这个长期记录被安装到一个概率分布,然后转换为正态分布,这样意味着SPI的位置和所需的时间是零(13]。SPI已经使用在许多研究已经证明是一个有用的工具在干旱事件的强度和持续时间的估计(5,12,14- - - - - -16]。SPI是多尺度指数,允许的客观比较干/湿地区不同水文条件政权。使用典型的时间尺度是1、3、6、12、24个月(SPI-1、SPI-3 SPI-6, SPI-12,和SPI-24 resp)和SPI-24通常被看作水文干旱(17]。SPI-24也可以用于监测地表水资源,例如,河流[18]。

许多研究的目标是增加干旱和洪水特性的理解和根本原因;然而,干旱和洪水的原因是复杂的(19- - - - - -21]。例如,戴et al。6)发现,在全球范围内非常干旱地区自1970年代以来已经翻了一倍多,有一个很大的跳跃在1980年代早期由于ENSO-induced降水减少。巴洛et al。22)发现,冷阶段ENSO事件和异常温暖海水在西太平洋导致1998 - 2001年的严重干旱中欧和亚洲西南部。另一方面,丁等。23)指出,太平洋和ENSO事件对中国夏季降水不能用来解释的方差降水。这意味着其他外部强迫的因素也可以发挥重要的影响在中国夏季降水的年代际变化。马和傅24]发现,减少降水近年来在北中国可能的一个关键因素造成强化和提高干旱事件。丁等。19]推断,中国北方的降雨变化与东亚夏季季风的减弱自1970年代末。朱et al。21)发现,南海上空的大气加热可能会推动西南风和上升气流的主要力量,加强华南夏季降水。吴(25)也报告说,印度夏季风环流进行了两个弱化过程在过去的50年中,与第一个发生在1960年代中期,第二个在1970年代末。

不过,目前尚不清楚如何削弱亚洲(尤其是东亚)夏季季风影响中国东部降水模式的重要向南转移。此外,年代际的原因削弱亚洲夏季风的发生仍然是一个悬而未决的问题(19]。丁等。23)认为积雪的变化在前面的冬季和春季青藏高原(TP)可能与亚洲夏季季风和中国夏季降水的变化。江et al。26)指出,降水增加在亚洲东北部和减少对中国在西太平洋副热带高压(副高)加强,在东亚季风流动变得较弱。周et al。27]分析了夏季降水之间的关系在台湾和大规模的大气环流,发现台湾的夏季降雨对北太平洋高压高度敏感。黄等。3)确定东亚季风(像)系统密切相关的远程并置对比模式经向上层对流层风沿着西风异常喷射在东亚。

尽管许多研究人员解决夏季降水的变化的性质和可能的根本原因在中国的一些地区3,19,23,28),极端干旱和洪水的大尺度大气环流和他们的关系变化对中国迄今为止尚未彻底分析。我们先前的研究阐明了中国北方干燥的倾向,并突然减少水分通量在中国北方的主要原因是华北地区干旱的频率越来越高。亚洲夏季风减弱引起的水分通量的减少向北传播在东亚(16,29日]。基于我们之前的研究和其他人的研究,我们假设WPSH的变化可能会使一个伟大的影响在中国的极端干旱和洪水的事件模式。

本研究的目标是()探讨长期改变的属性在中国极端干旱和洪水的事件;()检查WPSH之间的关系和我国极端干旱和洪水的事件;和()研究大尺度大气环流的影响在中国干旱和洪水的事件的发生,目的是了解全国干旱和洪水的事件背后的原因。本文有可能有助于提高我们理解极端干旱和洪水的事件在中国的变化,从而增强人类缓解气候变化下干旱和洪涝灾害。

2。研究区域与数据

该研究覆盖整个中国地区。由于其特殊的地理气候条件,中国是容易受到严重的洪水和干旱。近三分之二的土地面积在中国容易洪水灾害的类型和严重程度,和大多数的地方遭受不同程度的干旱灾害。自1990年以来,平均损失造成的洪水已达同期国内生产总值的1.5%左右,平均干旱带来的经济损失已经超过GDP的1% (http://www.mwr.gov.cn/english/fcdrc.html)。

摘要月度降水数据从483年国家气象观测站(动)站。之所以选择这些站,因为他们的质量好,连续1958 - 2010年期间的数据记录。提供的数据是国家气候中心(NCC)中国气象局(CMA)。中国地形图和测量站可以在图1。

整层的水分含量和水分通量分析基于NCAR / NCEP再分析数据集涵盖了从1958年到2010年。在实际的大气,水分很低在300 hPa,所以hPa将用于计算。的含水率和经向水汽传输通量()计算基于下列方程(30.]: 在哪里是特定的湿度,表面的压力,是大气压力,的重力加速度,是经向风场的组件。

大气环流的分析主要是基于850 hPa和500 hPa位势高度和风能领域的国家环境预报中心(NCEP)再分析,具有空间分辨率为2.5°经度。

中国气象局(CMA)定义了一系列的指标量化和监控WPSH的活动,包括面积指数、强度指数,脊的位置,西边界,北边界。在这篇文章中,该地区被选出的指标和强度指标测量WPSH。副高强度指数被定义为平均水平值的所有网格点流量通过使用500 hPa高度。网格点的总数域称为流量副高面积指数。在西太平洋副高,域是10 ~ 40°N, 110 ~ 180°E [31日]。洪水和干旱灾区来自国家水利部记录的中华人民共和国(MWR) (http://www.mwr.gov.cn/)。

3所示。方法

任何位置的SPI的计算是基于长期降水记录所需的时间(12]。干旱是分为四类:轻微、中度,严重,极端干旱。明确和详细的描述所需的步骤和桑德斯[计算提供了SPI·劳埃德-休斯32]。在24个月的时间尺度SPI是用来定义这个工作和伽马分布的水文干旱用于近似观察沉淀量的概率分布函数。

在中国比较干旱强度,干旱强度本研究采用。干旱强度可以被定义为 在哪里SPI值,是连续的干旱的时间序列,然后呢是一个月。

经验正交函数(EOF)是一个流行的工具在各个科学领域,如气象、地质和地理33]。EOF方法用于分析的主要干旱时空变异性的特点。EOF分析是一种统计技术,线性变换的一组原始变量显著小组不相关的变量代表的原始组变量的大部分信息(34]。基本上,EOF分析的目标是减少原始数据集的维数。小的一组不相关的变量更容易理解和处理进行进一步分析比一套大35]。

4所示。结果和讨论

4.1。极端干旱和洪水的模式在中国

极端干燥和湿润的方面在中国在过去的50年里已经被SPI-24评估使用观测降水数据集。图2显示了干燥和湿润的空间和时间分布SPI在中国用EOF方法。它指出,前三个主成分解释11.2%,8.6%,和7.7%的总变异SPI-24,分别。

从图2,我们可以发现,有三个主要的极端的干旱和洪水的模式在中国期间1958 - 2010。三个主要模式是““模式”,”模式,“分别在华东”模式(“+”意味着极端干旱和“-”表示极端洪水的)。从第一个EOF (EOF1,图模式2(一个)),更高的积极的价值观发生在中国南方和西北,而在中国北方发现负值。在中国北方的干旱和洪水的模式是负相关的变化在中国南方和西北,这表明中国东部干旱和洪水的模式具有明显的南北反对称模式作为一个整体。

第一主成分(PC1)提出了干旱和洪水的事件的长期趋势在整个国家1958 - 2010年期间(图2 (d))。在过去的50年里,我们可以发现洪积事件显著增加在中国南方(例如,珠江流域和岷江流域)和中国西北(例如,塔里木河流域)。然而,华北地区干旱事件显著增加(例如,黄河流域、海河流域和辽河流域)在同一时期。它也指出,更极端的干旱和洪水的事件发生在中国的1959 - 1966和1997 - 2003年,分别。1959 - 1966年期间,更多的出现在中国南方和西北干旱事件,而更多洪水的事件发生在中国北部。1997 - 2003年期间,一个相反的干旱和洪水的模式可以发现更多的中国北方的干旱和洪水的事件在中国南方和西北。应该注意的是,虽然在中国西北洪积事件增加,该地区位于一个arid-semiarid区域,所以洪积事件在中国西北的增加只是一个气候变得潮湿的迹象,这是完全不同的中国南方。增加在中国南方多雨的事件可能表示更多的洪水发生在这一时期。摘要1959 - 1966年期间代表的模式更多的中国南部的干旱和洪水的华北地区,而1997 - 2003年的时间显示更多的中国北方的干旱和洪水的华南地区。中国南方的干旱和洪水的模式在中国北方和洪积模式在华南和华北地区干旱的DSC-PNC PSC-DNC模式,分别。 Figure2 (b)显示第二个EOF的模式;我们可以发现中国东北的极端干旱事件显著增加(例如,Songhua-Liaohe流域)和中国东南部(例如,岷江流域和珠江流域)有更多的洪积事件显著增加中国中部(海河流域)和中国西北(塔里木河流域)。结合图2 (e)它可以推断出,更多的干旱发生在中国东南部和中国东北。EOF的第三模式表明,极端干旱出现在中国东北(例如,松花江流域)、华东(例如,长江中下游流域),和中国西北(例如,塔里木河流域),而洪积事件增加在中国西南和华北(例如,上部和中部黄河和内陆流域)。然而,图2 (f)显示了一个无意义的线性趋势。在中国的洪水和干旱灾区(图3(一个)),我们可以看到,洪水和干旱灾区显著增加在过去的60年。洪水和干旱灾区年均增加68000和179000公顷,每年分别。图3 (b)显示的长期趋势的总和洪水和干旱灾区。我们可以注意到,干旱和洪水灾区的速度在中国显著增加每年约247000公顷。这些结果都与中国的SPI值匹配。在这个研究中,我们主要分析EOF的第一模式和PC1可以呈现出中国的极端干旱和洪水的主要特点在过去的50年。

4.2。西太平洋副热带高压的变化

图4展示了年度之间的比较和我国夏季降水异常DSC-PNC和PSC-DNC模式。我们可以看到,降水异常显示南北反对称模式在1958 - 2010年期间在中国东部与极端的干旱和洪水的模式。此外,我们可以发现,夏季降水异常可以在很大程度上代表了年降水量异常;因此,夏季降水可能会使一个伟大的对中国的干旱和洪水的影响。黄等。3)还表明,东亚季风气候系统的变化可能与发生严重的洪水在长江和淮河山谷和长期的干旱在中国北部。

直接影响因素亚洲夏季季风降水,WPSH受每年剧烈波动强度和位置。许多研究表明,WPSH密切相关,东亚夏季风的强度和降水在中国东部。即WPSH可能导致的强度和位置的变化在中国东部夏季降水的模式(21,26,31日,36- - - - - -38]。WPSH可能发挥重要作用在中国的洪水和干旱模式。图5显示的强度和位置WPSH 500 hPa位势在1959 - 1966年的时间(DSC-PNC模式)和1997 - 2003 (PSC-DNC模式)在夏季环流)。北半球的位势高度在500 hPa DSC-PNC和PSC-DNC模式有很大的改变。它可以指出,副高的强度很弱DSC-PNC模式时更多的干旱发生在中国南部和洪积事件出现在中国北部。然而,至于PSC-DNC模式,WPSH变得更强,干旱和洪水的模式(图显示了相反的趋势2)。可以看出,消极的位势高度异常出现在中国从1959年到1966年期间500 hPa(图5 (c)),而积极的异常发生在中国从1997年到2003年期间(图5 (d))。DSC-PNC模式,中国是由负重力势异常而正位势PSC-DNC模式异常出现。

SPI值的比较,干旱和洪涝灾区,西太平洋副热带高压的索引可以在图中找到6。在这个图中,SPI值是一年一度的意思是基于PC1 SPI值;干旱和洪水灾害地区干旱和洪水灾害地区的总和。我们可以发现这两个区域和强度指数显著增加1958 - 2010年期间,在大多数情况下的面积和强度指数WPSH同意与干旱和洪水灾区。在1970年代和1960年代,SPI值,干旱灾区,洪涝灾害地区和干旱和洪水地区的总和比平时少,面积和强度指数也比平时小,而情况相反在2000年代和1990年代。

分析WPSH之间的关系和极端干旱和洪水的华东地区1958 - 2010年期间,time-latitude横截面平均超过110 - 120°E WPSH,子午水分通量,含水率,夏季降水图所示7。从这个图中,可以找到明显的负面WPSH异常在1970年代中期之前,而积极的异常发生在1970年代中期。的异常分布子午水分传输通量(副高)是相反的。更多的水分通量是从南到北在1960年代早期和1970年代中期,和更少的水分通量达到华北在同一时期。水分含量异常与经向水汽通量分布吻合较好。1958 - 1975年期间,能找到更多的水分含量在中国北部,而含水量少出现在1970年代中期以来中国北方。华北地区降水和降水少在中国南方在1970年代和1960年代被发现。不过,华北地区降水和降水少在中国南方出现在2010年代和1990年代。可以得出结论,WPSH的阶段是相反的子午水分通量,水分含量和沉淀。丁等。19]研究东亚夏季季风的减弱,导致降水减少在北中国自1970年代末。周et al。27)也报告说,有一个很好的夏季降水之间的关系在台湾和北太平洋高压同意与我们的结果。钱等。39]还发现,有一个很好的夏季降水和大气环流之间的关系在中国和东亚季风变得反常地弱连续与副高的面积在不断增加。

4.3。极端干旱和洪水的和大规模的大气环流

为了支持上述论点,我们显示在图8夏天均值和差经向环流细胞/ 105 - 120°E。上面板的平均发行量的极端干旱和洪水的年,和较低的面板之间的区别是极端干旱(雨季)年和年平均循环细胞。

105 - 120°E的经度带包括南中国海,东中国,韩国,日本和东亚和西方的代表北太平洋夏季季风(EA-WNP)。EA-WNP季风发行量上升运动特性与向南流在低水平(27]。期间1959 - 1966 (DSC-PNC模式),巨大的上升气流从中国南部延伸到华北~ 50°N(图8(一个)),而,段1997 - 2003 (PSC-DNC模式),南风气流减弱和大规模上升气流减少在中国南方~ 30°N(图8 (b))。从两个时期的风异常,向上风异常可以在中国北方和南方向下风异常发生在中国DSC-PNC模式(图8 (c))。相反,向上风异常出现在中国南方而向下风异常发生在中国北部的PSC-DNC模式(图8 (d))。这些结果与干旱和洪水的事件的模式在中国。

图9显示了空间分布均值和差的位势高度在850 hPa和500 hPa和风能领域。从这个图中,中国东部由南方夏季季风控制,风速也逐渐从中国南方到北方(数字9(一个)和9 (b))。明显负面位势高度异常和飓风大气环流可以找到在中国北方850 hPa - 500 hPa DSC-PNC模式。在此模式中,风异常发生在中国东部南部850 hPa - 500 hPa,这表明东亚夏季季风强劲。PSC-DNC模式、位势高度异常和大气环流是DSC-PNC模式完全相反。北方风异常积极跟随位势高度异常反气旋在华北850 hPa - 500 hPa这表明东亚夏季季风疲软。黄等。3)还指出,发生严重的洪水在长江和淮河山谷和长期的干旱在北中国有关,分别背景东亚季风的年际和年代际变化(像)系统。

5。结论

可变性的极端干旱和洪水的事件在中国大尺度大气环流和相关探索分析了从1958年到2010年的变化特征极端干旱和洪水的事件在中国和可能的原因。可以得到一些有趣的结论如下:(1)中国的极端干旱和洪水的事件显著增加1958 - 2010年期间作为一个整体。在过去的50年,洪积事件显著增加在中国南部和西北华北的极端干旱事件显著增加。(2)WPSH可能发挥重要作用在中国的干旱和洪水的模式。WPSH的强度很弱DSC-PNC模式期间虽然是很强的PSC-DNC模式期间,和负(正)位势高度异常可以在中国找到DSC-PNC (PSC-DNC)模式。(3)负WPSH异常可以找到在1970年代中期之前,虽然积极自1970年代中期异常发生。的异常分布,,副高是完全相反的。水分含量异常与经向水汽通量分布吻合较好。1958 - 1975年期间,能找到更多的水分含量在北中国华北地区有更多的降水。(4)DSC-PNC模式期间,巨大的上升气流从中国南部延伸到华北~ 50°N和明显的向上风异常可能会发现在中国北部。和一个气旋大气环流发生在华北南部其次是消极的位势高度和850 hPa和500 hPa风异常,这表明东亚夏季季风强劲。至于PSC-DNC模式,情况与DSC-PNC模式形成鲜明对比。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文财务支持的中国国家自然科学重大项目(批准号51190091)、项目支持南京林业大学杰出青年学者基金,国家自然科学基金(批准号41171020),卫星海洋环境动力学国家重点实验室,国家海洋局第二研究所、江苏省六大人才高峰计划(批准号2015 -司法院- 017),江苏高等教育机构的优先级学术程序开发(PAPD)。作者要感谢北京的国家气候中心气候提供有价值的数据集。