季风气候变化指标和时空转变模式在巴基斯坦

文摘

季风降雨是淡水的主要来源,重要的农业实践和人类生存在印度次大陆的夏天。本研究主要是为了分析降雨和温度变化的程度在巴基斯坦北部季风带通过卫星和地面观测。降雨的卫星网格数据从热带降雨测量任务(TRMM)获得的降雨和气温数据来自15个地面站巴基斯坦气象部门(PMD)。数据进行分析来确定气候变化参数和在巴基斯坦的季风降水时空转变。分析表明,TRMM之间有显著相关性,PMD的数据集。季风降雨减少,观察到在过去的二十年。更明显的减少,在季风降水在2010 - 2017年期间,即。,17.58毫米/年伴随着0.18°C增加温度。南季风降雨空间转变发生(降雨≥2.5毫米/天)是观察而向东确定中度到重度季风降水的变化。这项研究可能有助于农业像巴基斯坦这样的国家是严重依赖季风降雨对评估的影响季风季节变化和适应气候变化。

1。介绍

毕业典礼和持续时间之间的变化大夏季季风练习一个巨大的控制社会经济参数如水资源、农业、生态系统、经济和人类健康在南亚。在南亚,庞大的人口和不断增长的农业部门依赖季风降雨模式,任何中断会造成巨大的问题。至关重要的探索季风动力学的反应温度和不同的温室气体浓度上升在科学和社会层面1- - - - - -4]。

即将到来的气候变化和影响,它将对降水分布模式迫在眉睫的威胁全球的水生生态系统。政府间气候变化专门委员会(5)已经表示,干旱地区可能会在这两个空间和时间,极端降水事件和强度可能会上升的表现影响气候变化对新鲜水的系统。长期变化区域和地方尺度的季风降雨在印度在该地区在社会经济产生重大影响圈(6]。印度次大陆将负面影响由于高度偏差在极端气候,气温上升,夏季降水显著减少一些地区可能造成水分胁迫到2020年(5]。

印度夏季风起着至关重要的作用在水文循环的南亚作为总该地区降水的主要来源。随着冰川融化,季风作为骨干为印度次大陆的社会经济结构,提供关键的农业用水和家庭使用。这种降水系统是一个全球环流系统的一部分,帮助调节地球的温度将热量从热带地区向高纬度地区(3]。季风进入巴基斯坦从两个不同的方向;首先方法是当来自孟加拉湾西南风进入巴基斯坦旅行沿着喜马拉雅山脉的山麓。锡亚尔科特地区,Jhelum,伊斯兰堡,巴基斯坦拉合尔收到第一个雨季,和这些电台是巴基斯坦的一部分的巴基斯坦北部季风belt-main季风发生地区。第二个途径是当西南大风从阿拉伯海进入巴基斯坦。收到这些气流构成降雨的地区东南部地区的巴基斯坦[7]。

在巴基斯坦的季风降水趋势的长期研究非常有限。空间分析对巴基斯坦的地理区域表明季风降水减少了1970年代后(8]。因为相同的季风系统影响巴基斯坦和印度,从印度一些研究可以与巴基斯坦之间的关系。降雨量印度显示强大的空间和时间偏差和巨大变化的平均值。各种研究表明总体趋势下降的季风降雨在印度许多地方(例如,9- - - - - -13])。季风活动对该地区在最近的变暖趋势有所减弱(14],季风降水下降了2.4%在1979 - 2009年与1949年相比,1978年[15]。subseasonal规模的另一个地区的研究表明,有一个减少降水在7月和8月在1976 - 2004年在主以及印度西南季风区域(11]。降雨测量接管土地描述降雨的减少趋势在亚热带和热带地区1951 - 2000年期间越来越趋势在情理之中的北半球,因此与不断上升的温室气体排放水平(2,4]。

明显的变暖的趋势在孟加拉湾,赤道南印度洋和阿拉伯海显著加速1971年- 2002年期间(11]。而表面温度增加会导致干旱强度增加,另一方面,持水量的空气每1°C变暖增加了约7%,这进一步导致大气中高浓度的水蒸汽(16]。单位提升额外的水分运动存在于大气削弱了大气环流,导致削弱季风系统(17]。然而,印度夏季风系统不直接取决于空气温度的增加,热带地区复杂系统在起作用[16]。

在巴基斯坦的季风雨季的长度与其他国家相比是相当有限的影响下相同的季风系统因为巴基斯坦位于最西边的西南季风区域。图1显示了巴基斯坦在印度夏季风的位置,和图2描绘了活跃的降雨时期对巴基斯坦由等降雨量线表示。夏季季风的活跃时期巴基斯坦是一个半月比4个月在印度(18]。这季风系统的两个重要特性(i)从6月到9月,每年定期发作(ii)和不规则变化的季节意味着降雨从一年到另一个(7]。南亚夏季风系统被认为是一个完全耦合ocean-land-atmosphere系统涉及的交互与山脉的地区;然而,所有的反馈和机制尚未完全研究[19]。

2010年的特大洪水的水文和sociologic事件在巴基斯坦极端大小。虽然事件是受很多其他因素的影响如融雪由于气温升高和水管理实践问题,事件主要是标有异常沉重的和长时间的降雨事件。受冲击最严重的地区包括开伯尔-普赫图赫瓦省和国家的北部省份自由查谟和克什米尔和2000人死亡(20.]。这些不寻常的事件引发了一场有趣的辩论在科学和社会监督检查的极端季风降水导致毁灭性的洪水。降水测量通过使用卫星和天气预报模型可能协助监控以及预测对流降水系统,如季风的演化和运输(21]。

像巴基斯坦这样的国家,提高对自然水资产管理实践是非常重要的,因为降雨是一个季节性的现象。在目前的研究中,在巴基斯坦的季风和postmonsoon季节降水趋势分析及其与温度趋势已采用地面和卫星观测调查。因此,这项研究成为重要的为了解决巴基斯坦的最大的水需求,它可以作为一个基线为有关部门设备更好的策略来满足日益增长的需求的水以及缓解巴基斯坦的洪水的不利影响。

2。材料和方法

地面气象站的数据进行了分析研究降雨和气温的变化在巴基斯坦的季风和postmonsoon季节在一段38年(1980 - 2017)。6月,7月,8月和9月是雨季,10月和11月构成了postmonsoon季节在巴基斯坦(18]。

卫星数据已经被用来关联结果与地面数据以及观察研究地区季风模式的转变。研究网格降雨数据取得了从热带降雨测量任务(TRMM)。热带降雨测量任务(TRMM:http://trmm.gsfc.nasa.gov),成立于1997年,使用主动和被动微波仪器改进热带地区雨量的估算和提供了一个基础合并降雨信息从其他卫星22]。

在这项研究中使用的数据集是TRMM_3B43,月度产品分辨率为0.25×0.25度。关于数据的数据,进一步描述产品可以访问https://giovanni.gsfc.nasa.gov。

降雨和温度数据从巴基斯坦气象部门(PMD) 15地面站位于巴基斯坦北部季风带被用来发现降水变化在巴基斯坦北部(图1)通过长期和10年的趋势分析。这些数据与TRMM的观察。此外,Mann-Kendall测试被用来检查趋势的统计显著性季风降水和温度(23]而森的斜率估计量被用来衡量斜率的大小(24]。空间转移季风模式分析了利用卫星和地面数据和10.5.1 ArcGIS软件版本。

特别强调了8年来从2010年到2017年,包括异常历史2010年洪水和以下最近几年。年降雨量的变化已经使用1980 - 2009年的30年期基准计算。检查其统计学意义一直使用一个样本均值的比较t以及。TRMM、任何适用的基线被设置为1998 - 2009,TRMM于1997年推出以来,在观察跨度不变作为PMD,即。,2010 - 2017。

3所示。结果与讨论

3.1。卫星和地面观测的降水比较

图3显示比较的季风降雨在巴基斯坦使用TRMM_3B43卫星数据集和降雨中观察到各自的PMD的地面网络北部季风带。地图描绘基线(从1998年到2009年平均12年的值)和个人2010年- 2017年季风季节及其关联值(毫米/天)。相关的目的,卫星季节性的意思是季风值(毫米/天)提取仅供地面站的坐标。地面站显示为小圆的地图用同样的传奇(颜色)值作为卫星数据描述如何密切的两个数据集相互关联。2010年至2017年,季节性平均季风的绘制。很明显从图,数据集都强烈相关r(皮尔森值)从0.86到-0.97不等。它可以得出结论,TRMM卫星数据是一个有用的,可以用来评估降雨估计季风季节对巴基斯坦提供足够的精度。他们可以是一个有价值的来源确定降雨量大的地区的时空变异性的地球表面,测量仪器如雨量数据不可用(25]。类似比较网格卫星数据(TRMM的数据集3 b42-v6和3 b42-v7,三个小时的数据集)和再分析产品在印度次大陆包括巴基斯坦表明,采用卫星降水产品3 b42 (V6和V7中)表现出强烈的相关性不仅为雨季,也为其他季节(26]。最近的一项研究指出,TMPA (TRMM卫星降水分析)是一个可靠的地面天气预报数据,替代水资源管理和作物监测平原以及巴基斯坦中海拔地区所有四季(25]。

3.2。时间评估降雨和温度变化

巴基斯坦北部季风带接收超过80%的总降雨量在巴基斯坦(18]。它可以清楚地看到在图2巴基斯坦接受更少的降雨和季风离开比早些时候印度次大陆的东部地区。比较总降雨量和温度记录的季风带北部的呈现在图4(一)在季风和图4 (b)在postmonsoon季节。线性适合采用季节平均气温和降雨记录为了探索任何现有的趋势在两个数据集。季风降水统计上显示了一个无关紧要的减少0.10毫米,如图所示Man-Kendall测试(表的价值1)。的长期温度数据显示显著增加0.014°C和0.026°C每年的季风和postmonsoon季节,分别。

降雨和温度记录进一步调查,以探索在年代际尺度上观察到的变化。自2010年洪水构成重大气象和环境事件的,重要的是研究的趋势后,事件。特别强调了在2010 - 2017年的变化研究近年来的变化。

研究1980 - 1989年的第一个十年越来越降雨但以下两个几十年和过去八年描绘一个季风降雨减少,降低最明显的2010 - 2017(图5)。在postmonsoon,增加温度的斜率,即。,0.11°C per year, as compared to the baseline is observed (Figure6)。降雨量的增加通过所有几十年描绘了一个统一的增加在该研究领域(气候变暖)模式。表2给出了总结季风和postmonsoon季节的年代际变化。温度增加了季风和postmonsoon季节除了2000 - 2009年的十年中,温度下降斜率在这两个季节。温度的增加很明显在2010 - 2017年为0.18°C和0.19°C季风和postmonsoon,分别。海德尔et al。14]观察上升了0.7°C使用气象站1997 - 2010年期间在巴基斯坦。

降水模式控制的热带和亚热带的海洋表面温度波动(27],ENSO之间线性关系的强度和印度夏季风降水显示偏差在十年时间内,这可能是由远程并置对比或自然变化。年温暖的太平洋海温异常(厄尔尼诺现象)描述一个弱季风环流和迟到,而相反的行为是观察多年,拉尼娜现象或冷太平洋海温异常(28]。这个长期承认逆相关性ENSO和印度季风降水有些拒绝自1970年代末以来,在干燥季风和温暖的事件由热带东太平洋海面温度(SST)异常有关29日]。降雨量的减少活动的减少是由于南北SST梯度在北印度洋和季风环流在印度与邻国(30.]。除此之外,变暖趋势之间的显著差异在海洋盆地和印度土地质量可能会导致降低陆地温度对比度和削弱组织的力量融合在印度海洋偶极子(12- - - - - -31日]。因此,即使在印度洋海洋表面温度的平均趋势是积极的,趋势的空间分布并不鼓励空间相干温暖海面温度(SST)或组织动力学所必需的季风(32]。它是更加复杂的土地利用和土地覆盖的变化(33),增加或减少灌溉土地在印度可以本地以及远程通过改变影响发行量(34)和增加的温室气体浓度(2- - - - - -4]。

自2010 - 2017年显示一个大大大降雨减少,比较一次由1980 - 2009年的长期趋势与过去8年的平均趋势是否保持不变或增加/减少(图7)。增加2010 - 2017年平均降雨量显著长期趋势没有改变趋势线。降雨量减少的趋势是相同的,尽管2010年看到一个异常高的季风降雨在巴基斯坦。

夏季季风的年际变化是一个重要的特征在南亚。尤其是在巴基斯坦存在大量降雨年际变化。强调印度季风系统的这一特点,尝试研究每年平均降雨量的增加或减少,从2010年到2017年。增加了26.4,3.46,18.99,2.60,8.75%,2010年,2011年,2013年,2014年和2015年被观察到,而减少7.43,9.53,11.38%,在2012年,2016年和2017年,分别为(表3)。由于巨大的年降雨量的差异,很难找到一个单调趋势数据。需要持续的监控和分析来评估这一趋势,考虑到大规模的发行量。

南亚夏季风变化的复杂性被特纳在最近的观察和Annamalai19)的一项研究对该地区306站降水表现出消极趋势但增加更多的最近的数据时间序列表明略弱减少比在前的一项研究中,自1950年以来,夏季降雨量下降到2000。高在季风年际变化可以归因于ENSO和印度洋偶极子(例如,35)在许多其他因素。海洋表面温度(太平洋)是印度季风变化的主要预测组件,其中ENSO和IOD是主要的驱动程序。

然而,各种其他因素已确定,在降雨变化不容忽视的作用。这些也包括春季积雪深度在喜马拉雅山脉,和对该地区气溶胶的存在27,36)已经观察到导致亚洲夏季季风降水减少(37]。

3.3。在季风和Postmonsoon雨天

雨天总在这两个季节计算调查雨天在年代际尺度的变化。PMD和印度气象部门识别与降雨量2.5毫米或更多一天雨天(38]。一天降雨等于或超过2.5毫米/天计算作为一个特定的地面站的雨天。雨天的总数在这项研究中对应于平均的雨天地面站位于巴基斯坦北部季风地区。

数据8和9证明了雨天在季风和postmonsoon季节的变化,分别。所有的几十年描绘一个数量的增加或减少雨天在构象的总降雨量的增加和减少。减少数量的雨天在季风可能与更强烈的暴雨和洪水在巴基斯坦被报告(7,39),但这需要在更大的时间尺度的调查。对巴基斯坦的一项类似研究发现降低频率的季风降雨在巴基斯坦北部和吉尔吉特Baltistan [40]。同样,Das et al。32)发现了一个下降趋势意味着夏季季风降雨和雨天在印度中部和西部海岸。

3.4。亚洲季风和大规模的发行量

研究了ENSO对季风降水变化的影响在巴基斯坦,尝试比较降雨模式与厄尔尼诺和拉尼娜指标各自的年。百分比的季节性降雨从长期平均水平(1980 - 2017)计算并绘制在图10。研究降雨是影响ENSO,厄尔尼诺年由红条机密而拉尼娜年杰出的绿色的酒吧。

厄尔尼诺和拉尼娜年的记录已经被从金门天气服务,加拿大(http://ggweather.com/enso/oni.htmENSO年下降的),我们的研究跨越绘制。只有温和的强ENSO事件图绘制。可以看出七厄尔尼诺年,五年显示负偏离均值而六拉尼娜事件,三年有积极的离开的意思。1994年和1997年相比,降雨量与厄尔尼诺现象描述大量增加意味着在厄尔尼诺年的大部分表现出抑制季风。各种研究报道在厄尔尼诺年降雨量的减少在巴基斯坦和增加在拉尼娜事件期间(1951 - 201241]。ENSO事件影响印度季风系统在大型次大陆规模(42),对一个小的地理位置的影响像巴基斯坦可能不是非常明显。长期季风降水数据的比较分析ENSO中性nonneutral年证明了巴基斯坦的季节性降雨是影响ENSO循环,但没有明显的关系被发现到目前为止(43]。

印度洋偶极子(IOD)代表异常行为的海面温度交替西印度洋成为温暖,然后冷比东部的海洋31日]。风场和风揭示了强耦合之间的联系的海洋动力学和降水模式。差异中找到相关的厄尔尼诺现象和季风降水的增加可以部分解决的IOD,积极IOD指数通常否定ENSO的影响,导致增加了雨季,如1983年,1994年和1997年。然而,几项研究已经表示正面和负面IOD产生的影响在印度次大陆的雨季,澳大利亚,非洲东部和东南亚地区(如。31日,44])。

除了IOD, ENSO影响在巴基斯坦和其他地区的季风降雨变化在某种程度上,但它不是唯一的因素,而不是强烈相关。

3.5。空间季风模式的转变

气候变化也是降水的空间变化模式在世界的各个部分。这些变化的最敏感的是时空的印度季风系统的转变。调查是否有空间转变季风降水发生在巴基斯坦在2010 - 2017年的时间对一个基线的1998 - 2017年降雨程度计算利用ArcGIS软件版本10.5.1两个阈值,即:、降雨超过或等于2.5毫米每天和每天大于4毫米。根据PMD,大额存款的最低金额是2.5毫米/天下雨一天可以确定为雨天,而4毫米/天阈值已经被描述一个中等到高强度降雨。这种转变是计算使用TRMM卫星数据通过选择降雨量只有那些像素值大于阈值。因为这些数据(TRMM_3B43)每月降雨产品,我们使用平均每日2.5毫米/的值和4毫米/天作为阈值。

这些像素创建了一个独特的多边形(不同的颜色代表各自的年图10)是上述地区季风降水雨量阈值。该地区受季风影响的计算,每年,平均面积计算的基准(1998 - 2009)以及研究2010 - 2017年。

地面站数据从PMD也分析了减少和增加的趋势在地面站、和电视台策划的卫星数据空间范围和转变。车站展示增加降雨所示红色标志和加号而站减少降雨的蓝点和消极的迹象显示在图11。

每年季风降水的空间程度差别很大,如图12;降雨的平均空间程度大于2.5毫米/天似乎延长south-eastwards从1998 - 2009年的平均程度。

减少地区受季风影响4毫米/天雨量阈值(中度到重度的降雨)和2.5毫米/天增加阈值识别(表4)。减少足够的季风降雨影响区域可能有负面影响农业和水资源管理等其他用途。考虑到区域图11接受在季风降雨2.5毫米/天,11752公里的东南部有一个转变²在低端(前进),而7523公里²转变从上端(后退)北部季风带。有一个向西14388公里的转变²降雨量的地区降雨量超过4毫米/天(后退侧)。

空间从TRMM数据推断出季风模式的转变也证实了PMD站的观测。因为是图11,大部分电台位于东南部的一面显现出研究区降雨量的增加而递减的趋势在西北部的巴基斯坦北部季风带的观察。

哈尼夫et al。43)发现了一个向西转移季风模式在1951 - 2010年的时间内通过地面站数据。进一步,它可能在很大程度上受到了异常暴雨西北部地区的季风带在2010年。本研究着重于空间的转变,从2010年开始和使用卫星数据计算公里的区域²空间的转变。此外,转变的程度还没有计算在出版的文学领域。

4所示。结论

降雨和温度变化进行这项研究是一个长的气候趋势的一部分。它表现出一个倾向和削弱变暖季风在巴基斯坦北部季风带,特别是在过去的8年。降低更明显观察到季风降水在2010 - 2017年相比前面的三十年,标志着对该地区最近的干旱季风异常暴雨后的2010年。研究区域,有0.01°C每年季风温度上升和0.1毫米/年降雨量的减少而上升的温度在过去八年的研究,即,2010 - 2017,更明显(0.18°C和17.58毫米/年降雨量的减少)。TRMM的比较和PMD数据表现出显著相关性降雨量15站在巴基斯坦北部季风带。培生的价值从0.86到0.97不等。

结果显示,巴基斯坦的季风降雨空间转变。有一个向南季风降雨空间转变发生在巴基斯坦而向东转移中度到重度季风降雨事件。

在巴基斯坦的季风的年际变化是一个重要的特征,很难预测降雨模式的某种趋势。季风变化和矛盾可以部分归因于IOD和ENSO等大规模的发行量。然而,有强烈需要证实等额外因素的进化的温室气体,观察到的变暖、气溶胶的作用,和在该地区的土地利用和土地覆盖的变化。

数据可用性

卫星数据用于支持本研究的发现是可用的https://giovanni.gsfc.nasa.gov。地面站的数据用于支持本研究的发现是由巴基斯坦气象部门(PMD)许可证,所以不能免费提供。请求访问这些数据应该对计算机数据处理中心(高等)的巴基斯坦气象部门(PMD)info.cdpc@pmd.gov.pk。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者承认电脑数据处理中心(高等)的巴基斯坦气象部门(PMD),谁为这项研究提供了地面站降雨数据。博士研究工作的学者是由高等教育委员会,巴基斯坦(ps3学者销:315 - 14941 - 2 - 111)。卫星数据分析在这项研究中的应用是乔凡尼在线数据系统和生产开发和维护由NASA GES盘。

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