中国干旱和湿润轮替与ENSO现象的关系和不稳定性外文翻译资料

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

中国干旱和湿润轮替与ENSO现象的关系和不稳定性

SU MingFeng^1,2 WANG HuiJun¹

摘要：通过计算1951到2000年来自中国160个气象站点的历史每月降水和温度资料得到PDSI指数。PDSI时空格局的第一个经验正交函数(EOF)揭示了降水和地表温度的一个相当线性趋势，这与用1951-2000年用月数据计算得出的PDSI趋势相似。EOF分析表明主导模式与ENSO事件在时空上有显著的关系。ENSO的EOF分析表明在ENSO的典型暖位相，在中国大部分地区地表干燥，尤其是在中国的北部，但是长江以南和西北地区却表现的比以往湿润。在典型的ENSO反位相，情况相反。从1951-2000年，在中国地区有大规模的几年到十年的干湿天气变化，这些变化和El Nintilde;o事件都有很强的联系。换句话说，当一个强大的El Nintilde;o事件发生时，在几年到年代际尺度上在中国潮湿和干旱天气有一个大的变化。研究还表明，过去2―3年气候变化在中国期间，尤其是北方的干燥和中国西北部的湿润，与自70年代以来的移向暖的ENSO事件和全球变暖密切相关。还研究了两者间的不稳定关系。研究揭示了ENSO现象与中国以3-8年为周期的干湿变化有良好的相关性，但是ENSO和中国干湿轮替变化的联系是不稳定的。研究表明，在年代际变化的相关性：ENSO与干旱和潮湿天气的变化小波之间的一致性在1951-1962和1976-1991较高，但早1963-1975和1992-2000的一致性较低。

关键词：PDSI, 干湿交替, ENSO, 不稳定性

引言

对中国气候变化的研究是非常重要的。有很多研究关于20世纪中国气候变化^[1-5]，这些研究主要基于降水和气温在中国的变化。由于全球气候变化及其对农业的影响，干旱和潮湿的变化引起了特别的关注。为了监测干旱和潮湿的轮替，并研究他们的变异，是必要制定许多专门的指标，结合可用的数据，如降水和温度^[6-8]。PDSI指数使用降水和温度作为参数是一个标准的方式衡量干旱的严重程度。这使得PDSI可以说明降水和气温在干湿轮替时的起到的基础作用^[9]。PDSI指数已经在全球气候变化研究中广泛应用于研究干旱气候和变异^[10,11]。在中国PDSI指数同样被运用，例如中国的北方^[12,13]。在这项研究中我们研究干旱和潮湿的轮替在中国的变化及其与ENSO的关系。

ENSO对全球气候系统影响很大。许多研究表明，ENSO还对中国降水和温度异常影响很大^[14,15]。降水和温度之间的联系和相互作用也是气候的重要特征。因此有必要研究ENSO和将降水和温度结合的气候指数之间的关系来描述中国气候变化。这项工作的动机是研究ENSO和中国PDSI之间的关系，和存在关系的不稳定性。

1 数据和PDSI

为了计算每个月的PDSI指数，我们用1951-2000年160个站点的每月的气温和降水数据，这些数据是从中国气象局（CMA）获得。空间站数据的空间覆盖率是密集的，在中国的东部地区，但在中国西部地区稀疏。SOI和标准化海平面气压指数是由美国的国家大气中心(NCAR)提供[16]。

PDSI指数是由Palmer (1965)创建的，为了测量··测量表面在大气中的水分供应和需求的累积偏差。它包括前期降水、湿度、水分需求（基于Thornth Waite经典理论（1948）为水文计算系统。Palmer 用双层桶式模型来计算土壤水分，同时对田间持水能力和水分迁移做了一些假设。PDSI通过某一地点的温度和降水条件计算从土壤湿度供给和需求模型^[9,17,18]。从理论上讲，PDSI是一个基于与当地平均状况的表面水分条件的标准化测量，也同样反映了趋势的发展。Palmer 在表1定义了PDSI的指标。

PDSI指数同样有一些问题。William Alley(1984), Heddinghaus and Sabol (1991)对PDSI指数提出了一些批评同时给出了一些建议。戴等人分析了全球陆地地区干旱和潮湿的变化^[10,11]。他们还提供了对我国土壤水分和长江流域数据的PDSI计算结果的详细评价，同时认为PDSI对气候的研究有帮助。为了评估和研究中国的干旱，AN等人校准基于华北部分站的PDSI^[19]。基于他们的工作，WEI等人使用校准的PDSI指数去研究在中国北部的干旱^[12,13]。

将PDSI与地表湿润指数和降水距平百分率做比较^[20]。所有这些应用的数据表明PDSI是干旱和气候变化的一个很好的分析工具。在这次研究中，我们使用的PDSI 2.0是由美国国家农业决策支持系统在2003年发布的。在这个版本中，有许多的改进^[21]。最重要的改进是自校准数据。对于原先的PDSI指数的一个常见的批评是在不同的位置索引的行为不一致，对于不同空间位置的PDSI指数比较困难，如果不是毫无意义的。自动校准PDSI能够通过用动态计算值代替指数计算中的经验常数的行为自动的校准。因此自动校准的PDSI指数能比原来的指数更好的进行空间比较。

2 ENSO与干旱和潮湿天气变化在中国的关系

图1表明PDSI的线性趋势在1951-2000，1951-1975和1976-2000年的情况，通过计算在中国每个月的数据。从1951年开始（图1(a)），中国的北部和中国的东北变得干旱，在此期间中国的西北，东南和西南的部分地区降雨量增加表面变暖相对较小。然而，我们可以在1951―1975和1976-2000(图 1(a),(b))找到线性PDSI趋势的差异。在1951-1975年期间整个中国北方，中国的东北地区和内蒙古变得干燥，在此期间在中国的中部和南部变得更加湿润，干燥和潮湿的区域的划分是明确的。特别是，在这期间它没有成为华北地区干旱。自1976以来，降水大幅减少在华北和华中的发生，但它变得潮湿在中国西北和东南西地区。这些结果表明，有干旱和潮湿天气在中国的年代际变化。实验同时表明在中国北方的干旱和西北地区的湿润之间有一定的联系。

由归一化标准偏差的PDSI指数的进行EOF分析。图2显示了时间和空间从1951到2000的每月PDSI的第一EOF模式。EOF的第一模式占总方差的11.4%。EOF的第一时间序列的主成分分析表明在70年代以后再中国的PDSI的线性趋势保持在一个较低水平。通过时间和空间的第一EOF模式的综合分析，对于一个正的时间系数，我们可以发现负值区是干燥的正值区是湿润的。在1951―2000第一EOF的空间格局与线性PDSI趋势模式的比较（图1（a））。

两种模式的相似性表明PDSI的EOF第一模态具有明显的物理意义，完美地体现了在干旱和潮湿的轮替在中国的变化。PDSI的第一EOF模式揭示ENSO时空是高度相关的，表明这一模式在中国干湿轮替的变化和ENSO是相关的，因此，代表一个真实的气候系统行为模式。表2显示了EOF第一时间系数之间（PC1）和ENSO指数的相关性。交叉相关性分析表明当ENSO指数领先EOF系数0到12个月时有显著的关系，尤其是领先6-12个月的情况，领先时间为3个月时相关性较低。在中国ENSO的冷暖阶段显着的相关性是不令人惊讶的，鉴于在降雨，干旱和洪水分布的变化。这种模式主要是通过与ENSO相关的降水异常引起的^[22-24]，在ENSO的影响引起的温度异常的较小[25]。ENSO与PC1之间的联系表明，在典型的暖位相ENSO的（厄尔尼诺），在中国大部分地表条件干燥，尤其是中国北方大部分地区，但是长江南部地区比以往多雨，以及中国西北地区。在ENSO的典型冷阶段，这些异常现象相反。这些关系是类似中国东部和ENSO的夏季降水之间^[26]。当然，这种线性的结果是只有一阶近似，因为ENSO的冷期和暖期之间存在不对称^[27]。

从上面的分析提到的，我们可以发现，ENSO在过去五十年中发挥着对中国干湿轮替变化的一个重要的角色。ENSO的主要特点是ENSO温暖的阶段（厄尔尼诺现象）和冷相位（拉尼娜滞后）的周期出现。ENSO是大气 - 海洋系统的年际变化最大的信号，它有全球气候的影响。

那么在过去的五十年，当有强的厄尔尼诺现象发生时中国气候确实发生了干湿气候轮替了吗？在主成分时间序列的第一个EOF的移动T-测试已经完成。为了测试这两个PC1的年际和年代际变化，移动的子系列应被选为际时间尺度。因为我们想研究ENSO对PC1的影响，ENSO的典型周期为四年，选择移动子系列为四年。当移动子系列为四年（如图3（a））时，PC1的突然改变时间是1954年，1965年，1969- 1970年，1983 - 1984年和1996年。这5个点出现在ENSO暖位相之后的一年或者是相同的时间。这表明在中国有大量的多年干湿轮替和变化与El Nintilde;o事件紧密联系。换句话说每当有强的El Nintilde;o事件发生时，在中国几年到十年的尺度上就会有一个干湿轮替变化。这五点不仅包括年变化也是年代际变化。为了强调PC1的年代际变化，我们选择移动子系列在十年来测试PC1。在PC1的年代际突变的时间是1965年和1983 - 1984年时，移动的子系列为10年。突然变化的两个点分别对应与1965年和1982 - 1983年强烈的厄尔尼诺事件。这表明ENSO不仅影响在中国干湿轮替的年际变化同时也对年代际变化有影响。

对中国气候的影响ENSO将有可能诱发PC1的年代际变化，如果厄尔尼诺事件是足够强大。我们同样可以发现在El Nintilde;o事件发生时PC1没有年际和年代际的变化。其中一个可能的原因是影响因子不仅有ENSO还有其他的因素。

为了给ENSO和PDSI在中国之间的关系的一个直接的印象，图4示出了在1951年至2000年中国160站之间的标准化海平面压力指数和PDSI的相关性。应当指出的是，相关性都高时ENSO指数超过PDSI 12个月或0个月，或滞后PDSI12个月。当ENSO指数超过PDS

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[30100]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word