全球增暖背景下中国四季的划分及与夏季降水的关系

【摘要】：自然天气季节的划分是天气气候学研究的主要内容之一,对农业生产和中长期天气和气候预测具有十分重要的意义。当前气候背景下,全球增暖使得气候系统的一些固有属性发生了变化,由此也将对季节产生影响。为了研究季节对全球增暖的响应,迫切需要重新审视原有的季节划分指标,提出适用于当前气候背景的客观和定量化方法,以此揭示当前季节变化所呈现出的规律和特征,为现有的农业生产以及天气、气候预测提供指导。本文基于这一问题,首先从多气象要素的角度描述季节变化,结合相似理论和突变检测理论,研发了适用于季节识别的新方法。通过与传统划分方法进行对比,发现利用多要素比单一的温度要素能更全面贴切地描述气候状态的变化,由此得到的划分结果更贴近大气环流形势和大气活动中心等的季节变化；而从突变角度考虑季节划分,更能反映出季节转换时大气系统的调整和气候状态的转折突变,更好地反映了大气系统在季节内保持相对平稳,在季节间发生较大的调整的事实,而且所划分结果能够突显出局地气候系统及地形等差异对季节变化的影响。其次,利用中国1961-2008年752个站点逐日温度、气压、相对湿度和降水量资料,采用非线性相似检测方法对中国四季进行了划分,研究了近50年全球显著增暖情形下中国四季的时空演变特征。结果表明：(1)气候增暖背景下中国大部分地区冬季持续时间明显缩短,缩短幅度达到10天以上,尤其在20世纪80年代中后期发生转折后缩短趋势突然增强,平均0.29天/年；夏季持续时间自1961年以来增加2.8天,秋季持续时间自1961年以来增加4.7天,且它们在20世纪80年代中后期也各发生一次转折变化,春季持续时间总体48年增加2.6天变化相对较小,但在20世纪90年代后期发生转折变化后呈现出明显增加趋势；(2)与持续天数的变化相对应,中国春季和夏季的起始时间呈现出提前的趋势,而秋季和冬季则呈现出推后的趋势,尤其是气候显著增暖的20世纪80年代中后期以后变化更为明显；(3)不同季节的变化存在一定的差异,中国大部分地区冬季持续天数和起始时间变化最为明显,春、夏、秋三季相对较弱；同一季节不同区域响应也不同,就全国而言北方比南方响应明显,而以黑龙江为代表的东北地区、以新疆为代表的西北地区以及以海南为代表华南等地变化最为明显。最后,利用1961-2010年NCEP/NCAR提供的逐日平均再分析资料,对中国东部地区前冬季节来临时间进行划分,并探讨中国东部地区平均前冬季节来临时间偏早/偏晚与中国东部夏季降水之间的关系,结果发现：(1)中国东部前冬来临时间与中国东部夏季降水存在两个正相关带和两个负相关带,且与其夏季雨带的位置大致吻合。正相关带分别位于华南、西南以及黄河以北的39°N～42N一带、东北中南部等地区,负相关带分别位于黄淮、江淮以及长江中下游一带和42°N以北的大部分地区。(2)统计特征表明：中国东部地区前冬季节来临时间偏早的年份,Ⅱ类雨型发生频率大于其气候发生频率,Ⅰ类和Ⅲ类雨型发生频率则比气候频率偏小；前冬季节来临偏晚的年份,Ⅰ类雨型发生的频率偏大,而Ⅱ类和Ⅲ类雨型发生频率偏小,典型年份的合成分析结果与雨带类型的统计结果相一致。反之,从雨型与前冬来临时间的对应关系统计分析发现,Ⅰ类雨型年份,中国东部地区前冬季节来临时间显著偏晚年份占优,而Ⅱ类雨型年份,前冬季节来临显著偏早年份占优,Ⅲ类雨型年份对应关系不显著。总体而言,季节来临早晚与雨带分布表现出一定的对应关。(3)前冬来临早晚对应了不同的前期和同期海温、水汽和环流型,受海—气相互作用的影响,造成降水空间分布的不同。 【关键词】：季节划分 相似度量方法 非线性相似检测 最优分割法 全球变暖 夏季雨型 厄尔尼诺/拉尼娜 Wlalker环流 Hadley环流
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P457
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究进展11-12
• 1.3 以往研究的不足及面临的新问题12-13
• 1.4 本文研究的主要内容13-15
• 第二章 中国四季的客观定量划分及变化特征15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 季节划分方法15-18
• 2.2.1 候平均温度方法15-16
• 2.2.2 多要素相似度量方法16-17
• 2.2.3 非线性似度量方法17
• 2.2.4 季节内离差最优分割方法17-18
• 2.2.5 候期的计算方法18
• 2.3 资料及处理18-19
• 2.4 几种方法划分结果的比较19-23
• 2.5 中国多年平均四季起始时间和持续时间分布特征23-26
• 2.5.1 四季起始时间特征23-25
• 2.5.2 四季持续时间特征25-26
• 2.6 小结26-28
• 第三章 中国季节变化对全球变暖的响应28-37
• 3.1 引言28
• 3.2 全球增暖背景下中国四季的响应特征28-35
• 3.2.1 四季平均持续天数的时间演变特征28-30
• 3.2.2 四季平均起始候数的时间演变特征30-32
• 3.2.3 四季平均持续天数的空间演变特征32-35
• 3.3 小结35-37
• 第四章 中国东部前冬季节来临早晚与夏季降水的关系37-54
• 4.1 引言37
• 4.2 资料和方法37-39
• 4.2.1 资料37-38
• 4.2.2 区域划分38
• 4.2.3 区域平均计算方法38-39
• 4.2.4 季节划分39
• 4.3 中国东部地区季节来临时间与夏季降水之间的联系39-45
• 4.3.1 中国东部近50年前冬季节来临时间的变化39-40
• 4.3.2 前冬来临时间与季风的关系40-41
• 4.3.3 前冬季节来临早晚与夏季降水之间的相关分析41-42
• 4.3.4 中国东部平均前冬季节来临早晚与雨带的关系42-44
• 4.3.5 中国东部平均前冬季节来临早晚对应的夏季降水合成分析44-45
• 4.4 前冬季节来临早晚对应的环流、水汽输送及海温场形势45-51
• 4.4.1 前冬季节来临早晚对应的环流特征45-47
• 4.4.2 中国东部前冬季节来临早晚对应的水汽通量场特征47-49
• 4.4.3 中国东部前冬季节来临早晚对应的海温场特征49-51
• 4.5 前冬来临早晚影响夏季降水的机理模型51-52
• 4.6 小结52-54
• 第五章 结论和讨论54-57
• 5.1 结论54-55
• 5.2 讨论与展望55-57
• 参考文献57-62
• 在学期间的研究成果62-64
• 致谢64-65

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