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全球变暖已经毋庸置疑并预期仍将持续,气候变化直接导致全球中纬度大部分陆地区域和湿润的热带地区的极端气候事件发生不确定性的增加。其中,中亚地区是全球中纬度地带最干旱的地区,对全球气候变化影响极为敏感,导致极端气候事件发生的频率和强度的增加,区域面临的自然灾害风险上升。由于中亚五国地区缺乏基础气象站点观测数据资料,导致气候极值相关研究成果匮乏。作为中国“新时期丝绸之路”建设的核心地带,中亚地区的极端气候事件相关研究亟待加强。本文通过综合运用站点观测数据和栅格数据,对中亚地区气候极值的时空变化趋势及其特点进行了研究;通过9种突变检测方法对中亚地区气候极值的突变时间进行了检测,并试图寻找最适合中亚地区的气候极值突变检测方法;围绕大气环流因素和地理位置因素,对影响气候极值变化的主要自然因素进行了探索;探讨了中亚地区极端气候事件灾害风险管理与适应策略。 1.以CRU数据为基础,运用PLS模型对1957-2016年期间中亚地区的11个气候要素指标数据进行了时空变化趋势分析,结果表明:(1)中亚地区与气温相关的气候要素指标在时间变化上整体表现出显著的、连续的变暖趋势,年平均气温(Tmp)以0.32℃/10a的速率显著上升,在春季的增温速率(0.41℃/10a)最快也最为显著,日最低气温的升高(0.36℃/10a)对全区变暖做出了主要贡献;从空间上看,全区呈现出普遍的、广泛的升温趋势,其中在北疆地区、图尔盖低地-咸海-克孜勒库姆沙漠一带地区这两个核心区域增温速率最快。(2)与降水相关的气候要素指标在时间变化上表现出明显的湿润趋势,连续湿润天数表现出显著的减少趋势,年总降水量(Pre)以2.02mm/10a的速率不显著的增加。从空间上看,新疆地区整体湿润程度增加,但在哈萨克斯坦北部地区、图尔盖高原-图尔盖低地-咸海-克孜勒库姆沙漠一带地区以及土库曼斯坦西南部有干旱趋势。 2.以站点日气象观测资料数据为基础,对1957-2005年期间中亚地区17个气候极值指标进行了时空变化趋势分析,结果显示:(1)中亚地区气温极值时间序列和空间范围变化总体上呈现出显著的变暖趋势。年平均气温(Tav)、年平均最高气温(Txav)和年平均最低气温(Tnav)分别以0.032℃/a,0.024℃/a和0.041℃/a的速度显著(p<0.01)上升。其中,那些源于最低气温提取的指标比源于最高气温提取的指标变暖速率更快,在空间变化上也呈现出更显著的广泛的变暖趋势。(2)中亚地区总降水显著增加,连续干旱天数显著减少,强降水和单日降水强度显著增加。降水极值空间分异特征呈现出了很高的变化多样性和异质性,并呈现较低的显著性水平,受地形和位置影响显著,显示出显著变化的站点多分布在天山山脉、哈萨克丘陵、里海沿岸平原、克孜勒库姆沙漠等附近地区。(3)通过分析发现CRU数据的五个气象指标(Tmp、Tmx、Tmn、Frs和Pre)与站点观测数据提取的气候极值指标(Tav、Txav、Tnav、FD0和Prcptot)变化趋势相近。 3.探讨了突变检测方法的应用和中亚地区气候极值的突变时间,结果发现:(1)气候极值指标在不同时间序列内突变时间不同,突变时间只有在确定的时间尺度才有意义,并且会随着时间序列尺度的变化,一些平常点会随着时间和数据层次的升、降进化出现漂移。(2)根据8种突变检测方法对中亚地区10个气候极值指标的检测结果显示,Yamamoto法最为准确,其次依次是MTT,Cumulative Deviation,the Worsley Likehood Ratio和Cusum。因此,中亚地区的气候极值突变研究建议综合使用上述5种方法来最终确定突变时间。(3)突变检测结果显示,在1957-2005年期间,中亚地区的5个降水极值指标的突变时间全部发生在1986年;而5个气温极值的突变时间呈现出多样性,其中年平均气温的突变时间发生在1987年。(4)通过广义极值分布方法发现中亚地区气候极值的重现期值主要集中于10年周期及以下。 4.本文探索了大气环流因素、地理位置和地形因素对中亚地区气候极值的影响,结果发现:(1)在1957-2005年期间,本文选取的10个大气环流因子中最影响中亚地区17个气候极值指标变化的是西伯利亚高压(SH)和青藏高原指数B(TPI-B)。(2)1957-2016年期间,通过对中亚地区5个气候极值指标的变化率与相应高程、经度和纬度进行相关性分析发现,除了年平均气温的变化率与海拔高度没有显著的相关关系以外,年最高和最低气温、年霜冻天数和年总降水量这四个指标的变化率都与Ele呈现出显著相关的关系。同期,5个极值指标的变化率都与经度和纬度显示出显著的相关关系。在不同的海拔高度带上,不同的气候极值指标与纬度和经度的相关性也不同。气候极值的影响因素分析有待于做更细致全面的深入分析。