洞庭湖流域季节性气象干旱的时空变化及影响因素分析

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干旱是最常见且对人类社会影响最大的自然灾害,是由长时间水分亏缺造成的。洞庭湖流域位于长江中下游,对气候变化响应极为敏感,气象干旱频发。研究洞庭湖流域气象干旱有助于加强对流域季节性气象干旱时空变化特征及其影响因素的认识,为流域天气、气候旱涝灾害的防灾减灾提供参考。流域在一年中受到冬季风和西南季风、东南季风交替控制,各季节均有可能发生气象干旱,并且不同季节气象干旱的主导因素并不相同。因此,本文以洞庭湖流域为研究对象,基于流域103个气象站点1960~2017年的逐月降水数据,分析了流域气象干旱的时空分布特征,并利用逐月再分析资料对流域气象干旱的影响因素进行分析。结果表明:(1)针对过去58年的统计,1960年代冬旱频率较高,此后冬季流域呈显著的变湿趋势;1970年代秋旱开始增多,在1990和2000年代秋旱频率较高,秋季湖区附近有变湿的趋势,而西部地区变干;春季时流域大部分地区呈变干趋势,夏季流域呈较明显的变湿趋势,流域的水系上游地区易发干旱,在1980和2010年代,春、夏旱频率偏高。(2)夏、冬季流域整体Z指数分别在1985和1978年发生突变后保持增加趋势,秋季在2010年代出现突变后可能逐渐变湿。春、冬季在相邻的两年分别表现出干湿位相转换和位相一致特征,秋、冬季分别在τ=23和τ=28~30时(此处τ为时滞年数)表现出干湿位相转换。(3)在季节性气象干旱发生时,流域各季节在850h Pa高度层上均为下沉气流距平;在500h Pa高度层上,中高纬地区均存在似EU(Eurasia pattern)型遥相关波列,夏、秋季还存在EAP型(East Asian/Pacific pattern)遥相关且西太副高偏北;在200h Pa上的位势高度距平中心位置与对流层中层的风场距平中心位置相对应,夏季时存在Silk Road型遥相关,并且南亚高压偏弱。(4)在典型干旱年时,流域水汽输送通量呈明显的辐散态势;春旱时流域存在偏东的水汽通量距平;夏旱时水汽通量距平形势表现出夏季风偏强的模态;秋旱时流域西向水汽通量偏少;冬旱时流域地区为偏北向的水汽通量距平。各季节Z指数均与南北向净通量呈显著正相关。(5)前期ENSO(El Nino and Southern Oscillation)事件对流域春、秋、冬季旱涝产生显著影响。在消除前期ENSO信号后,阿留申群岛附近海域(S3)、澳大利亚东部海域(S4)海温、IOD(Indian Ocean Dipole)现象和IOBW(Indian Ocean Basin-Wide mode)仍分别与春、夏、秋和冬季流域旱涝有密切联系。S3区SST(Sea Surface Temperature)与流域春季旱涝通过西风带实现联系,S4区SST偏高似乎是东亚夏季风强度偏弱的表现,IOD现象为流域秋旱的重要影响因素之一,正位相IOBW有助于流域冬季降水动力条件的形成。(6)前期夏季的ENSO系列指数与春、秋、冬季流域整体Z指数均出现显著且持续的统计关系。在春季流域整体Z指数的拟合方程中,QBO(Quasi-biennial Oscillation)具有很大的系数;前一年夏季的GMLOT(Global Mean Land/Ocean Temperature)为夏季拟合方程中最主要的因子;前期ENSO系列指数在秋、冬季的拟合方程中占了很大的比重。(7)在夏秋季时,洞庭湖流域存在显著的稳定同位素降水量效应。降水中δ18O与流域可降水量和副高脊线位置指数均呈负相关,与流域中高层环流形势关系密切。菲律宾附近海域和澳大利亚东北部海域为流域重要的水汽源地,海洋大陆地区降水与降水中δ18O均与流域同向变化。
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