海洋降水與中國(guó)區(qū)域夏季降水對(duì)全球變暖的響應(yīng)：模態(tài)提取與時(shí)空分析.pdf

1、降水是人類(lèi)生產(chǎn)生活以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的重要因素之一，同時(shí)，降水也是海-氣因子中最難預(yù)測(cè)的因素之一。加之工業(yè)革命后，二氧化碳等溫室氣體在大氣中的濃度逐漸增加，地球的能量平衡因溫室效應(yīng)的加強(qiáng)而改變，全球溫度逐漸上升，1981年至2010年，全球平均溫度大約上升了0.6℃，全球變暖已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，隨之發(fā)生的極端降水事件的增多與增強(qiáng)，嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境的平衡與人類(lèi)的正常生活。雖然目前人們對(duì)降水的研究已有豐碩的成果，但是對(duì)海洋降水趨勢(shì)及機(jī)

2、制的認(rèn)識(shí)，中國(guó)區(qū)域降水年代際模態(tài)特征及影響因素仍存在分歧。本論文將以研究海洋降水以及中國(guó)區(qū)域降水對(duì)全球變暖的響應(yīng)為目標(biāo)，對(duì)海洋及中國(guó)區(qū)域降水進(jìn)行模態(tài)提取及時(shí)空分析。
　　本論文圍繞這一目標(biāo)主要做了以下幾方面的研究工作:
　　1.建立了衛(wèi)星遙感反演降水的誤差修正模型。八十年代后期以來(lái)，以SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)為代表的星載微波輻射計(jì)發(fā)射后，衛(wèi)星遙感在降雨觀測(cè)中發(fā)揮了越來(lái)越重要

3、的作用。雖然遙感手段觀測(cè)降水具有時(shí)間連續(xù)，空間范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)都受到反演方法的限制，從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。比如，在反演的過(guò)程中，較少考慮到風(fēng)場(chǎng)在降水過(guò)程中對(duì)水滴產(chǎn)生的飄移作用。針對(duì)此問(wèn)題，本論文利用海表面風(fēng)速與高度的對(duì)數(shù)關(guān)系、風(fēng)向與高度的關(guān)系，推算出高空的風(fēng)速、風(fēng)向及相應(yīng)風(fēng)力的關(guān)系，建立了風(fēng)場(chǎng)影響降水飄移距離的誤差修正模型，糾正后比糾正前的TRMM衛(wèi)星降水?dāng)?shù)據(jù)，相對(duì)GPCP(Global PrecipitationClimatolog

4、y Project)的誤差修正了12％左右，為海洋降水模態(tài)的研究奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　2.驗(yàn)證了區(qū)域選擇會(huì)影響經(jīng)驗(yàn)正交方法(Empirical Orthogonal Function，EOF)的模態(tài)提取結(jié)果。在提取中國(guó)區(qū)域降水模態(tài)特征時(shí)，EOF方法被廣泛使用。但是EOF方法有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)性，導(dǎo)致分析的模態(tài)結(jié)果有時(shí)會(huì)難以解釋。通過(guò)將全球分割成不同的區(qū)域，研究區(qū)域大小選擇對(duì)EOF模態(tài)提取結(jié)果的影響。主要將全球進(jìn)行海、陸分割，經(jīng)度帶、緯度

5、帶的條狀分割以及36塊區(qū)域的塊狀分割。試驗(yàn)結(jié)果顯示，全局EOF方法進(jìn)行模態(tài)提取時(shí)會(huì)將局地特征進(jìn)行高度平滑，導(dǎo)致局地精細(xì)模態(tài)無(wú)法顯示或錯(cuò)誤顯示。因此，在利用EOF方法進(jìn)行中國(guó)區(qū)域降水模態(tài)提取時(shí)，必須選擇合適的區(qū)域大小，才能達(dá)到方法與數(shù)據(jù)的高效結(jié)合。
　　3.計(jì)算了全球變暖背景下海洋降水兩大主流機(jī)制之間關(guān)系的閾值。目前在全球變暖背景下，海洋降水的變化主要有兩大理論機(jī)制，一是Warmer-get-wetter機(jī)制，一是Wet-get-w

6、etter機(jī)制。但是海洋降水變化并非由某一機(jī)制單獨(dú)決定，而是兩個(gè)機(jī)制聯(lián)合作用的結(jié)果。本論文利用GPCP降水?dāng)?shù)據(jù)集對(duì)全球海洋降水在1979-2010年期間的時(shí)空特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在1997-98爆發(fā)的強(qiáng)厄爾尼諾事件后，降水與海表面溫度(Sea Surface Temperature，SST)在時(shí)空分布上存在較好的相關(guān)性。同時(shí)使用GPCP、糾正后TRMM衛(wèi)星及GFDL-ESM-2G模式降水?dāng)?shù)據(jù)，ERSST、HadISST1及GFDL-ESM

7、-2G模式SST數(shù)據(jù)將全球海洋降水劃分為七個(gè)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)SST變化的信噪比為0.5是區(qū)分Warmer-get-wetter與Wet-get-wetter哪個(gè)為主控機(jī)制決定降水變化的一個(gè)重要判據(jù)，而SST變化的魯棒性對(duì)海洋降水變化是一個(gè)至關(guān)重要的影響因子。
　　4.發(fā)現(xiàn)了全球變暖背景下影響中國(guó)區(qū)域夏季降水年代際模態(tài)的因子發(fā)生改變。本論文制作了一套中國(guó)區(qū)域夏季干旱頻率數(shù)據(jù)，通過(guò)干旱頻率數(shù)據(jù)研究中國(guó)區(qū)域降水對(duì)全球變暖的響應(yīng)，挖掘單純使用降

8、水?dāng)?shù)據(jù)所不能發(fā)現(xiàn)的年代際模態(tài)特征。通過(guò)區(qū)域EOF分析，發(fā)現(xiàn)中國(guó)區(qū)域夏季干旱頻率的年代際主模態(tài)受到三個(gè)因素的影響，太平洋十年振蕩(Pacific Decadal Oscillation，PDO)、大西洋年代際振蕩(Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO)以及全球變暖。在20世紀(jì)90年代末之前，PDO一直是影響中國(guó)區(qū)域夏季干旱的一個(gè)重要因素，但是隨著全球變暖的逐漸增強(qiáng)，AMO對(duì)中國(guó)干旱的影響越來(lái)越大，它的