海河流域多时空尺度气象干旱演变机制研究

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在全球气候变化的背景下,气象干旱事件发生频率加剧。海河流域地处我国华北温带半湿润、半干旱大陆性季风气候区,气候成因复杂多样。为探究海河流域气象干旱不同时空尺度下的性质特征,本文基于1961-2020年海河流域内44个气象站点逐日降水数据、气温数据、风速数据、气压数据等气象数据以及大气环流数据,以海河流域为研究区,利用气象干旱指数、小波周期分析、SR趋势检验、Copula联合函数等方法对海河流域的气象干旱时空变化特征进行研究分析,并结合遥相关因子数据,利用相关分析方法和交叉小波方法探究海河流域气象干旱变化影响因素。结果表明:(1)月尺度上,SPEI和RDI均能较好表征海河流域气象干旱。季尺度和年尺度上SPEI相比SPI和RDI更适合用来表征海河流域气象干旱。(2)海河流域每个月各级干旱频率分布特征差别较大,表现出受季风、地形、河流分布等多种气候要素复合影响的特征;流域季尺度干旱频率表现为,春季北部相比其他地区更容易发生干旱。夏季流域轻、中、特旱主要集中在流域西部和北部。秋季不同地区的各级干旱频率差别较大。冬季轻旱、中重旱主要发生在流域东北部和西部地区,而特旱主要发生在流域南部地区;流域年尺度干旱在轻旱频率上表现出西北高东南低的整体趋势。中旱频率表现出东北高西南低的趋势。重旱主要发生在流域近黄河一带、东北部平原一带和西北山地区域。特旱主要发生在流域内子牙河至黄河之间的平原地带。(3)海河流域基于月SPEI的干旱小波周期表明,很多月时段的主周期在1975-1990年和2000-2010年发生剧烈变化;季周期方面,春季SPEI周期规律未来呈减弱趋势。夏季SPEI周期规律自2010年来呈低周期的特征。秋季预计未来秋季整体干湿周期特征变化不大。冬季SPEI未来呈现向单一周期发展的趋势;年周期表现为2010年后流域第一主周期由9a缓慢降低,预计未来会进入干湿变化不稳定的阶段。(4)月尺度表现出3月整体和8月部分地区变干,其他月份干湿变化尚不显著的特点;季尺度方面:春季五台山地区有显著变干趋势,朝阳至延庆一带呈变湿趋势但整体不显著。夏季流域东北部呈不显著变干趋势,其余地区未呈现干湿变化。秋季流域北部整体呈变湿趋势。冬季流域西部以五台山为主呈变干趋势;年尺度方面:流域仅在五台山、榆社和丰宁周围呈显著变干趋势,其他地区干湿变化不显著。(5)Gev分布相对更适合拟合海河流域气象干旱强度的分布函数,Logn和Gev函数相对更适合拟合海河流域气象干旱历时的分布函数;Gumbel Copula和Frank Copula是相对更适合用来拟合海河流域二变量干旱事件的联合函数。海河流域西部山地和海河平原西部的2月时长轻、中、重干旱事件重现期较低以及干旱发生风险较高。3月时长的轻、中、重干旱事件均表现为流域北部山地大部分地区和海河平原西部的干旱风险较高,而联合3月特旱事件仅有五台山地区重现期较低。(6)各遥相关因子表现为EASM、MEI和SOI对流域夏季和初秋相关性较大且通过各级显著性检验,AO、EASM和PDO对流域初春相关性较大且通过各级显著性检验;SPEI与IOD、PDO,在其主共振周期上均表现为显著正相关,总体来看SPEI与太阳黑子、MEI、PDO的相关关系更为密切。
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