【摘 要】
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土壤湿度是气候系统的关键变量,通过直接或间接地影响陆-气之间的热量、水分、动量和物质交换,影响局地以及区域气候,也是衡量气候干湿变化的一个重要变量。本文基于土壤湿度数据和干旱指数,研究了1961-2017年中国土壤干旱变化特征,揭示了中国极端土壤干旱的概率风险特征,定量评估了不同时期降水和潜在蒸散发对土壤湿度变化影响的贡献变化,研究了不同土壤干旱异常对气候变化的响应。主要研究内容及其结论如下:(1
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土壤湿度是气候系统的关键变量,通过直接或间接地影响陆-气之间的热量、水分、动量和物质交换,影响局地以及区域气候,也是衡量气候干湿变化的一个重要变量。本文基于土壤湿度数据和干旱指数,研究了1961-2017年中国土壤干旱变化特征,揭示了中国极端土壤干旱的概率风险特征,定量评估了不同时期降水和潜在蒸散发对土壤湿度变化影响的贡献变化,研究了不同土壤干旱异常对气候变化的响应。主要研究内容及其结论如下:(1)基于订正、拼接建立的1961-2017年中国逐月土壤湿度数据(GLDAS-2-adj)计算了标准化土壤湿度指数(SSI),并与标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)等5种干旱指数进行适用性对比。在12个月时间尺度上:SSI12与其他5种干旱指数在在干旱年代际变化监测结果基本一致,但在2010年以后,中国区域平均、华北和西北地区SSI监测的结果较其他指数偏干。在3个月时间尺度上:春季各干旱指数在南方一致性好于北方,夏、秋两季则相反;1个月时间尺度的SSI1和3个月时间尺度的SPI3、SPEI3在区域季节干旱发展、变化的监测过程中,与实况最接近,因此可以使用1个月时间尺度的SSI1来监测季节干旱。(2)1961-2017年,中国年平均土壤湿度整体为显著减小的趋势,夏季和秋季减小趋势尤为显著,春季略有增加;利用SSI12和SSI1研究发现,中国出现12个月和1个月时间尺度土壤干旱的频率、持续时间和严重程度整体呈显著增加的趋势,且1个月时间尺度干旱的增加速率超过了12个月时间尺度;1998年之后发生持续时间长、较为严重的干旱事件频率明显增加,东北、华北、西北西部出现的1个月时间尺度干旱事件严重程度高于其他地区。1998年以来,中国大部分地区干旱持续时间的20年、50年、100年一遇重现期水平在增加,但增加幅度不如干旱严重程度明显;干旱持续时间和严重程度两个变量同时超过1961-1997年50年、100年一遇重现期阈值的概率风险分别增加了3%、2%。(3)尽管西北地区近几十年来气温升高、降水增多,但是近60年来,整个西北区域平均发生复合型暖干事件的频次仍然呈增加趋势,尤其是在新疆东部、青海格尔木北部、河西走廊、宁夏至陇南、陕西北部等地,增加趋势更为显著;盛夏(7-8月)发生复合型暖干事件的频次最高;近20年来,整个区域平均复合型暖干事件发生数量达到了1961-1996年平均水平的2-5倍。(4)1961-2017年,中国年大气水分盈亏量与土壤湿度的变化趋势并不完全一致,华北地区作为中国土壤湿度减小速率最快的地区,尤其是近20年来土壤湿度减小速率较之前明显加快,潜在蒸散发对土壤湿度的影响在逐渐增大,年平均潜在蒸散发对土壤湿度的相对贡献率增加了26%,夏季增加了45%。随着土壤干旱程度的增加,中国潜在蒸散发对土壤湿度的影响在增强,其作用可能超过了降水,且区域间的差异也在增加。土壤干旱的异常对各个气候因子的响应并不是完全同步的,土壤湿度首先对日照时数的增加开始响应,日照时数增多,气温异常升高,随后相对湿度减小,饱和水汽压差开始迅速增加,干旱进一步加剧。
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