摘要
中国西北地区地处欧亚大陆腹地，远离海洋，总面积在三百万平方公里以上，接近中国领土的三分之一，居住人口超过一亿。该地区是世界中纬度干燥带的重要组成部分，也是全球最主要的干旱半干旱区之一，气候干燥、水资源短缺、植被稀少，它既是全球典型的生态环境脆弱区，又是全球气候变化响应敏感区。西北地区在全球气候环境系统中占据着极为重要的地位，且气候类型多样，因此，长期以来该地区气候变化一直是国内外科学界和中国政府高度关注的重点科学问题。上世纪末以来，西北地区西部出现湿化趋势，近几年研究发现本世纪以来湿化趋势逐渐增强且东扩，但有关研究主要聚焦在该地区暖湿化强度、进程与机理研究，对暖湿化引起的水汽、蒸散及土壤湿度等方面的变化研究甚少。由于变湿与降水有直接关系，而空中水汽是降水的前提条件之一，同时，地表蒸散对于气候干湿有着直接的影响，因此，在此气候变化背景下，有必要对该地区空中水汽和潜在蒸散的变化进行研究，同时由于全球变暖背景下极端气候事件明显增多，该地区暖湿化背景下极端温度和极端降水如何变化也需要进一步明确。 鉴于此，本论文采用多种再分析数据与气象观测资料，通过相关性分析、趋势分析、空中累积水汽积分、变量替换与方差分析等多种方法，首先分析了西北地区暖湿化的背景时空演化特征；其次分析西北地区暖湿化背景下空中水汽的空间分布特征、长期变化趋势及西北典型山地——祁连山空中水汽空间及多年变化特征；再次，对影响一地气候干湿的另一重要因素——潜在蒸散的空间特征、变化趋势及对暖湿化的响应进行分析，明确了该地区主要气象要素对潜在蒸散的贡献，随后结合潜在蒸散与降水对西北东部地区春季透雨指标进行改进；最后，分析在暖湿化背景下，西北地区极端温度与极端降水的变化特征，获得以下主要结论： （1）揭示了西北地区东西部增温与增湿的阶段性变化与空间分布特征。研究表明在百年时间尺度上，西北地区西部和东部温度一致经历了20世纪40年代和60年代至今的两个增暖期，且当前的暖期更强；对降水而言，西北地区西部与东部在很多时期具有跷跷板变化特征，但从本世纪开始整体进入了增湿期。空间上看，整个西北地区温度呈现空间一致的增加特征，且变暖程度逐渐增强；降水则总体呈西增东减的变化趋势，但西增东减的分界线近三个气候态时段以来持续东扩，目前变湿范围已扩至西北全境，且本世纪以来尤为突出。不过，西北地区当前气候暖湿化趋势的增强、东扩未改变该地区的基本气候形态。 （2）发现西北地区西风影响区空中水汽占比上升，季风影响区空中水汽占比下降。通过对西北地区上空西风影响区与季风影响区空中水汽多年趋势分析，发现二者均呈增加趋势，但从其占整个西北地区上空水汽的比例来看，西风影响区空中水汽占比上升，季风影响区空中水汽占比下降。此外，西风环流与东亚夏季风环流分别与西北西部、西北东部降水变化大体一致，自本世纪以来，西风环流与夏季风环流由20世纪通常表现的此升彼降的跷跷板关系转为较一致的增强趋势，这与本世纪以来西北地区气候变湿趋势的增强、东扩特征相吻合。 （3）认识了西北地区各气象要素对潜在蒸散的贡献程度。研究发现西北地区潜在蒸散存在明显的阶段性变化，变化最显著的时段为上世纪七十年代到八十年代。因子作用分析表明，该地区最高温度与最低温度持续上升，造成潜在蒸散增加；相对湿度使得该地区整体潜在蒸散持续减小；由于日照时数自上世纪八十年代以来持续快速下降，造成该地区潜在蒸散对应下降；同样，对应于该地区风速一致减小，潜在蒸散也呈明显减小。总体看，西北地区东部潜在蒸散主要受温度因子影响，但在西部地区，风速是影响潜在蒸散的主要因素。空气相对湿度与日照对该地区潜在蒸散影响相对较小，大部分地方作用在20%以下。结合潜在蒸散与降水，改进了西北地区东部春季透雨指标，进一步通过构建透雨时间指数，合成透雨发生偏早、偏晚年典型环流与海温场，为西北地区东部透雨监测与预测提供依据。 （4）发现西北地区气候暖湿化伴随着该地区极端温度与极端降水的变化。具体表现为西北地区极端高温与极端低温均逐渐增高，且极端低温较极端高温增高更明显；同时，极端降水强度明显增强，稳定性变差。对西北地区降水分等级分析发现，该地区小雨日数及雨量占比均呈一致的减少趋势，而大雨、暴雨及以上等级降水的日数及雨量占比均呈现增加趋势。
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