新疆气象灾害时间对称性研究

作     者：刘栎杉 

作者单位：陕西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：延军平

授予年度：2014年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：对称性 趋势判断 灾害时间窗口期 雪灾 旱涝 大风日数异常 新疆 

摘      要：近一个世纪以来,全球气候变化特别是极端气候的突发性增加了自然灾害的不可预测性,更加大了灾害危害性和风险性,对区域环境和社会发展产生了极大的影响。其中,气象灾害已经成为各类自然灾害中影响最为广泛的种类。新疆生态环境脆弱,是我国自然灾害较为多发的地区。研究新疆极端气候变化特征,分析旱灾、雪灾和风灾等主要气象灾害时空演变规律,判断研究区未来几年内灾害时间窗口期对全面了解区域气候变化特征,保护与建设生态环境,促进农、牧业经济发展,降低区域灾害风险等具有重要的理论与现实意义。 本文利用GIS地理信息系统和数理统计方法综合分析新疆气温、降水、风速三大气候要素的空间分异规律;通过对太阳活动、ENSO事件、大气涛动等要素与不同区域不同气象灾害做相关性分析,探讨相关因子对气象灾害的影响;针对研究区内不同区域特殊的气候条件、典型的气象灾害,以对称性理论为研究机制,可公度为主要研究方法,蝴蝶结构图和可公度结构系为验证方法对新疆气象灾害进行趋势判断,确定灾害时间窗口期,并基于以上研究,总结出近20a新疆气候类型、近半个世纪以来灾害类型,论证了新疆气象灾害存在时间对称性特征,并浅谈了除对称性外可公度可能的物理机理。主要结论如下： （1）1961-2012年,新疆年均气温整体呈波动上升趋势（0.307℃/10a）,暖性突变时间为1990年,存在5-10a小尺度和20-25a大尺度上的周期性规律。四季平均气温变化与年均气温变化趋势基本一致,但波动幅度较大。空间上,气温整体呈南高北低分布,表现出较好的纬度变化规律。 年降水量相对较少,但仍以7.99mm/10a的速率呈波动上升趋势,突变时间为1987年,存在18-25a周期性规律。冬季降水增多趋势最显著,夏季降水增速最快。受西风环流和地形影响,降水空间分配不均。 年均风速整体呈波动下降趋势,倾向率为-0.127m/s/10a,与全国风速递减率相当,突变时间为1981年。四季风速变化趋势与全年基本一致,但变化幅度略有不同。空间上北疆大风日数多于南疆,但南疆受大风危害的影响更大。 综合看来,近20a新疆气温暖化趋势显著,降水明显偏多,气候类型为高温多雨型。 （2）从阿勒泰地区雪灾年代际特征来看,20世纪70年代和80年代雪灾发生频率相当,均占雪灾总数的16.7%,90年代起雪灾次数明显上升,2001-2010年雪灾发生频率最高,所占比例达37.5%。其中,中—重度雪灾主要发生在阿勒泰、青河和富蕴,重度雪灾主要发生在富蕴。从太阳黑子数曲线来看,雪灾多发于黑子数下降阶段,发生概率为62.5%。从黑子活动周期来看,雪灾主要发生在峰年和谷年附近。综合可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系方法所得结果,认为2013年和2015年为阿勒泰地区雪灾时间窗口期。 （3）天山南北旱涝等级时间序列明显反映出,1987年前全区整体表现为偏旱和重旱,1987年之后转为多雨和偏涝。研究区大多数站点干旱和雨涝频率基本相当,但旱情略大于涝情,更易发生旱灾。ENSO事件对天山南北旱涝具有一定程度的影响,其中El Nifio事件对干旱的影响较大,且天山北坡对El Nino事件的响应更为敏感;El Nino事件和La Nina事件均在一定程度上影响天山南北雨涝,La Nina事件影响程度相对较强,且天山南坡较天山北坡对La Nina事件的响应更为敏感。综合可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系方法所得结果,认为2014-2015年为天山南北春旱和秋涝灾害时间窗口期。 （4）南疆年均大风日数12.9d,并以3.3d/10a的速率呈明显减少趋势。各年代季大风日数多发生在春季和夏季,秋季和冬季发生次数较少。空间上表现为“碗状分布,即“两边大,越靠近中心越小,中心最小。ENSO与南疆风速变化相关性相对最低,影响相对较弱,北大西洋涛动（NAO）和北极涛动（AO）与南疆风速变化相关性较高,且存在季节差异。综合可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系方法所得结果,认为2013-2015年为南疆大风日数异常偏少时间窗口期。 综合以上结论和各类灾害发生季节,认为在全球变暖背景下,近半个世纪以来新疆气象灾害类型为“秋冬增长型和“春季减少型。 （5）目前,对称性在各类灾害趋势判断中的应用已较为成熟,但对于其物理机理的分析尚处于初期探索阶段。笔者认为可以从“阿诺德舌头和“组学两方面进行深入研究。 本研究重点为确定灾害时间窗口期、丰富灾害趋势判断方法、增加灾害验证案例、为防灾减灾提供参考。