186 干旱气象 36 卷 1 研究区概况一般意义上的中亚干旱区指西起里海东至中国西部南接阿富汗北抵俄罗斯的亚欧大陆腹地 [17] 本文参考陈曦对中亚的定义, 将中亚五国 ( 哈萨克斯坦乌兹别克斯坦土库曼斯坦吉尔吉斯斯坦塔吉克斯坦 ) 和中国新疆作为研究区中亚东南部为帕米尔高原西北

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拙善栾
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1 第 36 卷第 2 期 2018 年 4 月干旱气象 JournalofAridMeteorology Vol.36 No.2 Apr,2018 迪丽努尔托列吾别克, 李栋梁. 近 115a 中亚干湿气候变化研究 [J]. 干旱气象,2018,36(2): ,[DILINUERTuoliewubieke,LIDongli ang.characteristicsofthedry/wetclimatechangeincentralasiainrecent115years[j].journalofaridmeteorology,2018,36(2): ], DOI: /j.isn (2018) 近 115a 中亚干湿气候变化研究迪丽努尔托列吾别克, 李栋梁 ( 南京信息工程大学大气科学学院, 气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 气象灾害教育部重点实验室, 江苏南京 ) 摘要 : 利用年东英吉利大学气候研究中心 (CRU) 提供的月平均气温降水潜在蒸散量以及西班牙比利牛斯生态研究所 (IPE-CSIC) 创建的 12 个月尺度的标准化降水蒸散指数 SPEI 12, 对中亚地区近 115a 气候要素进行综合分析, 并探究中亚地区干湿气候的时空变化结果表明, 中亚地区年平均气温的空间分布表现为东西部高, 中部低, 全区呈显著增温趋势, 其气候倾向率为 0.15 (10a) -1 ; 年降水量表现为中南部多, 东西部少, 除北部哈萨克斯坦平原地区外其他区域降水量均为增多趋势 ; 全区年潜在蒸散量远大于年降水量, 且与地形及下垫面联系密切, 表现为东西部沙漠地区大, 中部山区相对较小的特征 ; 考虑水热平衡的干湿指数 SPEI 12 在哈萨克平原为弱的减小 ( 略变干 ) 趋势, 其他区域呈增大 ( 变湿 ) 趋势利用旋转经验正交函数 (REOF) 对 SPEI 12 进行分解得到 6 个子区域, 各分区气温突变时间东边早于西边, 降水量西边显著增多早于东边, 且 SPEI 12 突变时间西边早于东边利用集合经验模分解 (EEMD) 对 SPEI 12 和降水量不同时间尺度及其变化周期进行分析, 得到 SPEI 12 存在准 14a 的显著振荡周期, 降水量存在准 3a 14a 的显著振荡周期关键词 : 中亚 ; 标准化降水蒸散指数 ; 空间分型 ; 干湿气候变化文章编号 : (2018) DOI: /j.isn (2018) 中图分类号 :P467 文献标志码 :A 引言全球变暖导致的复杂水循环使得不同地区干湿状况发生变化 [1] 中亚干旱区是全球最大的非地带性干旱区, 自然环境恶劣, 其对 20 世纪两次全球增暖期中的第二次增暖响应明显 [2], 温度显著增高 [3], 增温率为 0.18 (10a) -1, 说明该地区为 [4] 气候敏感区 CHEN 等基于 CRU 资料研究认为中亚干旱区近 80a 降水量增多, 降水的增加及温度的升高导致冰川融化径流增加湖泊水位上升及湖泊面积扩张中国西北地区在天山以北出现了由暖干向暖湿转型的强劲信号 [5] 干湿指数可以用来反映干旱的严重程度及持续时间 [6], 通常采用的帕尔默干旱指数 [7] (PDSI, Palmerdroughtseverityindex) 自校准帕尔默干旱指数 (sc-pdsi,aself-calibratingpdsi) [8-9], 它们仅计算单一时间尺度, 并且是基于美国的气候条件 ; 标准化降水指数 [10] (SPI,standardizedprecipitationin dex) 虽然计算了多时间尺度但未考虑蒸散量的作 [11] 用 ; 而由 VICENTE-SERRANO 等提出的一种结合 PDSI 与 SPI 优点的标准化降水蒸散指数 (SPEI, standardizedprecipitationevapotranspirationindex) 既考虑了水分与热量平衡过程, 又具有多时间尺度的特点国内外学者基于 SPEI 已对不同地区干湿变化特征开展了一定的研究 [12-15] [16] BENJAMIN 等的研究表明年尺度的 SPEI 适合干旱地区, 因此本文基于最新的 SPEI 全球数据集, 利用 REOF 方法对中亚地区进行干湿异常区划分并探讨各个分区气候要素的时间演变特征, 从而了解中亚地区百年尺度的干湿气候变化特征收稿日期 : ; 改回日期 : 基金项目 : 公益性行业 ( 气象 ) 科研专项 (GYHY(QX) ) 资助作者简介 : 迪丽努尔托列吾别克 (1990 ), 女, 硕士研究生, 主要从事气候变化与区域响应研究. delnur9@126.com 通信作者 : 李栋梁, lidl@nuist.edu.cn

2 186 干旱气象 36 卷 1 研究区概况一般意义上的中亚干旱区指西起里海东至中国西部南接阿富汗北抵俄罗斯的亚欧大陆腹地 [17] 本文参考陈曦对中亚的定义, 将中亚五国 ( 哈萨克斯坦乌兹别克斯坦土库曼斯坦吉尔吉斯斯坦塔吉克斯坦 ) 和中国新疆作为研究区中亚东南部为帕米尔高原西北坡和天山山脉, 西部为卡拉库姆沙漠和克孜勒库姆沙漠, 北部为哈萨克斯坦丘陵和图兰平原, 地势总体上东南高西北低研究区中沙漠面积超过 km 2, 占该地区总面积的 1/4 以上 [18] 2 资料与方法 2.1 资料采用英国东英吉利大学气候研究中心 (CRU) 提供的 1901 年 1 月至 2015 年 12 月的全球逐月气温降水量和潜在蒸散发量数据集 TS4.00(time- series4.0) [19], 分辨率为 , 该数据集在中亚地区的适用性已经进行了研究及检验 [3-4,20-21] 西班牙比利牛斯生态研究所 (IPE-CSIC) 创建的全球逐月陆地 SPEI 数据集 (SPEIbasev2.5), 分辨率为 , 时间段为 1901 年 1 月至 2015 年 12 月, 选取 12 个月尺度的标准化降水蒸散指数 SPEI 12 作为干湿指标, 具体计算过程见文献 [11], SPEI>0 表示湿润 SPEI<0 表示干旱该数据集具有时间序列长应用范围广精度高的特点, 克服了以往数据在尺度和可靠性方面的限制数字高程模型 (DEM) 数据从中国科学院数据云 (htp:// 下载, 采用航天飞机雷达地形测绘任务 (SRTM) 地形数据中的 SRTM3, 空间分辨率为 90m 90m 2.2 方法利用旋转经验正交函数 (REOF) 划分中亚地区干湿变化的空间分布型 ; 利用集合经验模分解 (EE [22] MD,ensembleempiricalmodedecomposition) 方法探讨中亚地区年降水量和 SPEI 12 的周期特征 RE OF 方法克服了经验正交函数 (EOF) 分离出的空间分布不能清晰表现地域差异的局限性, 将原要素场的特征集中映射到载荷场所表示的优势空间型上, 使反映的气候特征更明显 [23-25] EEMD 是 EMD ( 经验模分解 ) 的改进算法, 其有效解决了 EMD 混频现象, 保留了原序列的信息 [26], 将白噪声加入原始信号, 通过平滑技术去除脉冲干扰本文在时间序列中加入了 100 组信噪比为 0.2 的白噪声序列, 周期的计算采用零点数 (countingcroszeronum bers) 方案 [27] 3 中亚各气候要素时空分布特征 3.1 时间演变特征图 1 是年中亚地区年平均气温年降水量年潜在蒸散量 SPEI 12 及北半球年平均气温的时间演变近 115a 来中亚地区年平均气温呈波动上升趋势, 线性倾向率为 0.15 (10a) -1 ( 显著性检验见表 1, 下同 ), 增温率高于北半球的升温 [2] 速率, 这与王劲松等的研究结论一致中亚地区表现出非常明显的年代际升温趋势,1970 年代后中亚地区急剧升温, 升温幅度达 0.34 (10a) -1 除北半球 1930 年代的小暖期中亚地区没有显现, 其他年代中亚地区增温幅度均大于北半球,M-K 突变检验 ( 图略, 下同 ) 表明中亚地区气温在 1979 年发生突变, 突变之后气温急剧增暖近 115a 来中亚地区年降水量的线性倾向率为 1.8mm (10a) -1,M-K 突变检验表明降水量在 1970 年代末发生突变, 降水增幅加大中亚干旱区年潜在蒸散量远大于年降水量, 近 115a 年潜在蒸散量也呈现显著增加趋势, 其气候倾向率为 3.1mm (10a) -1, 对潜在蒸散量的时间序列进行 M-K 突变检验, 发现在 1970 年代后期发生显著突变从年中亚地区 SPEI 12 的时间演变可以看出 SPEI 12 呈现缓慢上升趋势, 11a 滑动平均拟合曲线表明研究区经历了干湿交替的变化, 突变检验表明 SPEI 12 在 1970 年代后期发生由干转湿的突变对各气候要素的不同时间序列进行相关及偏相关分析发现 :SPEI 12 与年降水序列的相关性最高, 相关系数为 0.80( 通过 0.01 显著性水平检验 ); 与潜在蒸散量呈显著负相关, 相关系数为 -0.42( 通过 0.01 显著性水平检验 ) 不考虑其他气候因素,SPEI 12 与降水 10a 滑动平均序列偏相关性最好, 相关系数达 0.86( 通过 0.01 显著性水平检验 ), 与潜在蒸散量的 10a 滑动平均序列偏相关系数为 -0.47( 通过 0.01 显著性水平检验 ) 采用 EEMD 方法对中亚地区年降水量 ( 图 2) 及 SPEI 12 序列 ( 图略 ) 进行逐步分解, 可以得到 5 个具有不同波动周期的固有模态函数 (intrinsicmode function,imf) 分量 (IMF1 至 IMF5) 和 1 个趋势分量 ( 残差值 R) 由图 2 看出, 降水时间序列分解出的 IMF1 IMF2 分别反映降水的准 3a 准 6a 周期振荡, 且 IMF2 振幅明显比 IMF1 小, 振幅的变化较为

3 第 2 期迪丽努尔托列吾别克等 : 近 115a 中亚干湿气候变化研究 187 图年中亚地区年平均气温年降水量年潜在蒸散量 SPEI 12 及北半球年平均气温时间演变 Fig.1 Thevariationofannualaveragetemperature,annualprecipitation, annualpotentialevapotranspiration,spei 12 incentralasiaandannual averagetemperatureinthenorthernhemisphereduring 平缓 ;IMF3 显示降水量的准 14a 周期,1960 年代中期之后振幅逐渐增大, 目前仍处于振幅较大时期 ; IMF4 振幅进一步减小, 周期加大, 为准 25a, 主要表现在 1960 至 1990 年代 ;IMF5 反映中亚地区降水量的长周期变化, 其振荡周期为准 64a 通过各阶 IMF 趋势的显著性检验发现, 年降水的显著振荡周期为准 3a 和 14a( 通过 0.01 显著性水平检验 ) 由 R 反映的总趋势可以看出中亚地区近 115a 降水呈增多趋势 SPEI 12 时间序列分解出的 IMF 分量反映从高频到低频不同时间尺度的波动特征根据各 IMF 分量的波动特点,IMF1 至 IMF5 的频率依次减小, 周期依次变长 114a 中亚地区 SPEI 12 具有准 3a 6a 14a 28a 和 38a 周期, 利用各阶 IMF 趋势的显著性检验发现,SPEI 12 以准 14a 周期振荡最为显著 ( 通过 0.01 显著性水平检验 ) 由 R 的变化可以看出 SPEI 12 总体呈上升趋势 3.2 空间分布特征从中亚地区近 115a 年平均气温及其气候倾向率的空间分布 [ 图 3(a)] 可以看出, 研究区年平均气温东西部高中部低, 北部地区随纬度递减, 西南部由中心区域向四周递减, 中部山区年平均气温最低可低于 0, 气温最高在西南部, 年平均气温在 14 以上全区呈现显著增温趋势, 增温率大于 0.12 (10a) -1 的区域主要在西北部和中东部地区, 其中增暖最明显的是西部及东北部地区, 其气候倾向率最大可达 0.16 (10a) -1

4 ８８干旱气象３６卷图２基于ＥＥＭＤ方法对中亚地区２５年降水变化趋势的分解Ｆ２ＴＥＥＭＤｆＣＡｄｄｆ２５图３２５年中亚各气候要素多年平均等值线及其气候倾向率阴影区的空间分布打点区通过显著性水平检验年平均气温单位ｂ年降水量单位ｍｍｍｍ年潜在蒸散量单位ｍｍｍｍｄＳ单位２Ｆ３ＴｄｂｆｍｆｄｍｄｙｄｄＣＡｄｄｆ２５ｄｄｄｍｄｙｄｆｖｍｍＵｂＵｍｍｍｍｖＵｍｍｍｍｄＳＵ２

第２期迪丽努尔托列吾别克等近５中亚干湿气候变化研究８从中亚地区２５年年降水量及其气候倾区以此区域为中心向四周递减即潜在蒸散随下垫向率的空间分布图３ｂ可以看出中南部年降水面植被覆盖率的减小而增大该区下垫面为沙漠潜多东西部少中亚地区中南部高山地区年降水在在蒸散量值大３ｍｍ以上最大可超过６ｍｍ近５降水呈中亚地区山盆交错

5 第２期迪丽努尔托列吾别克等近５中亚干湿气候变化研究８从中亚地区２５年年降水量及其气候倾区以此区域为中心向四周递减即潜在蒸散随下垫向率的空间分布图３ｂ可以看出中南部年降水面植被覆盖率的减小而增大该区下垫面为沙漠潜多东西部少中亚地区中南部高山地区年降水在在蒸散量值大３ｍｍ以上最大可超过６ｍｍ近５降水呈中亚地区山盆交错绿洲与荒漠镶嵌的特殊地显著增加趋势最大增幅超过ｍｍ貌导致该地区气候时空变化不均近５Ｓ２北部的平原地区降水量随纬度增高而增加年平均气候倾向率的空间分布图３ｄ显示Ｓ２有两３ｍｍ该区域降水量呈显著减小降水量最大可达３个显著变小区域即北部及东南部地区其与年降水趋势量减少区域一致表明这些区域干旱呈加剧趋势其中亚地区潜在蒸散量常年维持高值状态其中中亚西南部是潜在蒸散量最大区域最大值超过３８ｍｍ同时该区域也是潜在蒸散量增幅最大地他地区Ｓ２为增加趋势３３Ｓ２的气候分区为进一步分析中亚地区干湿时空异常变化特区最大增幅超过ｍｍ图３中征首先对ＳＯＦ分解进一步对通过２进行Ｅ亚北部地区随纬度增高潜在蒸散量减少这一区ＮＯＲＴＨ等２８显著性检验的前个模态总方差域除巴尔喀什湖北部潜在蒸散量为减少趋势之的贡献率累计达６３３进行ＲＥＯＦ分解ＲＥＯＦ分外其他区域均为增加趋势中亚中南部的潜在解后得到的前７个特征向量场图４对总方差的贡蒸散量相对较小且呈减少趋势其减少幅度最大献率为５３８能较好地代表中亚地区干湿变化的中亚东南部是潜在蒸散量大值达２ｍｍ区域特征下面详细分析这７个特征向量场图４中亚地区年干湿指数ＳＥＯＦ前７个特征向量的空间分布２的ＲＦ４ＳｄｂｆｆｖｍｄｆｓＥＯＦｙＣＡ２Ｒ

190 干旱气象 36 卷第 1 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV1) 负的高值区主要位于哈萨克斯坦西部地区, 这一地区地势平坦,RLV1 绝对值最大为 0.8, 位于西哈萨克斯坦州 ; 第 2 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV2) 正的高值区包括中亚地区西南部土库曼斯坦乌兹别克斯坦以及哈萨克斯坦西南部,RLV2 的绝对值最大值为 0.

6 190 干旱气象 36 卷第 1 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV1) 负的高值区主要位于哈萨克斯坦西部地区, 这一地区地势平坦,RLV1 绝对值最大为 0.8, 位于西哈萨克斯坦州 ; 第 2 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV2) 正的高值区包括中亚地区西南部土库曼斯坦乌兹别克斯坦以及哈萨克斯坦西南部,RLV2 的绝对值最大值为 0.8, 位于乌兹别克斯坦和哈萨克斯坦西南部地区, 其下垫面以沙漠为主 ; 第 3 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV3) 负的高值区位于北部地区, 但因其位于研究区北界 ( 哈萨克斯坦北部 ) 之外, 因此未并入气候分区中 ; 第 4 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV4) 负的高值区位于中部高山区, 包括 : 吉尔吉斯斯坦塔吉克斯坦及我国新疆的西部, 这一分区处于帕米尔高原及天山山脉,RLV4 的绝对值最大值为 0.8, 位于吉尔吉斯斯坦东部伊塞克湖州 ; 第 5 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV5) 负的高值区位于哈萨克斯坦中部地区,RLV5 的绝对值最大为 0.8, 位于哈萨克斯坦的卡拉干达州 ; 第 6 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV6) 正的高值区位于塔里木盆地以南的新疆南部地区 ; 第 7 特征向量场的旋转载荷向量 (RLV7) 的正的高值区位于新疆北部, 该区域 [29] 是李栋梁等研究西北地区气候转型时提出的由暖干向暖湿转型最显著的地区,RLV7 绝对值最大值为 0.9, 位于北疆阿勒泰地区取旋转载荷向量绝对值大于 0.4( 通过 0.01 显著性水平检验 ) 为临界值, 得到干湿变化的空间异常气候区, 具体分区情况如图 5 所示表 1 列出中亚各气候分区气温降水潜在蒸散和 SPEI 12 的多年平均值线性倾向率及突变年份图 6 图 7 图 8 和图 9 分别为各分区气温降水潜在蒸散量和 SPEI 12 区域平均的年际变化曲线图 5 中亚地区气候异常分区 Fig.5 Thesub-regionsofanomaly climateincentralasia Ⅰ 区位于哈萨克斯坦西部地区, 是中亚各气候区中气温最高区域, 近 115a 其年平均气温为 11.5, 线性倾向率为 0.14 (10a) -1, 为显著变暖区 ; 该区多年平均年降水量为 232.7mm, 以 3.34mm (10a) -1 的速率增加, 降水量在 1979 年发生突变 ; 平均年潜在蒸散量为 mm, 是中亚地区潜在蒸散量最大地区, 并以 4.08mm (10a) -1 的速率增加, 且在 1985 年发生急剧增多的突变 ; 该区 SPEI 12 表现为非常缓慢但持续增加趋势, 线性倾向率为 0.039(10a) -1,1982 年为突变年 Ⅱ 区为中亚西南部地区, 多年年平均气温为 7.9, 近 115a 表现为显著增暖趋势, 增温率为 0.16 (10a) -1, 气温在 1987 年发生加速增暖的突变 ; 该区多年平均年降水量为 266.8mm, 近 115a 降水呈显著增加趋势, 增加率为 2.45mm (10a) -1, 降水在 1979 年发生突变,1970 年代末之后降水增加幅度变大 ; 多年平均年潜在蒸散量为 mm, 且以 5.37mm (10a) -1 的速率显著增加, 该区潜在蒸散量的增加趋势在中亚地区最大 ;SPEI 12 呈波动增加趋势, 气候倾向率为 0.018(10a) -1,1990 年代末 SPEI 12 增大幅度变大 Ⅲ 区为哈萨克斯坦中部地区, 该区多年年平均气温为 5.3, 气候倾向率为 0.17 (10a) -1, 呈显著增加趋势,1981 年后气温发生突变, 处于显著上升阶段, 变暖明显,1990 年代后气温达到最高 ; 该区多年平均年降水量为 238.9mm, 存在明显的年际变化, 总的降水变化趋势不明显 ; 该区多年平均年潜在蒸散量为 mm, 其气候倾向率为 3.26mm (10a) -1, 未通过显著性检验, 在 1982 年发生由小增大的突变 ;SPEI 12 虽有明显年际年代际振荡, 但无明显变化趋势 Ⅳ 区为中亚高山区, 该区多年年平均气温为 6.6, 气候倾向率为 0.13 (10a) -1, 表现为显著增暖趋势, 气温在 1981 年发生突变, 突变后气温增暖幅度加大 ; 该区降水量丰富, 多年平均年降水量为 305.8mm, 是中亚降水量最大的气候分区并且降水的增加率也是各区中最大, 达 5.29mm (10a) -1, 降水量在 1987 年发生急剧增多的突变 ; 多年平均年潜在蒸散量为 mm, 气候倾向率为 0.83mm (10a) -1 ;SPEI 12 表现为弱的增加趋势 Ⅴ 区为新疆北部地区, 该区多年年平均气温为 2.2, 气候倾向率 0.18 (10a) -1, 是中亚地区增温最显著区域, 气温在 1981 年发生急剧增暖的突变, 相对于其他气候分区, 该区增温率最高 ; 多年平均年降水量为 212.5mm, 气候倾向率为

7 第 2 期迪丽努尔托列吾别克等 : 近 115a 中亚干湿气候变化研究 mm (10a) -1, 降水量增加的突变发生在 1987 年 ; 多年平均年潜在蒸散量为 927mm, 气候倾向率为 2.98mm (10a) -1,1982 年蒸散量发生由大到小的突变 ;SPEI 12 在 1982 年发生突变,1980 年代 SPEI 12 增加幅度变大 Ⅵ 区为新疆南部地区, 多年平均气温为 3.7, 其气候倾向率与 Ⅰ 区相同, 为 0.14 (10a) -1, 对平均气温的时间序列进行突变检测发现该区的加速增暖突变发生在 1977 年, 是中亚地区发生突变最早的分区 ; 多年平均年降水量为 112.6mm, 是中亚降水量最少最干旱的气候区, 年降水的气候倾向率为 1.10mm (10a) -1 ; 年潜在蒸散量平均为 mm, 呈现下降趋势 ; 近 115a 该区 SPEI 12 为显著增加趋势表 1 中亚各气候分区相关气候要素的线性倾向率及其突变 Tab.1 Statisticsoftheclimatetendencyratesofclimatefactorsand itsabruptchangeincentralasiaanditssixsub-regions 气温降水蒸散量 SPEI 区域平均值 / 倾向率 /( (10a) -1 ) 突变年平均值 /mm 倾向率 /(mm (10a) -1 ) 突变年平均值 /mm 倾向率 /(mm (10a) -1 ) 突变年倾向率 /(10a) -1 突变年全区 Ⅰ 区 Ⅱ 区 Ⅲ 区 Ⅳ 区 Ⅴ 区 Ⅵ 区注 : 分别表示通过及 0.01 的显著性水平检验图年中亚各气候分区年平均气温变化 Fig.6 Variationofaverageairtemperatureofeachsub-regioninCentralAsiafrom1901to2015

8 ２干旱气象图７２５年中亚各气候分区年降水量变化Ｆ７ＶｆｆｂＣＡｆｍ２５图８２５年中亚各气候分区年潜在蒸散量的变化Ｆ８ＶｆｖｆｂＣＡｆｍ２５３６卷

第 2 期迪丽努尔托列吾别克等 : 近 115a 中亚干湿气候变化研究 193 图 9 1901 2015 年中亚各气候分区 SPEI 12 的变化 Fig.

9 第 2 期迪丽努尔托列吾别克等 : 近 115a 中亚干湿气候变化研究 193 图年中亚各气候分区 SPEI 12 的变化 Fig.9 VariationofSPEI 12 ofeachsub-regionincentralasiafrom1901to2015 综上所述,6 个气候区的要素突变均发生在 1977 年之后气温首先从中亚东南部的 Ⅵ 区开始急剧增暖, 突变年份为 1977 年 ; 其次是中部及东北部的 Ⅲ Ⅳ 和 Ⅴ 区, 突变年为 1981 年 ;1983 年位于中亚地区西南部的 Ⅱ 区发生突变 ; 最晚突变发生在中亚西北部的 Ⅰ 区 (1987 年 ) 中亚地区降水突变年份, 西部的 Ⅰ 区 Ⅱ 区分别为 1977 和 1979 年, 早于中部和东部 (1987 年 )8~10a; 潜在蒸散量的突变东部北部分别发生在 1982 和 1981 年, 西南部略晚 (1985 年 ), 潜在蒸散量突变的时空格局与气温基本一致, 即东南部早于西北部, 并且东南部的 Ⅴ 区 Ⅵ 区潜在蒸散量减小而西部地区呈增加的趋势 ; SPEI 12 突变最早发生在西北部的 Ⅰ 区, 最晚发生在 1992 年, 位于中部的 Ⅳ 区中亚 6 个分区干湿发生变化的时间与降水量一致或滞后 3~6a 中亚各分区气候总体由暖干向暖湿转型, 且在空间上平原早于高山地区 4 结论 (1) 中亚地区年平均气温为 5.4, 东部西部的平原区高, 中部山区低 ; 平均年降水量 283.4mm, 潜在蒸散量 979.9mm, 为干旱半干旱区中亚东部北部西部的年降水量在 100~200mm 之间, 属干旱区, 中部山区在 300~600mm, 属半干旱半湿润气候区 (2) 近 115a 来中亚气候变化呈暖湿化趋势, 其中平均气温显著升高, 气候倾向率为 0.15 (10a) -1, 这种加速增暖的突变发生在 1970 年代末 ; 降水量的气候倾向率为 1.8m (10a) -1, 呈准 14a 周期变化, 且增加趋势显著, 突变发生在 1970 年代后期 ; 潜在蒸散量的气候倾向率为 3.12m (10a) -1, 表现为极显著增加 ;SPEI 12 呈现准 3a 和 14a 的周期振荡, 且总体呈显著增加趋势, 也在 1970 年代后期发生突变, 突变后 SPEI 12 显著变大 SPEI 12 分别与降水量和潜在蒸散量的 10a 滑动平均序列的偏相关系数达 0.86 和 -0.47( 通过 0.01 显著性水平 ), 即 SPEI 12 的变化受降水量和潜在蒸散量影响很大 (3) 中亚地区在过去 115a 的干湿气候变化中表现出明显的转型特征变暖突变首先于 1970 年代中后期在中亚东南部的中国南疆开始, 然后向北向西扩展, 分别于 1980 年代初期和中后期变暖突变信号传至中亚北部中部和西部 ; 气温升高导致的潜在蒸散量增大也是中亚东部早于西部, 突变时

10 194 干旱气象 36 卷间略晚于气温 ; 降水的突变则首先于 1970 年代中后期在中亚西部开始, 然后向南向东扩展, 于 1980 年代中后期信号传至中亚东部的中国新疆 ; 反映干湿综合变化的 SPEI 12 不仅受气象要素影响, 而且还受地理条件影响, 位于中亚西北部 ( 哈萨克斯坦西部 ) 的变湿较早开始于 1970 年代中后期 ( 与降水一致 ), 然后向南扩展到乌兹别克斯坦西部和土库曼斯坦中国新疆北部, 这些地区 1980 年代初期变湿, 新疆南部于 1980 年代中后期开始变湿塔吉克斯坦吉尔吉斯斯坦和哈萨克斯坦的巴尔喀什湖地区由于受地形和湖面水体影响, 气温低降水量多, 变化相对稳定, 突变在 1990 年代初期发生, 且不显著参考文献 : [1] DAIA,TRENBERTH K E,KARLTR.Globalvariationsin droughtsandwetspels: [j].geophysicalresearch Leters,1998,25(17): [2] 王劲松, 陈发虎, 靳立亚, 等. 亚洲中部干旱区在 20 世纪两次暖期的表现 [J]. 冰川冻土,2008,30(2): [3] 王劲松, 陈发虎, 张强, 等. 亚洲中部干旱半干旱区近 100 年来的气温变化研究 [J]. 高原气象,2008,27(5): [4]CHENFH,HUANGW,JINLY,etal.Spatiotemporalprecipitati onvariationsinthearidcentralasiainthecontextofglobalwar ming[j].sciencechina:earthsciences,2011,54(12): [5] 施雅风, 沈永平, 李栋梁, 等. 中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨 [J]. 第四纪研究,2003,23(2): [6] 李忆平, 李耀辉. 气象干旱指数在中国的适应性研究进展 [J]. 干旱气象,2017,35(5): [7]PALMERW C.Meteorologicaldrought[C]//OficeofClimatology U.S.WeatherBureau.U.s.departmentofCommerceWeatherBu reauresearchpaper,washington:1965. [8]WELLSN,GODDARDS,HAYESMJ.Aself-calibratingPalmer droughtseverityindex[j].journalofclimate,2004,17(12): [9]DAIA.CharacteristicsandtrendsinvariousformsofthePalmer droughtseverityindexduring [j].journalofgeophys icalresearchatmospheres,2011,116,d12115,doi: / 2010JD [10]MISHRAAK,SINGH VP.Areviewofdroughtconcepts[J]. JournalofHydrology,2010,391(1): [11]VICENTE-SERRANOSM,BEGUERIAS,LóPEZMORENOJ I.A multiscalardroughtindexsensitivetoglobalwarming:the standardizedprecipitationevapotranspirationindex[j].journalof Climate,2010,23(7): [12] 石崇, 刘晓东年东半球陆地干旱化特征基于 SPEI 数据的分析 [J]. 中国沙漠,2012,32(6): [13] 陈斐, 杨沈斌, 王春玲, 等. 基于 SPEI 指数的西北地区春旱时空分布特征 [J]. 干旱气象,2016,34(1): [14] 刘珂, 姜大膀. 基于两种潜在蒸散发算法的 SPEI 对中国干湿变化的分析 [J]. 大气科学,2015,39(1): [15] 轩俊伟, 郑江华, 刘志辉. 基于 SPEI 的新疆干旱时空变化特征 [J]. 干旱区研究,2016,33(2): [16]BENJAMIN C,JASONS,RICGARDS,etal.Globalwarming and21stcenturydrying[j].climatedynamics,2014,43(9/ 10): [17] 陈曦. 亚洲中部干旱区蒸散发研究 [M]. 北京 : 气象出版社, [18] 赵常庆. 中亚五国概论 [M]. 北京 : 经济日报出版社,1999. [19]NEW M,HULMEM,JONESP.Representingtwentieth-century space-timeclimatevariability.parti:developmentof monthlygridsofterestrialsurfaceclimate[j].journalofclimate, 2000,12(12): [20] 黄伟, 吴娴, 陈建徽, 等. 中亚干旱区降水准两年周期振荡及突变特征 [J]. 气候变化研究进展,2012,8(6): [21] 黄秋霞, 赵勇, 何清. 基于 CRU 资料的中亚地区气候特征 [J]. 干旱区研究,2013,30(3): [22]WUZH,HUANGNE.Ensembleempiricalmodedecomposition: anoise-asisteddataanalysismethod[j].advancesinadaptive DataAnalysis,2009,1(1):1-41. [23]RICHMANM B.Rotationofprincipalcomponents[J].Interna tionaljournalofclimatology,1986,6(3): [24] 魏凤英. 现代气候统计诊断与预测技术 [M]. 北京 : 气象出版社,2007: [25] 黄嘉佑. 气象统计分析与预报方法 [M]. 北京 : 气象出版社, 2004: [26]HUANGNE,WUZH.AreviewonHilbert-Huangtransform: methodanditsapplicationstogeophysicalstudies[j]rev.geo phys, (2):1-23. [27]QIANC,WUZ,FUC,etal.OnchangingElNi o:aviewfrom time-varyingannualcycle,interannualvariability,andmean state[j].journalofclimate,2011,24(24): [28]NORTHGR,BELLTL,CAHALANRF,etal.Samplingerors intheestimationofempiricalorthogonalfunctions[j].monthly WeatherReview,1982,110(7): [29] 李栋梁, 魏丽, 蔡英, 等. 中国西北现代气候变化事实与未来趋势展望 [J]. 冰川冻土,2003,25(2):

11 第 2 期迪丽努尔托列吾别克等 : 近 115a 中亚干湿气候变化研究 195 CharacteristicsoftheDry/WetClimateChangeinCentralAsiainRecent115Years DILINUERTuoliewubieke,LIDongliang (ColegeofAtmosphericScience,NanjingUniversityofInformationScience&Technology, ColaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters, KeyLaboratoryofMeteorologicalDisaster,MinistryofEducation,Nanjing210044,China) Abstract:Basedonthemonthlymeantemperature,precipitationandpotentialevapotranspirationdataprovidedbyCRUandthe standardizedprecipitationevapotranspirationdatawith12monthsscale(spei 12 )fromipe-csicduring ,theclimatic factorsinrecent115yearswerecomprehensivelyanalyzedandthespatial-temporalpaternofdry/wetclimatechangewasexploredin CentralAsia.TheresultsshowthatthespatialdistributionofannualmeantemperatureinCentralAsiapresentedwarmerineastand westregionsbutcolderinthemiddle,anditshowedasignificantwarmingtrendinthewholeregionanditsclimatetendencyratewas 0.15 (10a) -1.Forannualprecipitation,itwasmoreincentralandsouthregionsandlesintheeastandwestregions,andit wasincreasinginmostregionsexceptthekazakhstanplaininthenortherncentralasia.theannualpotentialevapotranspirationinthe wholeregionwasmuchlargerthanannualprecipitation,whichwascloselyrelatedtotopographyandunderlyingsurface,anditwas characterizedbylargerintheeastandwestdesertareaandrelativelysmalerinthecentralmountainousregion.thedry/wetindex SPEI 12 consideringthewater-heatbalanceshowedaweakerdecreasingtrendinthekazakhplains,whichindicatedtheareabecame slightlydry,whileinotherareasitpresentedanincreasetrend,whichindicatedtheareasbecamewet.thespei 12 wasdecomposedin tosixsub-regionsbyusingtherotatedempiricalorthogonalfunction(reof),andtheabruptchangeoftemperaturewasearlierinthe eastthanthatinthewestforeachsubarea,andprecipitationinthewestincreasedsignificantlyearlierthanthatintheeast,andthe mutationtimeofspei 12 inthewestwasearlierthanthatintheeast.basedontheensembleempiricalmodedecomposition(eemd), thevariationperiodofspei 12 andprecipitationwereanalyzedatdiferenttimescales.spei 12 hadasignificantoscilationperiodofquasi -14yearsandprecipitationhadasignificantoscilationperiodofquasi-3yearsand14years. Keywords:CentralAsia;standardizedprecipitationevapotranspirationindex;spatialpatern;dry/wetclimatechange

Ⅰ Ⅱ1 2 Ⅲ Ⅳ

Ⅰ Ⅱ1 2 Ⅲ Ⅳ 1 1 2 3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ~ 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 ~ 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 ~ 46 47 ~ ~ 48 49 50 51 52 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63