利用树轮资料的EOF迭代方案重建中东亚干旱半干旱区1500年来气温变化的初步研究

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在亚洲中纬度存在一条干旱半干旱带,属于内陆干旱区,本文称为中东亚干旱半干旱区,是连接赤道和中高纬地区的过渡地带,也是西风带气候和季风气候的相互作用区,对全球气候变化敏感响应。众所周知,近几十年来全球显著变暖,那么中东亚干旱半干旱区是如何响应的?进一步,该区域在过去几百年的气候变化的基本特征又是如何的呢?研究这方面的问题将有助于了解这一区域的气候变化规律、更好地理解该区域近千年乃至近万年气候变化的机制和成因,为有关区域响应的研究领域提供全球气候变化的干旱区响应结果,进而为未来气候的预测提供基础和指导。 本文利用1961-2003年中东亚干旱半干旱区(以下称为研究区)内的67个站点的地面气温观测资料、NCEP/NCAR提供的500hpa高度场再分析资料以及取自国际树轮资料库(ITRDB)的树木年轮宽度指数资料,首先对研究区有连续器测记录以来的气温变化进行了分析,探讨该区域气候对全球变暖的响应;进而利用经验正交函数(EOF)迭代方案重建了研究区历史时期的气温序列,分析了其变化特点,并与前人的研究结果以及历史文献进行了对比;同时也重建了欧亚(0-150°E,20-70°N)冬、夏季500hpa高空环流场,分析了对应的冷暖时期的环流背景。经过综合分析得到如下基本结论: 1、中东亚干旱半干旱区年平均气温的空间分布受地理和地形影响较大,研究区年平均气温南北差值大,海拔高度是影响年均气温的一个重要因子,天山山脉、蒙古高原、祁连山地区是年平均气温的低值区。 近43年(1961-2003年)以来,中东亚干旱半干旱区的年平均气温变化整体呈上升趋势,气温上升速率约为0.39℃/10a,以1985年为界,近二十来年是增温最明显的时期。从上世纪70年代以来,研究区升温频率越来越快,温暖程度越来越暖。 对研究区年平均气温变化序列的谱分析发现,研究区气温变化存在10年的长周期和2.4-2.6年的短周期变化成分。 2、数值试验表明,树轮资料的EOF迭代方案能够用来重建中东亚干旱半干旱区过去气温序列和环流场。 3、利用树轮资料的EOF迭代方案重建了研究区1500年以来的年平均气温变化。重建结果显示,研究区在17世纪末到20世纪70年代,处于相对偏冷阶段,20世纪30年代左右有弱的变暖波动,但其距平仍为负值(相对于气候参考期1971-2003年)。 过去500多年来中东亚干旱半干旱区大致经历了4次冷期和3次暖期。冷期分别为1533-1573年、1657-1711年、1718-1823年和1887-1979年,共293年,持续最长的是1718-1823年,长达105年;偏暖期为1502-1532年、1574-1656年和1824-1S86年,共有177年,持续时间最长的是1574-1656年,达83年。 对重建气温序列的谱分析发现,研究区年平均气温变化具有显著的周期波动,存在超过99﹪红噪声置信水平的250a准周期以及超过95﹪红噪声置信水平的4.3a,和2.2a准周期。 研究区内各分区气温变化与研究区整体的变化基本一致,差异较显著的是中亚干旱区和塔里木干旱区的最冷期处于16世纪,而蒙古高原和东部季风区则处于19世纪初期。 4、利用树轮资料的EOF迭代方案重建了欧亚冬、夏季500hpa高空环流场。分析显示研究区1500年以来气温变化与高空环流背景场有很好的对应。
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