广 西 秋 季 干 旱 成 因 分 析毕业设计.docx

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广西秋季干旱成因分析毕业设计

广西秋季干旱成因分析毕业设计

原创性声明·············································································································（I）

使用授权声明········································································································（Ⅱ）

中文摘要················································································································（III）

ABSTRACT············································································································（Ⅴ）

目录····················································································································（Ⅶ）

第1章前言·······································································································

（1）

1.1有关干旱的描述和对干旱特征的研究···················································

（2）

1.2有关干旱成因的研究···············································································（3）

1.3有关广西干旱的研究···············································································（4）

1.4存在的问题以及本论文的研究内容·······················································（5）

第2章资料和分析方法···················································································（7）

2.1资料来源·································································································（7）

2.2主要概念定义和研究方法简介·····························································（7）

第3章广西秋季干旱的气候特征及近期极端干旱个例介绍·························（13）

3.1广西秋季气候概况··················································································（13）

3.2广西秋季降水的时空变化特征······························································（14）

3.3广西秋季干旱的分布和变化特征··························································（20）

3.4广西近期秋季极端干旱个例介绍··························································（22）

3.5小结········································································································（24）

第4章广西秋季干旱（降水）年际、年代际变化的相关因子特征分析··········（25）

4.1广西秋季干旱（降水）与同期海洋热力变化的相互关系··················（25）

4.2广西秋季干旱（降水）与热带气旋系统的相互关系··························（25）

4.3广西秋季干旱（降水）与海-气交换通量变化的相互关系················（29）

4.4广西秋季干旱（降水）与ENSO的联系············································（36）

4.5广西秋季干旱（降水）与太阳黑子活动的联系································（37）

4.6小结··········································································································（38）

第5章广西秋季干旱的环流特征分析·····························································（40）

5.1广西秋季中低层位势高度场的变化特征分析······································（40）

5.2广西秋季近地面层流场的变化特征分析··············································（45）

5.3广西秋季海平面气压场和温度场的变化特征分析······························（46）

5.4广西秋季水汽输送通量特征分析··························································（46）

5.5广西秋季干旱的成因分析······································································（50）

5.6小结··········································································································（51）

第6章2004年广西秋季异常干旱个例分析····················································（53）

6.12004年秋季广西降水和旱情概况·························································（53）

6.22004年秋季环流形势场特征分析·························································（54）

6.32004年秋季海洋热力变化特征分析·····················································（60）

6.32004年秋季西太平洋热带气旋系统的活动状况·································（61）

6.52004年秋季海－气潜热和感热输送通量的变化特征·························（61）

6.62004年秋季水汽输送通量场的变化特征·············································（64）

6.7小结··········································································································（65）

第7章结论与讨论···························································································（66）

7.1总结········································································································（66）

7.2结果讨论与研究展望············································································（67）

参考文献·················································································································（68）

致谢·················································································································（72）

第1章前言

干旱不仅是全球范围内的一种对社会经济和人民生活影响最大、造成损失最为严重的气象灾害〔1，2〕，也是在我国发生得最频繁、对社会生活和农业生产影响最大的自然灾害。

近十五年的统计表明，我国常年的干旱受灾面积占农作物总受灾面积的一半以上，严重干旱年份比例甚至高达75%以上，因此造成的社会经济损失远远超过了其它气象灾害（图1-1）〔3，4〕。

随着社会经济的迅速发展以及人口的不断膨胀，一方面，大量草场林地被开垦成农田或开辟为城乡生活用地，工农业生产和城乡生活用水急剧增加，加之水资源环境恶化，使得可用水的供应日趋紧张；另一方面，人类活动还引起气候变暖等全球气候变化因素，使得蒸发量不断增大、而降水量的分布又日益不均匀，这些都导致干旱灾害有进一步频繁化和严重化的趋势。

图1-11989～2005年我国各类气象灾害受灾面积占农作物总受灾面积的百分比〔4〕

干旱通常是指较大范围内的因水分收支（供求）不平衡而引起的持续性的土壤水分缺乏现象（WMO，1992；AMS，1997）〔5，6，7〕；其核心内容是水分匮乏，并且有一定的时空尺度和规模程度；一般来说，降水量不足是导致干旱的最主要的原因。

按发生的季节，干旱可划分为春旱、夏旱、秋旱和冬旱；其中，春秋干旱对广西农业生产的影响最大〔8，9〕。

长期以来，学者们从各种角度对春季以及汛期降水（干旱）的分析研究很多，而针对秋冬季节降水特征规律等方面的探讨还不多见。

事实上，近年来随着社会经济的发展、人口的不断膨胀，加之农村产业结构的调整，秋冬季降水异常偏少所造成的社会经济损失也在逐年加重。

以广西区域为例，尽管秋冬季常年降水量还不足全年总降水量的三成，但近年秋季发生的几次严重干旱事件都对人们群众的生产生活造成了严重影响、引起了地方政府和社会各界的高度关注。

尤其是自2003年以来，该区域出现了近五十年来罕见的连续四年秋季降水异常偏少、严重秋旱的事件；特别是在2004年秋季，降水量比常年同期偏少近9成、且10月份几乎滴雨未下，造成全区88个县（市）发生不同程度的干旱，且重旱比例达7成以上〔10〕。

严重的秋旱使得农业生产几乎陷于停顿状态，数百万计人畜饮水困难、森林火灾频繁；由于境内各大江河水位持续下降，水力发电、内河航运和以漓江为代表的旅游业均受到严重影响；而远在千里之外的珠江三角洲一带，因上游来水严重不足，珠江口河道出现数十年来最严重的咸潮等现象〔11〕，造成了非常严重的社会经济损失。

上述情况表明，秋冬季降水的重要性已经不容忽视。

广西区域秋冬季历年来都有不同程度的旱情发生、其中出现全区性重旱的情况也不算少数〔8,9,12〕。

在这些普遍的现象当中是否隐藏着某种规律性的特征？

它们的成因、机理又是什么？

有针对性地研究、探讨这些课题，不仅可以加深人们对广西秋季异常干旱过程细节的认识和理解，有重要的科学价值；而且对我们提高相关事件的预测预报水平，指导有关部门及早做出防范部署，减轻异常干旱事件对社会经济造成的损失，也有着非常重大的社会意义。

1.1关于干旱的描述和对干旱特征的研究

干旱的形成与很多因素有关,包括气象（降水、蒸发、气温等）、水文、地质地貌、土壤底墒、灌溉条件、种植作物、作物的生育期以及工业和城乡生活用水状况等等。

因此，就不同学科、或针对不同的研究目的，对干旱的定义和分类均有所不同。

目前国内学术界普遍参照采用的是美国气象学会（AMS，1997）的4类干旱标准〔6〕，即：

气象干旱（因蒸发和降水不平衡导致的水分缺乏）、农业干旱（土壤含水量小于农作物的需水量）、水文干旱（河流水位或含水层水位低于常年值）和社会经济干旱（人类社会生活中因可用水分缺乏而严重影响社会经济活动的现象）。

上述四类干旱中，气象干旱是基础和先导，其它干旱是具体的表现形式；鉴于本文研究的主要是气象干旱方面的内容，在后续讨论中如无特别说明，所使用的“干旱”定义均指“气象干旱”。

由于涉及到多个不同学科，干旱研究有其复杂性。

首先，为了客观定量地反映干旱的程度，为旱灾的监测和评估提供必要的理论基础，一般使用各种干旱指标（指数）来对干旱现象进行描述。

早期的干旱定量监测标准一般是“连续少雨日数”等指标，最早在20世纪初期的美国开始使用（Munger〔13〕，1916；Kincer〔14〕，1919）；我国气象业务部门目前常用降水距平百分率、降水量标准差等与气象降水要素直接相关的统计数据作为干旱指标〔15〕；美国等西方国家自上世纪60年代以来广泛采用相对复杂的、综合考虑了与干旱发生的气象、土壤、蒸散等各方面因素的“机理性干旱指标”，如著名的PDSI（Palmer〔16〕，1965）、作物水分指标CMI（Palmer〔17〕，1968）以及它们的各种改进指标〔18,19〕等；俄罗斯（前苏联）等国习惯使用布德科辐射指数来作为干旱的衡量标准〔20〕；在意大利，LeHouorou等〔21〕用“可靠降水指标”（Dependablerains，1993）来研究非洲大陆的干旱状况，以弥补Palmer指标的不足；而南半球的澳大利亚干旱监测中心〔22〕则使用“持续少雨月数”指标来作为干旱等级划分的标准（WilhiteandGlantz，1985）。

另外，由于复杂的机理性干旱指标往往还存在着实时资料获取难、受地域限制大、不利于不同地区相互间的分析比较等缺点，美欧等国在近年来的研究中也有使用相对简单实用的降水距平百分率（Willeke，1994）〔23〕、标准化降水指数SPI（McKee,1993）〔24，25〕等干旱指标的趋势；JohnKeyantash等〔26〕通过对各种气象干旱指标的普适性（能否广泛适用于各种自然环境）、实用性（资料是否易于获取、计算是否有效可行）、理论性（是否包含明确的物理机制）等关键特性进行综合分析、评估后也认为，在众多干旱指数中，降水成数仍是最有价值的干旱衡量标准。

进入21世纪以来，在发达国家的干旱监测业务中还有将多种指标综合在一起、通过一定权重组合成一个相对客观的复合干旱指标投入实际应用的趋势〔27〕。

由于目前各国、各地区在业务科研中应用的干旱指标还很不统一，每种评定方法既有其优点、又有其不足之处；当立足于不同的研究着眼点、选用不同指标进行分析时，对同一干旱事件可能会得出不同的干旱期或干旱强度等级划分结果，这往往会对相关学术研究造成一些困扰。

其次，由于干旱与其它短期突发性气象灾害不同，具有多发性、渐进性、持续性、累积性、滞后性等特点〔3,23〕，旱情的开始、发展和结束以及其严重程度、对农业生产和社会经济造成的影响等往往得不到及时准确的判断和评估；加之各种干旱指标均无法合理地反映干旱过程中非气象因素（如区域农业系统结构、人口和社会经济结构、人类的抗灾减灾行为等）的响应和反馈作用，这也造成了干旱分析难以客观定量化、无法满足监测预报的时效要求、各种干旱研究成果也难以相互比对借鉴等许多现实的困难。

最后，鉴于干旱是气候系统、外源强迫以及人类活动等几方面因素的非线性相互作用结果〔3,4，28〕；除了不同气候基本态之间的转换以及外源强迫（太阳辐射）的循环演变会对干旱的形成有重要影响外，人类的生产生活也会在相当程度上影响和改变干旱的时空分布和进程〔29～31〕。

基于历史气候监测数据和灾情统计资料研究得出的干旱演变规律，往往因为受到人类大规模砍伐、耕作以及灌溉等行为的持续影响，已不能作为现今干旱监测和预测预报的依据。

因此，及时根据客观形势发展对干旱评估标准进行更新调整，并结合遥感监测、区域社会经济结构分析等其它手段来综合分析区域干旱的最新格局，才会有更现实的意义〔32〕。

1.2关于干旱成因的研究

关于干旱的成因研究，一般分为两大部分。

一是针对区域性常年降水偏少的“干旱区”或“干旱气候”的成因研究，另一方面是针对气候异常导致的某个时期或时段内出现干旱现象的研究。

对于“干旱区”的形成，一般解释为：

或受因副热带Hadley环流的下沉运动（副热带高压）影响；或因山脉地形背风坡下沉运动影响；或因远离海洋、水汽难以达到所致；或受海洋（海温）直接影响以及类似青藏高原等大地形的影响等〔33～41〕。

而对于气候异常引起的区域性干旱事件的成因，研究热点多集中于作为水汽输送主要载体的季风环流活动异常、导致大尺度水汽的输送和辐合过程出现明显的改变，进而引起局地旱涝灾害发生的情况：

大尺度环流型的异常、夏季风载体的建立和迟早强弱变化、海洋等水汽源地的特点等都是相关研究关注的焦点――由于广西区域发生的干旱就属于这种情形，它也是本文关注的重点。

蔡英等〔40〕对华北、西北两区干、湿年（月）的水汽场及夏季风状况作了对比分析后认为，近50a以来我国华北和西北东部区域的明显干旱化可能与同期东亚夏季风趋于减弱、改变了大尺度水汽输送及辐合、导致这两区域大气可降水量持续减少有关；王宝鉴等〔41〕对西北区降水异常特征进行分析，并与同期西北区水汽通量场特征进行了对比，发现夏季风的强弱与西北地区降水的多寡有很好的对应关系；周长艳等〔42〕对东亚地区秋季的水汽输送特征和水汽源地进行了研究，指出秋季亚洲季风区范围内的最大水汽源地位于南海和西太平洋地区，而2004年秋季这两个源地对华南地区的水汽输送显著偏少是导致该地区出现异常干旱的重要原因。

鉴于干旱并非简单地作为洪涝的相反过程、而是与之间存在复杂非线性相互作用的各个气候系统都有着密切关系，因此也有学者先后从遥相关型、大气热源变化以及海气通量交换等气候系统因子的角度，来研究旱涝灾害的成因、机理及其前期强信号特征等重要问题。

卫捷等〔43、44〕发现华北夏季典型干旱年的前期（冬季和春季）及同期环流特征是北半球中高纬度500hPa高度距平场出现EU型遥相关分布，揭示出该遥相关型在华北夏季干旱发生与维持时期所起的作用；蓝光东〔45〕、简茂球等[46〕对大气热源的时空变化规律及其与季风环流的关系进行了研究，发现夏季风的建立时间与季风区对流层中上层非绝热加热的变化有非常密切的联系，由此引申出从大气热源变化的角度来探讨我国旱涝灾害的成因和机理是有科学依据的。

鉴于海洋与大气的热量交换是影响全球气候变化的重要因素之一，而热带太平洋（特别是西太平洋暖池）作为大气最强大的热源〔47〕，在全球气候变化中起着重要作用，因此，从海气交换、海气相互作用的角度来探讨旱涝的成因机制一直以来都是国际干旱研究的热点：

Hoerlin等〔48〕用大气环流模式（GCMs）对1998～2002年间全球中纬度地区大范围干旱现象的成因进行了分析和模拟，指出海温异常与这些干旱事件的形成密切相关；Barlow等〔49〕就太平洋海温变化的三个基本模态（ENSO、PDO和NP型）与美国夏季旱涝之间的关系进行了研究，指出这三种海温变化模态在美国长期干旱事件中起着重要的作用;温敏等〔50〕对我国旱、涝年太平洋海温场分布型式的差异进行了研究；Shabbar〔51〕等分析了海温变化对加拿大夏季干旱形成所起重要作用，并以此为基础提出了利用海洋或海气耦合模式来提高干旱预报时效的潜在可能性；吴迪生等〔52〕发现海气相互作用对广东旱涝的影响明显，秋冬季南海海气热量交换较常年增强（或减弱）时，广东降水将偏多（或偏少）；此外，ENSO事件对全球大气环流、海洋环流和气候年际变化的重要影响已为众人所熟知：

作为目前为止唯一已经确认的真实的全球尺度振荡、也是迄今为止人类所观测到的全球大气和海洋相互耦合的最强信号之一，ENSO事件的发生是引起全球大气环流和水分循环异常以及短期气候变化的重要原因〔47〕。

国外对ENSO与区域性干旱的关系作了多方面的探讨：

M.Barlow等〔53〕分析了1998～2001年间ENSO事件到致的气候异常在中亚、西南亚持续干旱事件的重要作用；Goodrich〔54〕就近期ENSO事件对美国西部冬季干旱（降水）的影响进行了细致地分析，指出ENSO冷事件对应着降水偏少、暖事件对应着降水偏多；在国内，有关ENSO事件与各地旱涝之间的关系也有大量篇幅讨论，这里就不过多赘述。

1.3关于广西干旱的研究

蒙远文等〔8,55，56〕使用统计分析方法较早地对广西干旱的分布特征和发生频率进行了研究，指出：

广西干旱发生频繁，但以局部性居多，约占总年数的70%；大旱年（即异常干旱年）有10年一周期、且连续发生的趋势；涂方旭等〔57〕对广西近百年来的降水量序列进行整理、统计后指出，广西秋季存在着“雨期－干旱期”交替的阶段性变化特征，每个雨（旱）期持续7a～27a不等；黄雪松等〔12〕对广西境内不同区域的干旱频数进行了研究，结果表明：

广西各地在不同季节发生干旱的频数是不相同的：

其中秋旱发生的频数为五到八成、由西南部向东北部递增，东北部出现秋旱的频率最大。

在广西干旱的影响因子和成因机制的研究方面，李耀先等〔56，58〕认为：

西风带系统、热带气旋和ENSO事件对广西干旱的发生有着重要影响；他对ENSO事件造成广西气候异常的物理机制进行了讨论，认为厄尔尼诺事件发生时Walker环流和Hadley环流的变化引起副热带高压增强、台风生成数减少，导致广西前汛期偏涝，后汛期偏旱。

李秀存等〔59,60〕也发现：

ElNino事件使广西使秋季降水偏多、LaNina事件则使之偏少，持续一年以上长时间的ENSO事件容易造成广西的异常干旱；黄雪松等〔12〕进一步指出，广西的地形、地貌特点和一些人为因素也是广西干旱频繁发生的重要原因。

陆丹〔61〕使用SVD方法对1998～1999秋冬春季华南特大干旱期间广西区域的降水情况与前期、同期北半球500hPa高度场以及热带太平洋（水汽源地）的海温场进行了统计相关分析，得出了500hPa高度场和海温场关键区与华南区降水的对应关系，并据此对后期广西区域的降水趋势作出了成功的预报。

另外，赵运峰等〔62〕也从冷空气活动、副高强度以及ENSO事件等方面对2004年广西异常秋旱的气候特征作了初步的探讨。

1.4存在的问题以及本论文的研究内容

从上述已有的分