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气候变化是地球系统各子系统相互作用在大气圈中的反映。本文针对大旱成因尚未明确的问题,立足“地球系统”概念,避开从大气中直接寻找大旱的影响因素,通过分析大旱发生前3.2m地温场分布特征来探讨地下热活动的变化,从地气耦合的角度出发分析了2000-2011年间六次大旱的地气学成因。
主要研究内容和结论如下:
Ⅰ、大旱分布区域分析
(1)利用国家气候中心发布的160个站点逐月降水资料,计算了2000-2011年我国的季降水距平百分率值。定义降水距平百分率R%<-50%的站点为出现干旱的站点,统计得出了每个季节出现干旱的站点总个数,选取了2000年春季、2001年春秋冬季、2006年夏季、2007年秋季,2008年冬季和2011年的春季作为本文的研究对象。(2)基于选取的季节,分析每一个大旱季节的季降水距平百分率图,得出大旱的分布区域。
Ⅱ、地温场特征分析
(1)利用中国气象局3.2m日地温资料计算年平均地温值,得出2000-2011年间3.2m地温总体呈上升趋势,(2)通过研究大旱季节中3.2m地温距平场和变温场分布特征,得出在大旱季节中的地气系统活动特征为:2000春季,青藏高原北部、塔里木盆地和柴达木盆地一带的“地冷涡”处于不断成熟发展的过程。东北,华北,新疆北部和整个河套地区的“地热涡”衰退减弱。2001年春季,东北“地冷涡”减弱消亡,柴达木盆地的“地冷涡”处于发展扩大中。2006年夏季地气形势极不稳定,地面气候系统维持的时间都较短,在一个月左右。2007年秋季东北平原的“地冷涡”发展壮大并向嫩江流域移动;云贵高原以及广西地区的“地冷涡”发展成熟,华北平原“地热涡”衰退。2008年冬季准葛尔盆地的“地冷涡”不断发展扩大,内蒙古西部、宁夏以及甘肃东部的“地冷涡”随时间逐渐减弱。2011年长江下游地区“地冷涡”在1-5月都发展成熟,6月份急速衰退,7月份完全被“地热涡”所取代。
Ⅲ、大旱的地气学成因分析
本文将3.2m地温月距平场和地震信息作为表征地下活动的主要因子,结合月际变温值变化,与大旱区域的分布进行了类比分析,得出了大旱的地气学成因可以两大类:第一类为“地冷涡”作用,“地冷涡”为3.2m地温距平的低值区,由于地温的降低,导致传给大气的热量减少,因此“地冷涡”的发展(负变温)和衰退(正变温)阶段都会引发其控制地区发生干旱。震后地壳拉张复原,地球外核的下降运动会使其上部的岩石圈产生下沉和拉张作用,在其下游地区往往表现为3.2m地温降低,产生“地冷涡”而引发干旱,如2000年春季大旱。第二类为“地热涡”的影响,“地热涡”为3.2m地温距平的高值区,它影响干旱主要有两种情况:①“地热涡”的衰退阶段;在“地热涡”控制区,3.2m月际变温表现为负值,说明“地热涡”处于衰退消亡期,传给大气的热量减少而引发干旱。②强震的孕震过程;在强震发生之前,地壳压缩导致3.2m地温升高;外核对流的顶托作用使岩石圈中裂隙变小,对流热传导系数变小,地下传送给大气的热量减少而造成干旱少雨,地球表层会出现一个“热旱异常”区(3.2m地温升高,降水变少)。如2001年春季,2006年夏季,2007年秋季。
在某一地区,当同时存在多个地面气候系统时,由于它们存在的深度不同,最终的气候效应也将不同。如2011年的春夏季,存在于外核中的“拍涡”和存在于地壳中的“地冷涡”先后作用导致了长江中下游地区旱涝急转现象。