【《青藏高原地区极端降水与气温的关系分析案例》3000字】

6969青藏高原地区极端降水与气温的关系分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u32075青藏高原地区极端降水与气温的关系分析案例 1134771.1站点尺度日极端降水与气温的关系 1256231.2区域尺度日极端降水与气温的关系 4238551.3相对湿度与气温的关系 7为研究极端降水与气温的关系，我们在每个站点，选用6-9月降水量大于0.1mm逐日降水量数据及其相应的日平均气温。将气温按升序排列，分成20个带，使每个带中的样本数量大致相等。然后在每个带中采用第三章中介绍的百分位阈值法，确定极端降水的阈值，在本文中分别选择90%分位、95%分位、99%分位对应的日极端降水强度作为阈值来识别极端降水。将每个带中气温的平均值作为该组极端降水强度所对应的气温值。对y坐标进行对数转换，绘制日平均气温和日极端降水强度的散点图，并进行数据拟合求出每个站点日极端降水强度随气温的变化率k，并与C-C速率（k=7%/℃）进行对比。1.1站点尺度日极端降水与气温的关系前人研究表明日极端降水强度和相应的日平均气温之间的关系大致可以分为三种不同的类型：正型、负型和峰型。其中，正型是日极端降水强度随着气温的升高单调递增，如图5-1（a）所示；负型是日极端降水强度随着气温的升高单调递减，如图5-1（b）所示；峰型指的是日极端降水强度在低温时随着气温升高而增加，达到峰值后，随着气温的升高而降低，例如图5-1（c）所示。在下面的描述中，这个峰值所对应的温度我们称之为峰值气温。图5-1不同极端降水强度和气温关系模式典型例子本文分别计算了90%、95%、99%分位日极端降水强度随气温的变化情况，发现峰型、正型、负型三种类型的站点在青藏高原均存在。以90%分位为例，对峰型的站点计算出峰值气温，如图5-2（a）所示。对于每个站点，拟合得到了日极端降水强度随气温的变化速率k，如图5-2（b）所示。图5-290%分位日极端降水与气温的变化特征分布图注：（a）日极端降水强度峰值气温分布图（正型和负型不统计峰值气温）；（b）日极端降水强度与日平均气温之间的速率分布（峰型中的变化速率k根据达到峰值气温之前的实测降水和气温数据计算）。从图5-2（a）中可以看出，青藏高原的49个站点中90%分位日极端降水强度与气温的关系主要以峰型和负型为主。日极端降水强度随气温呈现峰型变化的站点有29个，峰值气温变化范围是5℃-23℃，大多数站点峰值气温在7-14℃之间，只有都江堰站点气温较高，超过了20℃。从整个青藏高原来看，峰值气温空间分布趋势为从东北向西南降低的规律。日极端降水强度与气温的关系为负型的有18个站点，位于青藏高原中部和南部；日极端降水强度与气温的关系为正型的仅有2个站点，分别是河南站和合作站，位于青藏高原东部。图5-2（b）显示了所有站点日极端降水强度随气温变化速率k的空间分布情况。从图5-2（a）和5-2（b）中可以看出，90%分位的日极端降水强度与日平均气温之间的关系在青藏高原中东部为先升后降的峰值型特征。大多数站点在达到峰值气温之前，日极端降水强度随气温的变化速率小于C-C速率（7%/℃）。在青藏高原南部极端降水与气温的关系为负型，且大部分站点日极端降水随气温的减少速率大于14%/℃，说明在这些站点在气温较高时，随着气温的升高日极端降水强度反而迅速减小。这也解释了部分第三章中青藏高原部分站点极端降水强度随时间的减小趋势。1.2区域尺度日极端降水与气温的关系为研究青藏高原区域平均的极端降水与气温的关系，我们将所有站点的数据绘于图5-3中，得到了区域平均的日极端降水强度随气温的变化关系。从图5-3中可以看出，青藏高原地区基于不同阈值计算得到的区域平均日极端降水强度随气温变化均存在先升后降的峰值型特征，峰值气温介于13-15℃之间。图5-3不同分位日极端降水与气温的关系注:散点为每个站点的日极端降水量，实线为整个青藏高原地区日极端降水强度的平均值，虚线斜率为C-C速率。对比不同阈值得到的日极端降水与气温的关系，我们发现90%分位和95%分位对应的日极端降水强度的峰值气温在13℃左右，日极端降水随气温的增加速率k分别为2.77%/℃和2.47%/℃，而99分位对应的日极端降水强度的峰值气温在14℃左右，上升速率为2.39%/℃。也就是说随着极端降水阈值的升高，日极端降水强度随气温增加的速率减小，同时，随着极端降水阈值的升高，峰值气温升高。图5-4不同分位日极端降水强度与当天气温和前一天气温的关系表5-4不同分位日极端降水强度随气温的变化速率和峰值气温变化速率k（%/℃）峰值气温（℃）当天气温前一天气温当天气温前一天气温90%分位日极端降水2.773.9313.213.295%分位日极端降水2.473.7713.213.299%分位日极端降水2.393.5314.214.2考虑到气温对降水影响可能存在滞后性，我们分别对比了不同分位的日极端降水强度与其对应的当天气温和前一天气温的关系。从图5-4可以看出，阈值不同时，日极端降水强度与其对应的当天气温和前一天气温的关系均为峰型。采用当天气温和前一天气温计算得到的峰值气温基本一致。采用当天气温和前一天气温计算得到的90%分位和95%分位阈值极端降水强度的峰值气温都在13.2℃附近。而在99%分位下，峰值所对应的气温都为14.2℃。这表明采用当天气温和前一天气温进行计算对峰值气温的计算结果影响很小。从图5-4和表5-4可以看出，在极端降水阈值的相同的情况下，日极端降水随前一天气温的变化速率在3-4%/℃之间，大于日极端降水速率随当天气温的变化速率，二者相差超过1%/℃左右。从图5-4（a）（b）（c）中可以看出，在达到峰值气温之前，采用当天气温和前一天气温计算得到日极端降水强度随气温的变化趋势较为一致。在达到峰值气温之后，日极端降水强度随前一天气温的变化速率大于其随当天气温的变化速率。通过以上的比较，可以发现日极端降水强度与其对应的当天气温和前一天气温的关系均为峰型，且峰值所对应的气温相同。日极端降水强度随气温的变化速率均随着极端降水阈值的增加而减小。采用当天气温和前一天气温所计算出来的日极端降水强度随气温的变化速率虽有差异，但均小于C-C速率（7%/℃）。因此无论是取前一天气温还是当天气温来计算极端降水与气温的关系，对研究结果的影响均比较有限，也就是说气温对降水的滞后性影响对本小节结论没有显著影响。1.3相对湿度与气温的关系由前面的研究可知，在青藏高原地区许多站点日极端降水强度随气温的变化为峰型。日极端降水强度随气温升高而单调增加，且满足C-C速率是在空气中水汽供应充分的情况下的得到的结果。而实际情况中空气中的水汽供应可能是不充分的。日极端降水强度随气温的变化为峰型的可能原因是随着气温升高，空气中的水汽含量在达到一定程度之后下降，导致空气中的水汽供应不足。为验证这个猜想，我们对每个站点90%分位日极端降水所对应的日平均气温和日平均相对湿度数据，采用与计算日极端降水随气温变化速率时相同的气温分带，将每个分带内，所有极端降水事件所对应的日平均相对湿度求平均值，并绘制气温与相对湿度的散点图，进行多项式拟合，结果如图5-5所示。图5-5湿度与气温的关系图从图5-5中我们可以看出，日平均相对湿度与气温的关系在14℃左右发生突变。14℃之前随着气温的升高空气中的相对湿度无显著变化，而气温高于14℃之后相对湿度开始迅速下降，相对湿度的迅速下降有助于解释高温下极端降水