中国西北干旱区过去50余年降水变化及水分循环特征

This projection intents to analyze the differences of precipitation between Central Asian arid region and northern China in last 50a; to analyze the characteristics of precipitation variability on annual and decade scale in arid regions of Central Asian and Northwestern China; to understand the differences and relation of precipitation between Central Asian and Northwestern China. The research will focus to the climatic characteristics of precipitation in Nothwestern China. To deeply understand the mechanisms of precipitation variability by caculating the transfer ratio of atmospheric precipitable and precipitation, especially under global warming background. The moisture transport characteristics will be valided by caculating the vapor path on large scale in arid regions; To explore the precipitation recycle ratio retion in arid regions, by caculating and comparing the contribution of moisture transport on large scale and regional evaporation. To deep understand the precipitation characteristics and basic mechanism in arid regions; to deep understand the relation of moisture and heat transport on different scales in Central Asian, northwestern China and adjacent regions, which can provide scientific basis for cliamte prediction and develop climatic model.

本项目拟通过多种降水资料的融合和交叉验证，对比分析中亚干旱区和中国西北干旱区降水在年际尺度和年代际尺度上的变化特征，认识中亚干旱区和中国西北干旱区在降水特征上的联系和区别；在此基础上，重点研究中国西北地区干旱区的降水过程的气候特征。通过计算干旱区大气可降水量和降水之间的转换率，尤其在全球变暖背景下的年际和年代际尺度上的可降水量的转换率，加深理解大气降水的变化机理；通过计算干旱区降水过程中的大尺度水汽来源，分辨干旱区降水的水汽输送特征；通过降水过程中大尺度水汽输送和局地蒸散发在降水贡献中的比较，探索干旱区降水的再循环率。从而加深理解干旱区降水的机理和基本特征，深入认识中亚干旱区和干旱/半干旱地区及其邻近地区多尺度水热变化的相互关系,为气候预测和发展气候模式提供参考科学依据。

本项目现有的蒸发估算方法进行了修正，在此基础上，分析了全球温度显著升高的近30年（1981-2010），北半球典型干旱区和中国地区水分循环中降水转化及再循环的时空特征。利用CMIP5结果对21世纪不同时期（初期：2017—2036，中期：2047—2066，后期：2077—2096）、典型干旱区及中国的水分循环时空变化进行了预估。揭示了中蒙干旱区的年降水再循环率大约为3.7%。中蒙及北美干旱区的降水再循环率（PRR）小于降水量最少的西亚、北非干旱区。过去30余年间，随着全球气温的上升，中蒙干旱区可降水量减少，但降水转换率年变化以及季节变化变化较小。就全球而言，受限于有限的土壤水分，干旱区蒸发量（0.3—0.8 mm day-1）小于参考蒸发量（4.4—11.0 mm day-1）。通过比较降水再循环率与ET-P发现，中蒙干旱区降水再循环率降低。本项目还揭示出水汽在大气中存在时间对降水再循环率的影响。中蒙干旱区3次典型个例的模拟结果揭示出，降水及再循环过程中，正午局地蒸发大于降水，陆面水汽通过蒸发进入大气，局地水汽贡献达到最大（>0.1 mm）；傍晚达到最大（>10%）。降水再循环对降水存在正反馈作用，降水转化率同时达到最大（>7%），降水、蒸发也同时达到最大。中蒙干旱区降水、蒸发、降水转化及降水再循环率均存在准10天的变化周期，这与全球气候平均的结果类似。相近随着全球变暖，大气的水分循环加快，大尺度水分循环加速并不会使得中蒙干旱区发生显著的干湿变化。