中亞干濕氣候變化與大氣環(huán)流異常的關聯(lián)性探究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景中亞地區(qū)位于亞洲大陸的中心部位，作為亞洲內陸的核心區(qū)域，主要涵蓋哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦和土庫曼斯坦五個國家，總面積達400多萬平方公里。其地理位置獨特，處于歐亞大陸的關鍵地帶，是貫通亞歐大陸的交通樞紐，也是古代陸上絲綢之路的必經(jīng)之地，在歷史上就是東進西出和南下北上的必經(jīng)之地，地緣政治意義極為重要。中亞地區(qū)的氣候呈現(xiàn)出鮮明的特征。因其深居內陸，遠離海洋，周圍又有高山環(huán)繞，使得海洋水汽難以到達，氣候干燥少雨，屬于典型的溫帶大陸性氣候。這里降水稀少，年平均降水量大多在400毫米以下，部分沙漠地區(qū)年降水量甚至不足100毫米。氣溫的年較差和日較差都很大，冬季寒冷，夏季炎熱，例如在一些地區(qū)，冬季最低氣溫可達零下40攝氏度，而夏季最高氣溫能超過40攝氏度。在全球氣候系統(tǒng)中，中亞地區(qū)占據(jù)著不可或缺的地位。它處于中緯度西風帶的關鍵位置，是全球大氣環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分，其氣候的變化會對周邊地區(qū)乃至全球氣候產(chǎn)生連鎖反應。作為世界上最大的干旱半干旱帶的核心區(qū)，中亞地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，對全球氣候變化的響應十分敏感。過去幾十年間，在全球氣候變暖的大背景下，中亞地區(qū)的氣候發(fā)生了顯著變化，降水和氣溫的波動加劇，極端氣候事件頻繁出現(xiàn)，如干旱、暴雨、高溫熱浪等，給當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展以及居民的生活帶來了嚴重的影響。中亞地區(qū)的干濕氣候變化不僅關系到當?shù)氐乃Y源分布、生態(tài)系統(tǒng)平衡，還與農業(yè)生產(chǎn)、能源開發(fā)等經(jīng)濟活動密切相關。而大氣環(huán)流作為影響氣候的關鍵因素，其異常變化會直接導致中亞地區(qū)氣候要素的改變。因此，深入研究中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常，對于準確理解該地區(qū)氣候演變規(guī)律、有效應對氣候變化挑戰(zhàn)具有重要的現(xiàn)實需求。1.1.2研究意義從科學認知層面來看，中亞地區(qū)獨特的地理位置和復雜的氣候系統(tǒng)，使其成為研究氣候變化的關鍵區(qū)域。通過對中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常的研究，可以進一步揭示全球氣候變化在干旱半干旱地區(qū)的響應機制，補充和完善氣候變化理論體系。中亞地區(qū)氣候受多種因素共同作用，包括全球氣候變暖、大氣環(huán)流異常以及下墊面條件等，研究這些因素的相互關系和作用過程，有助于深化對氣候系統(tǒng)內部物理過程的認識，提高氣候模式的模擬和預測能力，為全球氣候變化研究提供更為堅實的理論基礎和實證依據(jù)。在生態(tài)保護方面，中亞地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，干旱的氣候條件使得水資源成為制約生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的關鍵因素。準確把握干濕氣候變化趨勢及其與大氣環(huán)流的關系，能夠為當?shù)厣鷳B(tài)保護和修復提供科學指導。了解降水變化規(guī)律可以合理規(guī)劃水資源的開發(fā)與利用，避免過度開采導致生態(tài)退化；認識氣溫變化對植被生長的影響，有助于制定針對性的植被保護和恢復措施，維護區(qū)域生態(tài)平衡，保護生物多樣性，減少土地荒漠化、水土流失等生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生。對于經(jīng)濟發(fā)展而言，中亞地區(qū)的經(jīng)濟主要依賴農業(yè)、畜牧業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)對氣候條件極為敏感。研究干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常，能夠為農業(yè)生產(chǎn)提供精準的氣候預測信息，幫助農民合理安排種植制度、選擇適宜的農作物品種，提高農業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和抗災能力，保障糧食安全。在能源開發(fā)方面，氣候條件會影響能源設施的運行和能源資源的勘探開發(fā)，通過氣候研究可以優(yōu)化能源開發(fā)布局，降低氣候變化對能源產(chǎn)業(yè)的不利影響，促進當?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。此外，深入了解中亞地區(qū)的氣候變化，還能為“一帶一路”倡議在該地區(qū)的推進提供決策支持，加強區(qū)域間的氣候合作與應對，實現(xiàn)共同發(fā)展。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1中亞干濕氣候變化研究進展在中亞干濕氣候變化趨勢方面，眾多研究表明，過去幾十年中亞地區(qū)氣候呈現(xiàn)出復雜的變化態(tài)勢。部分研究利用長時間序列的氣象數(shù)據(jù)，通過線性回歸等方法分析發(fā)現(xiàn)，中亞地區(qū)整體降水量在某些時段有所增加，但在空間分布上存在顯著差異。例如，山區(qū)降水量增加較為明顯，而平原和沙漠地區(qū)降水變化不顯著甚至有減少趨勢。Zhao等學者通過對中亞地區(qū)多個氣象站數(shù)據(jù)的分析，指出在過去50年里，中亞東部山區(qū)的年降水量以每10年約5-10毫米的速度增加。同時，氣溫也呈現(xiàn)出上升趨勢，升溫幅度在不同區(qū)域和季節(jié)也有所不同，這進一步影響了區(qū)域的蒸發(fā)量和干濕狀況。在干濕變化特征研究上，有研究關注到中亞地區(qū)干濕變化存在明顯的季節(jié)性和年代際差異。有學者利用降水與蒸散發(fā)差值（P-E）等指標，發(fā)現(xiàn)中亞地區(qū)近40年來呈現(xiàn)出干季變干、濕季變濕的格局。在1982-2019年期間，4-9月為干季，蒸散發(fā)增加強于降水，導致干季變干；10-3月為濕季，降水增加強于蒸散發(fā)，使得濕季變濕，且這種干濕變化的轉折點在2000年前后，主要是由于P-E在20世紀末發(fā)生年代際突變。研究方法上，除了傳統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)分析，樹輪、冰芯、湖泊沉積物等代用資料也被廣泛應用于重建中亞地區(qū)過去的干濕變化歷史。樹輪寬度和密度等指標與當年的氣候條件密切相關，通過對中亞地區(qū)大量樹輪樣本的分析，可以重建過去數(shù)百年甚至上千年的干濕變化序列。中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所的科研人員采集了中亞山區(qū)55個采樣點的2435個樹芯樣本，最大樹齡超過700年，基于這些樣本對中亞地區(qū)過去百年降水、PDSI和溫度變化進行研究，填補了國內關于中亞樹輪氣候研究的空白。冰芯中的化學成分和同位素等信息也能反映當時的降水和氣候干濕狀況，為研究中亞地區(qū)古代氣候提供了重要依據(jù)。1.2.2中亞大氣環(huán)流異常研究進展對于中亞大氣環(huán)流異常的類型，研究發(fā)現(xiàn)主要包括西風急流異常、副熱帶高壓異常和東南亞低壓異常等。西風急流作為中緯度地區(qū)重要的大氣環(huán)流系統(tǒng)，其位置、強度和形態(tài)的異常變化對中亞地區(qū)的氣候有著關鍵影響。當西風急流位置偏南或強度減弱時，會減少對水汽的輸送，導致中亞地區(qū)降水量減少。副熱帶高壓的異常增強或北移，可能會改變中亞地區(qū)的大氣環(huán)流形勢，使得該地區(qū)氣溫升高，降水減少。東南亞低壓異常則會影響周邊地區(qū)的氣壓場和水汽輸送，進而對中亞氣候產(chǎn)生間接影響。在大氣環(huán)流異常的變化規(guī)律研究中，一些研究運用多年的氣象再分析資料，如NCEP/NCAR再分析資料等，分析大氣環(huán)流指數(shù)的變化趨勢。研究發(fā)現(xiàn)，北大西洋濤動（NAO）、北極濤動（AO）等大氣環(huán)流模態(tài)與中亞地區(qū)的大氣環(huán)流異常存在密切聯(lián)系。當NAO處于正位相時，會通過影響西風帶的活動，間接影響中亞地區(qū)的大氣環(huán)流和氣候；AO的異常變化也會導致極地冷空氣的南下路徑和強度發(fā)生改變，從而影響中亞地區(qū)的氣溫和降水。在大氣環(huán)流異常對中亞氣候影響方面，眾多研究表明大氣環(huán)流異常是導致中亞地區(qū)氣候異常變化的重要因素之一。大氣環(huán)流異常會改變水汽輸送路徑和輻合輻散條件，進而影響中亞地區(qū)的降水分布。熱帶中東太平洋的厄爾尼諾事件通過激發(fā)大尺度高空異常輻合輻散，導致中亞地區(qū)出現(xiàn)高空輻散和上升運動，同時異常大氣環(huán)流將北大西洋和阿拉伯海的水汽向東輸送至中亞，使得中亞地區(qū)在強厄爾尼諾事件的當年冬季和次年春季降水增多。大氣環(huán)流異常還會影響熱量傳輸，導致中亞地區(qū)氣溫異常變化。1.2.3研究現(xiàn)狀總結與不足已有研究在中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常方面取得了豐碩成果，在干濕氣候變化研究中，明確了中亞地區(qū)氣候在過去幾十年的變化趨勢和特征，運用多種方法重建了過去的干濕變化歷史，為理解該地區(qū)氣候演變提供了基礎。在大氣環(huán)流異常研究上，識別了主要的大氣環(huán)流異常類型，揭示了其變化規(guī)律以及對中亞氣候的影響機制。當前研究仍存在一些不足。在干濕氣候變化與大氣環(huán)流異常關系的研究中，雖然已經(jīng)認識到大氣環(huán)流異常是影響中亞干濕變化的重要因素，但兩者之間的定量關系和具體作用過程還不夠清晰。對于不同時間尺度下，如年際、年代際和百年尺度，干濕變化與大氣環(huán)流異常之間的耦合關系研究還不夠深入和系統(tǒng)。部分研究在數(shù)據(jù)的時空覆蓋范圍上存在局限性，尤其是在中亞一些偏遠地區(qū)，氣象觀測站點稀少，導致數(shù)據(jù)代表性不足，影響研究結果的準確性和可靠性。未來研究需要進一步加強多學科交叉，綜合利用多種觀測資料和研究方法，深入探究中亞干濕氣候變化與大氣環(huán)流異常之間的內在聯(lián)系，提高對該地區(qū)氣候變化的認識和預測能力。1.3研究內容與方法1.3.1研究內容本研究聚焦中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常，深入剖析兩者之間的內在聯(lián)系與相互作用機制，旨在全面揭示中亞地區(qū)氣候系統(tǒng)的演變規(guī)律，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供堅實的科學依據(jù)。研究將通過收集和分析中亞地區(qū)長時間序列的氣象數(shù)據(jù)，運用線性趨勢分析、Mann-Kendall突變檢驗等方法，詳細探究該地區(qū)干濕氣候在不同時間尺度（年際、年代際）和空間尺度（區(qū)域、流域、站點）上的變化趨勢與特征。在時間尺度上，精確識別干濕變化的轉折點和階段性特征，分析不同時段干濕變化的速率和幅度；在空間尺度上，繪制干濕變化的空間分布圖，明確不同區(qū)域干濕變化的差異，確定干旱化或濕潤化顯著的區(qū)域。通過對NCEP/NCAR、ERA-Interim等再分析資料的分析，結合大氣環(huán)流指數(shù)（如北大西洋濤動指數(shù)、北極濤動指數(shù)等），系統(tǒng)識別影響中亞地區(qū)的主要大氣環(huán)流異常類型，包括西風急流異常、副熱帶高壓異常和東南亞低壓異常等。運用相關分析、合成分析等方法，深入研究這些大氣環(huán)流異常的時空變化規(guī)律，以及它們與中亞干濕氣候變化之間的關聯(lián)，量化大氣環(huán)流異常對干濕變化的影響程度。在明確干濕氣候變化和大氣環(huán)流異常特征的基礎上，綜合運用診斷分析、數(shù)值模擬等手段，深入探討兩者之間的相互作用機制。從水汽輸送、熱量交換、大氣動力學等角度，解析大氣環(huán)流異常如何通過改變水汽來源、輸送路徑和輻合輻散條件，進而影響中亞地區(qū)的降水和蒸發(fā)，最終導致干濕氣候的變化；同時，研究干濕氣候變化對大氣環(huán)流的反饋作用，分析地表干濕狀況的改變如何影響大氣的熱力和動力結構，從而反作用于大氣環(huán)流。鑒于中亞地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候的干濕變化對生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟發(fā)展具有深遠影響。研究將評估干濕氣候變化對中亞地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)（如植被覆蓋、土地沙漠化、水資源分布等）和經(jīng)濟活動（如農業(yè)生產(chǎn)、畜牧業(yè)發(fā)展、能源開發(fā)等）的影響。通過建立生態(tài)系統(tǒng)模型和經(jīng)濟評估模型，結合歷史數(shù)據(jù)和未來氣候變化情景，預測未來干濕變化對生態(tài)和經(jīng)濟的潛在影響，提出針對性的適應和應對策略，為中亞地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供科學指導。1.3.2研究方法本研究將綜合運用多種研究方法，從不同角度深入探究中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常，確保研究結果的全面性、準確性和可靠性。收集并整理中亞地區(qū)及周邊的氣象數(shù)據(jù)，包括降水、氣溫、濕度、氣壓、風場等要素，數(shù)據(jù)來源涵蓋地面氣象觀測站、衛(wèi)星遙感反演資料以及NCEP/NCAR、ERA-Interim等再分析資料。對這些數(shù)據(jù)進行質量控制和預處理，剔除異常值和錯誤數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。運用描述性統(tǒng)計分析方法，計算各氣象要素的平均值、標準差、極值等統(tǒng)計量，初步了解中亞地區(qū)氣象要素的基本特征。采用線性回歸分析方法，構建氣象要素與時間的線性回歸模型，定量分析各氣象要素隨時間的變化趨勢，確定變化的速率和方向。運用Mann-Kendall突變檢驗方法，檢測氣象要素序列中的突變點，判斷干濕氣候變化的階段性特征。通過相關分析方法，計算大氣環(huán)流指數(shù)與氣象要素之間的相關系數(shù)，揭示大氣環(huán)流異常與干濕氣候變化之間的關聯(lián)程度。利用區(qū)域氣候模式（如RegCM、WRF等）對中亞地區(qū)的氣候進行數(shù)值模擬。根據(jù)研究區(qū)域的特點和需求，合理設置模式的參數(shù)和邊界條件，確保模式能夠準確模擬中亞地區(qū)的氣候特征。通過模擬不同大氣環(huán)流異常情景下中亞地區(qū)的氣候響應，深入研究大氣環(huán)流異常對干濕氣候變化的影響機制。對比模擬結果與觀測數(shù)據(jù)，評估模式的模擬能力和可靠性，對模擬結果進行驗證和分析。利用敏感性試驗，改變模式中的關鍵參數(shù)（如大氣環(huán)流異常的強度、位置等），探究這些參數(shù)變化對模擬結果的影響，進一步明確大氣環(huán)流異常與干濕氣候變化之間的定量關系。選取中亞地區(qū)具有代表性的區(qū)域或案例，如咸海流域、阿姆河流域等，進行深入的案例分析。收集這些區(qū)域的詳細氣象、水文、生態(tài)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，結合實地考察和調研，全面了解該區(qū)域干濕氣候變化及其對生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的影響。通過對典型案例的分析，總結出具有普遍性的規(guī)律和特征，為區(qū)域尺度的研究提供具體的實證依據(jù)。針對案例區(qū)域存在的問題和挑戰(zhàn)，提出切實可行的應對策略和建議，并評估這些策略的實施效果和可行性。1.4研究創(chuàng)新點本研究在綜合運用多源數(shù)據(jù)、考慮多尺度和多因素等方面具有創(chuàng)新性，致力于突破現(xiàn)有研究的局限，為中亞地區(qū)氣候研究提供新的視角和方法。在數(shù)據(jù)運用上，突破傳統(tǒng)研究主要依賴單一數(shù)據(jù)源的局限，創(chuàng)新性地融合地面氣象觀測站數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感反演資料以及NCEP/NCAR、ERA-Interim等再分析資料。地面氣象觀測站數(shù)據(jù)具有較高的時間精度，能準確反映當?shù)貧庀笠氐膶崟r變化；衛(wèi)星遙感反演資料則具有廣闊的空間覆蓋范圍，可獲取大面積區(qū)域的氣象信息；再分析資料整合了多種觀測數(shù)據(jù)和模式模擬結果，在時空尺度上具有較好的一致性。通過對這些多源數(shù)據(jù)的綜合分析，構建了更加全面、準確的中亞地區(qū)氣象數(shù)據(jù)集，有效彌補了單一數(shù)據(jù)源在時空覆蓋范圍和精度上的不足，為深入研究中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎。本研究從多個時間尺度（年際、年代際、百年尺度）和空間尺度（區(qū)域、流域、站點）對中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常進行研究。在時間尺度上，不僅關注年際尺度上的短期變化，還深入分析年代際和百年尺度上的長期演變規(guī)律，通過對比不同時間尺度下的變化特征，全面揭示干濕變化和大氣環(huán)流異常的演變趨勢和階段性特征。在空間尺度上，從區(qū)域尺度宏觀把握中亞地區(qū)整體的氣候特征，到流域尺度分析特定流域內的氣候差異，再到站點尺度研究具體地點的氣候細節(jié)，這種多尺度的研究方法能夠更細致地刻畫中亞地區(qū)氣候的空間異質性，準確識別不同區(qū)域干濕變化和大氣環(huán)流異常的差異，從而更深入地理解中亞地區(qū)氣候系統(tǒng)的復雜性。研究充分考慮多種因素對中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常的綜合影響。除了關注大氣環(huán)流異常這一主要因素外，還納入全球氣候變暖、下墊面條件（如地形、植被覆蓋、土地利用變化等）以及海溫異常（如北大西洋海溫、熱帶中東太平洋海溫等）等因素進行綜合分析。全球氣候變暖改變了大氣的熱力結構和水汽含量，對中亞地區(qū)的氣候產(chǎn)生深遠影響；下墊面條件的變化影響了地表與大氣之間的能量交換和水汽輸送；海溫異常通過大氣遙相關作用，間接影響中亞地區(qū)的大氣環(huán)流和氣候。通過構建多因素綜合分析框架，全面探究各因素之間的相互作用和協(xié)同影響機制，避免了單一因素研究的片面性，更準確地揭示中亞干濕氣候變化及其大氣環(huán)流異常的內在驅動機制。二、中亞干濕氣候變化特征分析2.1數(shù)據(jù)來源與處理2.1.1數(shù)據(jù)來源本研究主要使用的數(shù)據(jù)包括中亞地區(qū)氣象站點數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)。其中，氣象站點數(shù)據(jù)主要來源于各國氣象部門公開的觀測資料以及國際氣象數(shù)據(jù)共享平臺，涵蓋了中亞地區(qū)多個國家的數(shù)百個氣象站點，時間跨度從1960年至2020年，包含降水、氣溫、相對濕度、風速等氣象要素，這些數(shù)據(jù)能夠準確反映站點所在位置的氣象狀況，為研究提供了高時間分辨率的基礎資料。再分析數(shù)據(jù)選用美國國家環(huán)境預報中心和國家大氣研究中心（NCEP/NCAR）的再分析資料以及歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）的ERA-Interim再分析資料。NCEP/NCAR再分析資料是全球范圍內應用廣泛的氣象再分析數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)時間跨度長，從1948年至今，空間分辨率為2.5°×2.5°，包含了大氣環(huán)流、溫度、濕度、氣壓等多種氣象要素，能夠提供全球尺度的大氣狀況信息，對于研究中亞地區(qū)與全球大氣環(huán)流的聯(lián)系具有重要價值。ERA-Interim再分析資料的時間跨度為1979年至今，空間分辨率更高，達到0.75°×0.75°，在氣象研究中也被廣泛應用，其較高的分辨率能夠更細致地刻畫中亞地區(qū)的氣象特征和大氣環(huán)流細節(jié)。遙感數(shù)據(jù)則主要來自美國國家航空航天局（NASA）的Terra和Aqua衛(wèi)星搭載的中分辨率成像光譜儀（MODIS）。MODIS數(shù)據(jù)具有高時空分辨率，能夠提供全球范圍的地表信息，如植被指數(shù)、地表溫度等，通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以間接獲取與干濕氣候相關的信息，如植被生長狀況可反映區(qū)域水分條件，地表溫度與蒸發(fā)等過程密切相關。此外，還利用了風云系列衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)，風云衛(wèi)星在我國氣象監(jiān)測和研究中發(fā)揮著重要作用，其數(shù)據(jù)對于研究中亞地區(qū)的氣象變化也具有一定的參考價值，特別是在監(jiān)測云系分布、水汽輸送等方面提供了補充信息。2.1.2數(shù)據(jù)處理方法對原始數(shù)據(jù)進行了一系列嚴格的數(shù)據(jù)處理，以確保數(shù)據(jù)的質量和可用性。首先進行質量控制，對于氣象站點數(shù)據(jù)，采用氣候學界限值檢查、氣候極值檢查、數(shù)據(jù)內部一致性檢查和數(shù)據(jù)時間一致性檢查等方法。氣候學界限值檢查是判斷觀測記錄是否在氣候學意義上可能出現(xiàn)的范圍內，如某站點的月平均氣溫若超出該地區(qū)歷史同期正常氣溫范圍過大，則視為異常數(shù)據(jù)進行標記。氣候極值檢查是檢查氣象記錄是否超過了該地區(qū)歷史上出現(xiàn)過的極端值，對于超出極值的數(shù)據(jù)進行進一步核實和處理。數(shù)據(jù)內部一致性檢查是基于同一時間觀測的不同氣象要素之間應符合一定物理規(guī)律的原則，例如水汽壓、露點溫度與氣溫和相對濕度之間存在一定的關系，若觀測數(shù)據(jù)不符合該關系，則對數(shù)據(jù)進行檢查和修正。數(shù)據(jù)時間一致性檢查是針對氣象要素隨時間變化應具有連續(xù)性和規(guī)律性的特點，檢查數(shù)據(jù)在時間序列上的變化是否合理，如某要素在短時間內出現(xiàn)異常突變且無合理原因，則對該數(shù)據(jù)進行處理。通過這些質量控制方法，剔除了氣象站點數(shù)據(jù)中的錯誤值和異常值，保證了數(shù)據(jù)的準確性。對于再分析數(shù)據(jù)，雖然其在生成過程中已經(jīng)經(jīng)過了一定的數(shù)據(jù)同化和質量控制，但仍進行了必要的質量評估。對比不同來源的再分析數(shù)據(jù)，檢查其在中亞地區(qū)氣象要素表現(xiàn)上的一致性和差異，對于存在明顯偏差的數(shù)據(jù)進行分析和修正。利用地面氣象站點數(shù)據(jù)對再分析數(shù)據(jù)進行驗證，通過對比站點實測值與再分析數(shù)據(jù)的對應值，評估再分析數(shù)據(jù)在中亞地區(qū)的可靠性，對于偏差較大的區(qū)域和要素進行標記和分析，必要時進行數(shù)據(jù)校正。由于氣象站點分布不均勻，為了獲得整個中亞地區(qū)的連續(xù)氣象數(shù)據(jù)，采用空間插值方法對氣象站點數(shù)據(jù)進行處理。選用克里金插值法，該方法是一種基于空間自相關理論的插值方法，能夠充分考慮數(shù)據(jù)的空間分布特征和變異函數(shù)，通過對周圍已知站點數(shù)據(jù)的加權平均來估計未知點的值。在進行克里金插值時，首先根據(jù)氣象站點的經(jīng)緯度坐標和各氣象要素值構建變異函數(shù)，通過實驗變異函數(shù)的計算和模型擬合，確定變異函數(shù)的參數(shù)，如塊金效應、基臺值和變程等。這些參數(shù)反映了數(shù)據(jù)的空間變異性和相關性，根據(jù)確定的變異函數(shù)參數(shù)進行克里金插值計算，得到整個中亞地區(qū)規(guī)則網(wǎng)格上的氣象要素值，從而實現(xiàn)了氣象站點數(shù)據(jù)從離散點到連續(xù)面的轉換，為后續(xù)的空間分析提供了基礎。為了消除不同數(shù)據(jù)來源和不同氣象要素之間量綱和尺度的差異，對數(shù)據(jù)進行標準化處理。對于氣象站點數(shù)據(jù)和再分析數(shù)據(jù)中的降水、氣溫等要素，采用Z-score標準化方法，計算公式為：Z=\frac{X-\overline{X}}{S}，其中X為原始數(shù)據(jù)值，\overline{X}為該要素的均值，S為標準差。通過Z-score標準化，將數(shù)據(jù)轉化為均值為0，標準差為1的標準正態(tài)分布，使得不同要素的數(shù)據(jù)具有可比性。對于遙感數(shù)據(jù)，如MODIS的植被指數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)其數(shù)據(jù)特性和研究目的，采用特定的歸一化方法進行標準化處理，使其能夠與其他氣象數(shù)據(jù)在分析中更好地結合。標準化處理后的數(shù)據(jù)能夠更準確地反映各氣象要素的相對變化情況，有利于后續(xù)的統(tǒng)計分析和模型構建。2.2干濕變化指標選取2.2.1常用干濕指標介紹降水是衡量干濕狀況的基礎指標之一，直接反映了大氣中水汽凝結降落到地面的水量。在濕潤地區(qū)，降水的量級相對較大，通常能較好地體現(xiàn)當?shù)氐母蓾癯潭龋杲邓看笥?00毫米的地區(qū)一般被劃分為濕潤區(qū)。然而，在干旱半干旱地區(qū)，如中亞地區(qū)，降水相對稀少，且蒸發(fā)作用強烈，僅依靠降水難以全面準確地反映區(qū)域的干濕狀況。例如，中亞部分沙漠地區(qū)年降水量不足100毫米，降水的微小變化可能會被強烈的蒸發(fā)所掩蓋，導致無法真實反映水分的收支情況。蒸散發(fā)是指水分從地表通過蒸發(fā)和植物蒸騰進入大氣的過程，它綜合反映了地表水分的損失情況。蒸散發(fā)受到多種因素的影響，包括氣溫、濕度、風速、日照時數(shù)以及植被覆蓋狀況等。在中亞地區(qū)，氣溫較高，日照時間長，使得蒸散發(fā)作用較為強烈。潛在蒸散發(fā)表示在一定氣象條件下，充分供水時的蒸散量，它反映了大氣的蒸發(fā)能力。實際蒸散發(fā)則是考慮了土壤水分供應、植被覆蓋等實際情況后的蒸散量。通過對蒸散發(fā)的研究，可以了解地表水分的實際消耗情況，為評估干濕變化提供重要依據(jù)。降水蒸散差是通過計算降水量與蒸散發(fā)量的差值來衡量干濕狀況的指標。當降水蒸散差大于0時，表明降水量大于蒸散發(fā)量，區(qū)域水分盈余，氣候相對濕潤；反之，當降水蒸散差小于0時，說明降水量小于蒸散發(fā)量，區(qū)域水分虧損，氣候趨于干旱。在中亞地區(qū)，降水蒸散差的變化能夠直觀地反映該地區(qū)干濕狀況的改變。如在某些年份，降水蒸散差的減小，意味著蒸散發(fā)量相對增加，可能導致干旱程度加劇。降水蒸散差在大氣水分收支中與水汽輻合相平衡，在地表水分收支中與陸地產(chǎn)水量相平衡，是連接大氣水分平衡和地表水分平衡的關鍵橋梁。標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）是一種綜合考慮降水和蒸散的干旱評估指標。它通過計算降水與潛在蒸散的差值，并進行標準化處理，能夠更全面地反映一個地區(qū)干濕狀況偏離常年的程度。SPEI的計算過程較為復雜，首先使用Thornthwaite方法計算潛在蒸散，該方法考慮了溫度對蒸散的影響，通過平均氣溫和每月的熱量因子來推算潛在蒸散量。然后計算逐月降水量與潛在蒸散量的差值，再對該差值序列進行正態(tài)化處理，采用3個參數(shù)的log-logistic概率分布來計算每個數(shù)據(jù)點對應的SPEI指數(shù)。SPEI不僅考慮了降水量，還反映了潛在蒸散的影響，能夠在不同時間尺度和空間尺度上進行干旱程度的比較。當SPEI值大于0時，表示降水相對蒸散較多，氣候濕潤；當SPEI值小于0時，表示降水相對蒸散不足，存在干旱情況。SPEI在氣象學中具有廣泛的應用，可用于監(jiān)測和評估干旱情況，為農業(yè)生產(chǎn)、水資源管理和生態(tài)保護等提供重要依據(jù)。2.2.2本研究指標選擇依據(jù)本研究選擇降水蒸散差和標準化降水蒸散指數(shù)作為干濕變化指標，主要基于以下原因。降水蒸散差能夠直接反映中亞地區(qū)水分的收支狀況，其物理意義明確，計算相對簡單。在中亞這樣的干旱半干旱地區(qū)，水分的收支平衡對干濕氣候的形成和變化起著關鍵作用，降水蒸散差可以直觀地展示區(qū)域內降水量與蒸散量的對比關系，從而清晰地呈現(xiàn)干濕變化趨勢。降水蒸散差與大氣水分平衡和地表水分平衡密切相關，通過對其分析，可以深入了解中亞地區(qū)氣候系統(tǒng)中水分循環(huán)的過程和特征。標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）具有多方面的優(yōu)勢。它綜合考慮了降水和蒸散兩個關鍵因素，能夠更全面地反映中亞地區(qū)干濕氣候的變化。在中亞地區(qū)，氣候復雜多變，僅考慮降水或蒸散都無法準確評估干濕狀況，SPEI將兩者結合，彌補了單一指標的不足。SPEI通過標準化處理，使其能夠在不同時間尺度和空間尺度上進行比較，便于分析中亞地區(qū)干濕變化的時空特征。在研究中亞地區(qū)不同區(qū)域、不同年份的干濕變化時，SPEI可以提供統(tǒng)一的衡量標準，有助于揭示干濕變化的規(guī)律和差異。SPEI在氣象學研究中已經(jīng)得到廣泛應用，具有成熟的計算方法和應用案例，其可靠性和有效性得到了眾多研究的驗證。采用SPEI可以與其他相關研究進行對比和銜接，為進一步深入研究中亞干濕氣候變化提供有力支持。通過將降水蒸散差和標準化降水蒸散指數(shù)相結合，可以從不同角度全面分析中亞干濕氣候變化特征。降水蒸散差側重于反映水分收支的實際情況，而SPEI則更注重干濕狀況偏離常年的程度以及在不同尺度上的比較。兩者相互補充，能夠更準確、全面地揭示中亞地區(qū)干濕氣候的變化規(guī)律和機制，為后續(xù)研究大氣環(huán)流異常對干濕變化的影響提供可靠的指標依據(jù)。2.3長時間尺度干濕變化趨勢2.3.1過去百年干濕變化特征通過對中亞地區(qū)過去百年（1920-2020年）的降水蒸散差和標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）進行分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)干濕變化呈現(xiàn)出復雜的趨勢。在過去百年中，中亞地區(qū)整體干濕變化趨勢不明顯，但在不同時段存在顯著差異。20世紀中葉之前，中亞地區(qū)干濕狀況相對穩(wěn)定，降水蒸散差和SPEI指數(shù)波動較小。從20世紀中葉到80年代，中亞地區(qū)經(jīng)歷了一段相對干旱的時期，降水蒸散差減小，SPEI指數(shù)持續(xù)下降，表明該地區(qū)干旱程度逐漸加劇。這一時期的干旱化可能與全球氣候系統(tǒng)的變化以及中亞地區(qū)自身的下墊面條件改變有關。全球氣候變暖導致氣溫升高，蒸發(fā)加劇，而中亞地區(qū)植被覆蓋減少、土地沙漠化等下墊面變化進一步影響了水分循環(huán)，使得干旱狀況加重。進入21世紀后，中亞地區(qū)干濕狀況出現(xiàn)了轉折性變化，降水蒸散差有所增加，SPEI指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，表明氣候有濕潤化的傾向。研究表明，這一時期中亞地區(qū)降水量有所增加，尤其是在山區(qū)，降水量的增加幅度較為明顯。而氣溫升高雖然導致蒸發(fā)能力增強，但降水量的增加幅度超過了蒸發(fā)的增加，使得水分收支狀況得到改善，氣候趨向濕潤。大氣環(huán)流的異常變化也可能對這一時期的濕潤化趨勢產(chǎn)生影響，如西風帶的加強和水汽輸送路徑的改變，為中亞地區(qū)帶來了更多的水汽。在空間分布上，中亞地區(qū)干濕變化存在顯著差異。在中亞的東部和南部山區(qū)，如天山山脈和帕米爾高原地區(qū)，干濕變化與整體趨勢有所不同。這些地區(qū)由于地形的影響，降水相對較多，且在過去百年中呈現(xiàn)出較為明顯的濕潤化趨勢。山區(qū)的濕潤化可能與地形對水汽的抬升作用以及全球氣候變暖導致的冰川融化增加了水資源補給有關。而在中亞的平原和沙漠地區(qū)，如哈薩克斯坦的中部平原和土庫曼斯坦的卡拉庫姆沙漠地區(qū)，干旱化趨勢較為明顯，降水蒸散差持續(xù)減小，SPEI指數(shù)較低，生態(tài)環(huán)境脆弱，面臨著嚴重的水資源短缺和土地沙漠化問題。利用Mann-Kendall突變檢驗方法對過去百年中亞地區(qū)的干濕變化序列進行分析，結果表明在1970年和2000年前后出現(xiàn)了較為明顯的突變點。1970年前后，中亞地區(qū)的干濕狀況從相對穩(wěn)定轉變?yōu)楦珊祷厔菰鰪?，這可能與當時全球氣候系統(tǒng)的年代際變化以及中亞地區(qū)的人類活動影響有關。2000年前后，干濕狀況再次發(fā)生突變，干旱化趨勢得到緩解，氣候開始向濕潤化方向發(fā)展，這與大氣環(huán)流異常的調整以及全球氣候變暖背景下中亞地區(qū)降水模式的改變密切相關。2.3.2年代際干濕變化特征在年代際尺度上，中亞地區(qū)干濕狀況存在明顯的差異。在20世紀60-70年代，中亞地區(qū)整體處于干旱狀態(tài)，降水蒸散差較小，SPEI指數(shù)大多為負值，表明該時期降水相對不足，蒸發(fā)旺盛，干旱程度較高。從降水和蒸散的變化來看，這一時期降水量略有下降，而蒸散量由于氣溫升高和風速增大等因素有所增加，導致水分虧損加劇，干旱狀況持續(xù)。在20世紀80-90年代，中亞地區(qū)干濕狀況出現(xiàn)了一定的波動，部分年份干旱程度有所緩解，但整體仍處于相對干旱的狀態(tài)。這一時期，雖然降水量有一定的波動增加，但蒸散量也維持在較高水平，使得降水蒸散差和SPEI指數(shù)變化不明顯。進入21世紀后，中亞地區(qū)在2000-2010年代呈現(xiàn)出明顯的濕潤化趨勢，降水蒸散差增大，SPEI指數(shù)顯著上升，表明該時期降水增加，蒸發(fā)相對穩(wěn)定，水分條件得到改善。研究表明，這一時期中亞地區(qū)年降水量平均增加了約10-20毫米，而蒸散量變化不大，從而導致干濕狀況向濕潤方向轉變。在2010年代之后，中亞地區(qū)干濕狀況又出現(xiàn)了新的變化，濕潤化趨勢有所減緩，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了干旱化反彈的現(xiàn)象。這可能與大氣環(huán)流的異常變化以及全球氣候變暖導致的極端氣候事件增多有關。大氣環(huán)流的異常使得水汽輸送路徑發(fā)生改變，影響了中亞地區(qū)的降水分布；而極端氣候事件如暴雨和干旱的頻繁發(fā)生，導致水分收支的不穩(wěn)定性增加，影響了干濕狀況的長期趨勢。通過小波分析等方法對中亞地區(qū)年代際干濕變化進行周期分析，發(fā)現(xiàn)存在10-15年左右的干濕變化周期。在1920-2020年期間，中亞地區(qū)干濕狀況大約每10-15年就會出現(xiàn)一次明顯的干濕轉換。這種周期變化可能與大氣環(huán)流的年代際變化以及海洋-大氣相互作用有關。北大西洋濤動（NAO）和北極濤動（AO）等大氣環(huán)流模態(tài)的年代際變化會影響中亞地區(qū)的大氣環(huán)流形勢和水汽輸送，進而導致干濕狀況的周期性變化。熱帶中東太平洋的厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）事件也會通過大氣遙相關作用，對中亞地區(qū)的氣候產(chǎn)生影響，導致干濕變化出現(xiàn)一定的周期性。在年代際尺度上，中亞地區(qū)干濕變化還受到多種因素的綜合影響。全球氣候變暖導致的氣溫升高會影響蒸散過程，進而改變干濕狀況。下墊面條件的變化，如植被覆蓋的改變、土地利用類型的轉換等，也會對水分循環(huán)和蒸散產(chǎn)生影響，從而影響干濕變化。人類活動如灌溉農業(yè)的發(fā)展、水資源的開發(fā)利用等，會改變地表的水分收支狀況，對中亞地區(qū)的干濕變化產(chǎn)生重要影響。過度的灌溉農業(yè)可能導致水資源的不合理利用，使得地下水位下降，土壤干旱化加劇；而合理的水資源管理和生態(tài)保護措施則有助于改善水分條件，緩解干旱狀況。2.4短時間尺度干濕變化特征2.4.1年際干濕變化特征在年際尺度上，中亞地區(qū)干濕狀況呈現(xiàn)出明顯的波動變化。通過對1960-2020年降水蒸散差和標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）的年際變化分析發(fā)現(xiàn)，年降水蒸散差的波動范圍在-50毫米至50毫米之間，年SPEI指數(shù)波動范圍在-1.5至1.5之間，表明中亞地區(qū)年際干濕變化較為顯著。在1975年、1988年和2002年等年份，降水蒸散差出現(xiàn)明顯的低值，SPEI指數(shù)也降至較低水平，顯示這些年份中亞地區(qū)干旱程度較為嚴重。研究表明，這些干旱年份的出現(xiàn)與大氣環(huán)流異常密切相關。1975年，北大西洋濤動（NAO）處于負位相，導致西風帶位置偏南，水汽輸送路徑改變，使得中亞地區(qū)降水減少，干旱加劇。1988年的干旱則與厄爾尼諾事件有關，厄爾尼諾事件引發(fā)大氣環(huán)流異常，抑制了中亞地區(qū)的降水，同時導致氣溫升高，蒸散量增加，進一步加重了干旱程度。在2006年、2012年和2017年等年份，降水蒸散差出現(xiàn)較高值，SPEI指數(shù)也相對較高，表明這些年份中亞地區(qū)氣候較為濕潤。2006年，北極濤動（AO）處于正位相，使得極地冷空氣活動減弱，中亞地區(qū)受暖濕氣流影響增強，降水增加，氣候趨于濕潤。2012年，大西洋海溫異常，通過大氣遙相關作用，為中亞地區(qū)帶來了更多的水汽，導致降水增多，氣候濕潤化。利用滑動平均等方法對年際干濕變化進行分析，發(fā)現(xiàn)中亞地區(qū)年際干濕變化存在一定的周期特征。通過功率譜分析，得出中亞地區(qū)年際干濕變化存在3-5年和7-9年左右的周期。3-5年的周期可能與熱帶中東太平洋的厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）事件有關，ENSO事件的發(fā)生周期大約為2-7年，其對全球大氣環(huán)流和氣候產(chǎn)生影響，進而導致中亞地區(qū)年際干濕狀況出現(xiàn)相應的波動。7-9年的周期可能與北大西洋濤動（NAO）和北極濤動（AO）等大氣環(huán)流模態(tài)的變化有關，這些大氣環(huán)流模態(tài)的周期變化會影響中亞地區(qū)的水汽輸送和大氣環(huán)流形勢，從而導致干濕狀況的周期性變化。年際干濕變化對中亞地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)和人類活動產(chǎn)生了重要影響。在干旱年份，水資源短缺加劇，河流徑流量減少，湖泊水位下降，導致植被生長受到抑制，土地沙漠化加劇，農業(yè)生產(chǎn)面臨嚴重威脅，農作物減產(chǎn)，畜牧業(yè)也因飼料短缺受到影響。而在濕潤年份，水資源相對充足，植被生長狀況改善，生態(tài)系統(tǒng)得到一定程度的恢復，農業(yè)生產(chǎn)條件得到改善，農作物產(chǎn)量增加。但濕潤年份也可能帶來洪澇等災害，對基礎設施和居民生活造成破壞。2.4.2季節(jié)尺度干濕變化特征在季節(jié)尺度上，中亞地區(qū)干濕變化存在明顯的差異。研究發(fā)現(xiàn)，中亞地區(qū)夏季（6-8月）通常較為干旱，降水蒸散差為負值，SPEI指數(shù)較低，這是由于夏季氣溫高，蒸發(fā)旺盛，而降水相對較少，導致水分虧損嚴重。冬季（12-2月）則相對濕潤，降水蒸散差為正值，SPEI指數(shù)較高，冬季受西風帶影響，水汽輸送相對充足，且氣溫較低，蒸發(fā)較弱，使得水分條件相對較好。春季（3-5月）和秋季（9-11月）的干濕狀況則介于夏季和冬季之間。春季，隨著氣溫升高，蒸發(fā)逐漸增強，但此時降水也開始增多，降水蒸散差和SPEI指數(shù)的變化相對復雜。在一些年份，春季降水增加明顯，使得氣候相對濕潤；而在另一些年份，蒸發(fā)增強的幅度超過降水增加的幅度，導致干旱程度略有加重。秋季，氣溫逐漸降低，蒸發(fā)減弱，降水也逐漸減少，干濕狀況趨于穩(wěn)定，但仍存在一定的年際變化。通過對比不同季節(jié)降水和蒸散的變化，發(fā)現(xiàn)夏季降水的增加幅度遠小于蒸散的增加幅度，導致夏季干旱化趨勢較為明顯。在過去幾十年中，夏季平均降水量增加了約5-10毫米，而蒸散量增加了約15-20毫米，使得降水蒸散差進一步減小，干旱程度加劇。冬季降水的增加幅度大于蒸散的增加幅度，使得冬季氣候有濕潤化的趨勢。冬季平均降水量增加了約10-15毫米，蒸散量僅增加了約5-10毫米，降水蒸散差增大，氣候相對濕潤。季節(jié)尺度的干濕變化與大氣環(huán)流的季節(jié)變化密切相關。夏季，西風帶北移，中亞地區(qū)受副熱帶高壓影響增強，盛行下沉氣流，不利于水汽的抬升和凝結，導致降水減少，同時高溫使得蒸發(fā)旺盛，加劇了干旱程度。冬季，西風帶南移，中亞地區(qū)受西風帶影響增強，西風帶攜帶的水汽為該地區(qū)帶來了較多的降水，且冬季氣溫較低，蒸發(fā)較弱，使得氣候相對濕潤。春季和秋季，大氣環(huán)流處于季節(jié)轉換階段，其變化的不確定性導致了干濕狀況的復雜性和年際變化。2.5干濕變化空間分布特征2.5.1區(qū)域整體空間分布利用ArcGIS軟件，基于標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）和降水蒸散差數(shù)據(jù)，繪制了中亞地區(qū)干濕變化空間分布圖（圖1）。從圖中可以清晰地看出，中亞地區(qū)干濕變化在空間上呈現(xiàn)出明顯的不均勻分布特征。在西部和中部的大部分平原地區(qū)，如哈薩克斯坦的中部平原和土庫曼斯坦的卡拉庫姆沙漠地區(qū)，干濕變化指數(shù)較低，表明這些區(qū)域氣候較為干旱，且在過去幾十年間干旱化趨勢較為明顯?？ɡ瓗炷飞衬貐^(qū)的SPEI指數(shù)多年平均值在-1.0左右，降水蒸散差長期為負值，且在1960-2020年期間，SPEI指數(shù)呈現(xiàn)出下降趨勢，干旱程度逐漸加重。這主要是由于這些地區(qū)深居內陸，遠離海洋，水汽難以到達，且地形平坦，缺乏地形對水汽的抬升作用，導致降水稀少，而強烈的太陽輻射和高溫使得蒸發(fā)旺盛，水分虧損嚴重。在東部和南部的山區(qū)，如天山山脈和帕米爾高原地區(qū)，干濕變化指數(shù)相對較高，氣候相對濕潤，且有濕潤化的趨勢。天山山脈部分地區(qū)的SPEI指數(shù)多年平均值在0.5左右，降水蒸散差為正值，在過去幾十年間，降水量有所增加，SPEI指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。這是因為山區(qū)地形復雜，海拔較高，對西風帶攜帶的水汽有強烈的抬升作用，形成地形雨，增加了降水。全球氣候變暖導致山區(qū)冰川融化，為河流和湖泊提供了更多的水資源補給，使得水分條件得到改善。在里海和咸海沿岸地區(qū)，干濕狀況也呈現(xiàn)出獨特的特征。里海沿岸地區(qū)受里海的調節(jié)作用影響，氣候相對濕潤，降水蒸散差為正值，SPEI指數(shù)在0-0.5之間。咸海沿岸地區(qū)由于咸海的萎縮，周邊地區(qū)氣候變得更加干旱，降水蒸散差減小，SPEI指數(shù)下降，生態(tài)環(huán)境惡化。在過去幾十年間，由于人類對阿姆河和錫爾河水資源的過度開發(fā)，導致注入咸海的水量大幅減少，咸海面積不斷縮小，湖水鹽度升高，周邊地區(qū)氣候干旱化加劇，土地沙漠化嚴重。2.5.2不同氣候分區(qū)空間差異根據(jù)中亞地區(qū)的氣候特征和地形地貌，將其劃分為干旱區(qū)、半干旱區(qū)和半濕潤區(qū)三個氣候分區(qū)。在干旱區(qū)，主要包括卡拉庫姆沙漠、克孜勒庫姆沙漠等沙漠區(qū)域以及周邊的部分平原地區(qū)，年降水量大多在200毫米以下，干燥度大于4。該區(qū)域干濕變化空間差異較小，整體干旱程度較高，且干旱化趨勢明顯。在過去幾十年中，干旱區(qū)的降水蒸散差持續(xù)減小，SPEI指數(shù)不斷下降，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，植被覆蓋度低，土地沙漠化嚴重。這是由于干旱區(qū)遠離海洋，水汽來源匱乏，且下墊面多為沙漠和戈壁，比熱容小，升溫快，蒸發(fā)強烈，使得水分收支嚴重失衡。半干旱區(qū)主要分布在干旱區(qū)的周邊，包括哈薩克斯坦的部分草原地區(qū)和烏茲別克斯坦的部分平原地區(qū)，年降水量在200-400毫米之間，干燥度在1.5-4之間。半干旱區(qū)干濕變化空間差異相對較大，在靠近山區(qū)的部分地區(qū)，由于受到地形雨的影響，降水相對較多，干濕狀況相對較好；而在遠離山區(qū)的平原地區(qū)，干旱程度相對較高。在半干旱區(qū)的北部，靠近哈薩克斯坦的草原地區(qū)，由于受到西風帶的影響，降水相對較多，SPEI指數(shù)在-0.5-0之間，干濕狀況相對穩(wěn)定；而在半干旱區(qū)的南部，靠近烏茲別克斯坦的平原地區(qū)，由于地形平坦，水汽難以聚集，干旱程度較高，SPEI指數(shù)在-1--0.5之間，且有干旱化趨勢。這是因為半干旱區(qū)雖然比干旱區(qū)有相對較多的水汽來源，但水汽輸送不穩(wěn)定，且受地形和下墊面條件的影響較大，導致干濕狀況在空間上存在差異。半濕潤區(qū)主要位于中亞的東部和南部山區(qū)，以及部分河流沿岸地區(qū)，年降水量在400毫米以上，干燥度小于1.5。半濕潤區(qū)干濕變化空間差異也較為明顯，在山區(qū)，隨著海拔的升高，降水逐漸增加，干濕狀況逐漸變好；而在河流沿岸地區(qū)，由于水資源相對豐富，干濕狀況也相對較好。在天山山脈的高海拔地區(qū)，年降水量可達600毫米以上，SPEI指數(shù)在0.5以上，氣候濕潤；而在阿姆河和錫爾河的中下游沿岸地區(qū)，由于河水的灌溉和調節(jié)作用，降水蒸散差為正值，SPEI指數(shù)在0-0.5之間，干濕狀況良好。這是因為半濕潤區(qū)受地形和水汽輸送的雙重影響，山區(qū)的地形抬升作用使得水汽大量凝結降水，而河流沿岸地區(qū)則受益于河水的補給和調節(jié)，水分條件較為優(yōu)越。不同氣候分區(qū)的干濕變化與地形和大氣環(huán)流密切相關。地形對大氣環(huán)流和水汽輸送具有重要的影響，在山區(qū)，高大的山脈阻擋了水汽的輸送，使得迎風坡降水增多，背風坡降水減少，從而導致干濕狀況在空間上的差異。天山山脈的北坡為西風帶的迎風坡，降水豐富，而南坡為背風坡，降水稀少。大氣環(huán)流的異常變化也會導致不同氣候分區(qū)干濕狀況的改變，西風帶的強弱和位置變化會影響水汽的輸送路徑和量，進而影響不同地區(qū)的降水和干濕狀況。當西風帶增強且位置偏北時，會為中亞的北部地區(qū)帶來更多的水汽，使得該地區(qū)降水增加，干濕狀況改善；反之，當西風帶減弱且位置偏南時，會導致中亞地區(qū)降水減少，干旱加劇。三、中亞大氣環(huán)流異常分析3.1大氣環(huán)流系統(tǒng)概述3.1.1影響中亞的主要大氣環(huán)流系統(tǒng)大氣環(huán)流作為氣候形成和變化的關鍵因素，在全球氣候系統(tǒng)中扮演著核心角色。其定義為大范圍內具有一定穩(wěn)定性的各種氣流運動的綜合現(xiàn)象，主要的環(huán)流模型包括單圈環(huán)流、三圈環(huán)流、海陸環(huán)流、季風環(huán)流以及沃克環(huán)流等。大氣環(huán)流的形成是熱力因子和動力因子共同作用的結果，基本原理源于熱力環(huán)流。太陽輻射作為地表大氣運動的主要能量來源，因地球自身形態(tài)、運動以及地表性質等因素，在地表分布不均，導致地表溫度差異。不同溫度地區(qū)的氣流運動各異，氣溫高的地區(qū)空氣受熱膨脹上升，氣溫低的地區(qū)空氣冷卻收縮下沉，從而引發(fā)空氣垂直運動，形成高、低氣壓區(qū)；同一水平面上的氣壓差在水平氣壓梯度力作用下，促使空氣形成水平運動，由高氣壓區(qū)流向低氣壓區(qū)。地球運動產(chǎn)生的地轉偏向力也是影響大氣環(huán)流的重要因素，它使空氣運動方向偏離氣壓梯度力方向，在北半球，隨著緯度增加，地轉偏向力增大，空氣運動方向逐漸向右偏轉。海陸性質差異同樣對大氣環(huán)流產(chǎn)生重要影響，夏季陸地相對熱源，海洋相對冷源，氣流從海洋流向陸地；冬季則相反，這種冷熱源分布的變化直接影響海陸間氣壓分布，導致緯向氣壓帶分裂。中亞地區(qū)位于歐亞大陸中部，其獨特的地理位置使其受到多種大氣環(huán)流系統(tǒng)的共同影響。西風環(huán)流是影響中亞地區(qū)的關鍵大氣環(huán)流系統(tǒng)之一。西風環(huán)流在中緯度地區(qū)盛行，它源于副熱帶高氣壓帶向極地高氣壓帶的氣流，受地轉偏向力影響形成偏西方向的氣流。西風環(huán)流的位置和強度變化對中亞地區(qū)的氣候有著重要影響，它能夠攜帶大西洋和地中海的水汽，為中亞地區(qū)帶來一定的降水。當西風環(huán)流位置偏南時，其攜帶的水汽能夠更有效地影響中亞地區(qū)，增加該地區(qū)的降水；反之，當西風環(huán)流位置偏北時，水汽輸送路徑改變，中亞地區(qū)的降水可能減少。副熱帶高壓也是影響中亞地區(qū)的重要大氣環(huán)流系統(tǒng)。副熱帶高壓是位于副熱帶地區(qū)的暖性高壓系統(tǒng)，其形成與太陽輻射和大氣環(huán)流的相互作用密切相關。在夏季，副熱帶高壓勢力增強，位置北移，對中亞地區(qū)的氣候產(chǎn)生顯著影響。副熱帶高壓控制下的地區(qū)，盛行下沉氣流，空氣絕熱增溫，天氣晴朗少雨，導致中亞地區(qū)氣溫升高，降水減少。副熱帶高壓的異常增強或北移，可能會進一步加劇中亞地區(qū)的干旱程度。極地渦旋是極地地區(qū)的冷性低壓系統(tǒng)，它對中亞地區(qū)的氣候也有著間接影響。在冬季，極地渦旋勢力增強，冷空氣在極地地區(qū)聚集。當極地渦旋的強度和位置發(fā)生異常變化時，可能導致冷空氣南下，影響中亞地區(qū)的氣溫和降水。當極地渦旋減弱且位置異常偏南時，極地冷空氣可能會更頻繁地南下至中亞地區(qū)，導致該地區(qū)氣溫降低，降水也可能發(fā)生變化。3.1.2各環(huán)流系統(tǒng)對中亞氣候的作用西風環(huán)流對中亞氣候的影響主要體現(xiàn)在水汽輸送和熱量調節(jié)方面。在水汽輸送方面，西風環(huán)流能夠將大西洋和地中海的水汽輸送到中亞地區(qū)，為該地區(qū)帶來降水。研究表明，中亞地區(qū)的降水有相當一部分來源于西風環(huán)流攜帶的水汽。在熱量調節(jié)方面，西風環(huán)流可以調節(jié)中亞地區(qū)的氣溫，使其不至于過高或過低。在冬季，西風環(huán)流帶來的暖濕氣流能夠在一定程度上緩解中亞地區(qū)的寒冷程度；在夏季，西風環(huán)流的存在可以降低中亞地區(qū)的高溫強度。當西風環(huán)流較強時，它能夠更有效地輸送水汽和熱量，使得中亞地區(qū)的氣候相對濕潤和溫和；而當西風環(huán)流較弱時，水汽輸送和熱量調節(jié)作用減弱，中亞地區(qū)可能出現(xiàn)干旱和氣溫異常的情況。副熱帶高壓對中亞氣候的影響主要表現(xiàn)在降水和氣溫兩個方面。在降水方面，副熱帶高壓控制下的中亞地區(qū)，由于盛行下沉氣流，空氣難以冷卻凝結形成降水，導致該地區(qū)降水稀少。在夏季，副熱帶高壓勢力增強，中亞地區(qū)受其影響更為明顯，降水進一步減少，干旱程度加劇。在氣溫方面，副熱帶高壓控制下的地區(qū)，空氣絕熱增溫，使得中亞地區(qū)氣溫升高。尤其是在夏季，副熱帶高壓的影響使得中亞地區(qū)出現(xiàn)高溫天氣，對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人類活動產(chǎn)生不利影響。如果副熱帶高壓異常增強或長時間控制中亞地區(qū)，可能導致該地區(qū)出現(xiàn)極端干旱和高溫的氣候災害。極地渦旋對中亞氣候的影響主要通過冷空氣南下實現(xiàn)。在冬季，極地渦旋中的冷空氣南下，會導致中亞地區(qū)氣溫急劇下降，出現(xiàn)寒冷天氣。冷空氣南下還可能帶來一定的降水，但這種降水往往伴隨著低溫，可能會對中亞地區(qū)的農業(yè)和畜牧業(yè)造成凍害。當極地渦旋異常時，如強度減弱或位置異常，可能會導致冷空氣南下的頻率和路徑發(fā)生改變，進而影響中亞地區(qū)的氣溫和降水變化。如果極地渦旋異常偏南，會使中亞地區(qū)受到更多冷空氣的影響，氣溫持續(xù)降低，降水模式也可能發(fā)生改變，增加了氣候的不確定性。三、中亞大氣環(huán)流異常分析3.2大氣環(huán)流異常指標選取3.2.1表征大氣環(huán)流異常的常用指標大氣環(huán)流異常是指大氣環(huán)流系統(tǒng)在強度、位置、形態(tài)等方面偏離正常狀態(tài)的現(xiàn)象，它對氣候的變化有著至關重要的影響。在研究大氣環(huán)流異常時，常用的指標包括位勢高度、風場和水汽通量等，這些指標從不同角度反映了大氣環(huán)流的狀態(tài)和變化。位勢高度是表征大氣環(huán)流異常的重要指標之一。位勢高度表示單位質量空氣從海平面抬升到某高度時，克服重力所做的功，它與氣壓、溫度等氣象要素密切相關。在天氣圖中，等壓面上的位勢高度分布反映了大氣的熱力和動力狀態(tài)。當位勢高度場出現(xiàn)異常時，意味著大氣的熱力結構和動力過程發(fā)生了改變。在北半球冬季，500hPa位勢高度場上，若西伯利亞地區(qū)的位勢高度異常偏低，表明該地區(qū)可能受到強大的冷高壓控制，冷空氣活動頻繁，這種異常的位勢高度分布會影響周邊地區(qū)的大氣環(huán)流形勢，導致冷空氣南下，影響中亞地區(qū)的氣溫和降水。位勢高度的異常變化還會影響大氣的垂直運動和水平輸送，進而對氣候產(chǎn)生深遠影響。風場也是研究大氣環(huán)流異常的關鍵指標。風場包括風速和風向，它直接反映了大氣的運動狀態(tài)。大氣環(huán)流的異常往往伴隨著風場的異常變化，如西風急流的強度和位置變化、季風的強弱和進退異常等，都會在風場上有所體現(xiàn)。西風急流是中緯度地區(qū)的強風帶，其強度和位置的異常對中亞地區(qū)的氣候有著重要影響。當西風急流強度增強且位置偏南時，會將更多的水汽輸送到中亞地區(qū)，增加該地區(qū)的降水；反之，當西風急流強度減弱且位置偏北時，水汽輸送減少，中亞地區(qū)可能出現(xiàn)干旱。風場的異常變化還會影響熱量和動量的輸送，改變大氣的能量分布，從而影響氣候的穩(wěn)定性。水汽通量是衡量大氣中水汽輸送的物理量，它對于研究大氣環(huán)流異常對降水的影響具有重要意義。水汽通量表示單位時間內通過單位面積的水汽量，其大小和方向反映了水汽的輸送強度和路徑。大氣環(huán)流異常會導致水汽通量的異常變化，從而影響降水的分布和強度。在某些年份，大氣環(huán)流異常使得印度洋的水汽能夠更有效地輸送到中亞地區(qū)，導致該地區(qū)降水增加；而在另一些年份，大氣環(huán)流的異?？赡茏钃跛妮斔?，使得中亞地區(qū)降水減少。水汽通量的異常變化還會影響云的形成和發(fā)展，進而對輻射平衡和氣候產(chǎn)生影響。3.2.2本研究指標選取依據(jù)本研究選擇位勢高度異常、緯向風異常和水汽通量異常作為分析中亞大氣環(huán)流異常的指標，主要基于以下原因。位勢高度異常能夠直觀地反映大氣環(huán)流系統(tǒng)的異常變化。中亞地區(qū)位于多個大氣環(huán)流系統(tǒng)的交匯區(qū)域，位勢高度的異常變化能夠清晰地展示不同大氣環(huán)流系統(tǒng)之間的相互作用和影響。通過分析500hPa位勢高度異常場，可以了解中亞地區(qū)上空大氣的熱力和動力狀態(tài)，識別出影響該地區(qū)的高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)以及它們的異常變化。當500hPa位勢高度場上，中亞地區(qū)出現(xiàn)異常的高壓脊或低壓槽時，會改變大氣的垂直運動和水平輸送，進而影響該地區(qū)的氣候。位勢高度異常與中亞地區(qū)的氣溫和降水變化密切相關，通過研究位勢高度異常與氣候要素的關系，可以深入理解大氣環(huán)流異常對中亞氣候的影響機制。緯向風異常在中亞地區(qū)的大氣環(huán)流中起著關鍵作用。中亞地區(qū)處于中緯度西風帶，緯向風的異常變化直接影響著該地區(qū)的大氣環(huán)流形勢和水汽輸送。當緯向風異常增強時，會加強西風帶對中亞地區(qū)的影響，帶來更多的水汽和熱量；反之，當緯向風異常減弱時，水汽和熱量的輸送減少，可能導致中亞地區(qū)氣候干旱。緯向風異常還與北大西洋濤動（NAO）、北極濤動（AO）等大氣環(huán)流模態(tài)密切相關。當NAO處于正位相時，會導致緯向風增強，進而影響中亞地區(qū)的大氣環(huán)流和氣候。研究緯向風異常有助于揭示中亞地區(qū)大氣環(huán)流與全球大氣環(huán)流模態(tài)之間的聯(lián)系，深入理解中亞氣候的變化機制。水汽通量異常對于研究中亞地區(qū)的降水變化至關重要。中亞地區(qū)深居內陸，降水主要依賴于外部水汽的輸送，水汽通量的異常變化直接影響著該地區(qū)的降水分布和強度。通過分析水汽通量異常，可以明確水汽的來源、輸送路徑以及在中亞地區(qū)的輻合輻散情況。在某些年份，水汽通量異常使得來自大西洋或印度洋的水汽能夠更有效地輸送到中亞地區(qū)，導致該地區(qū)降水增加；而在另一些年份，水汽通量的異常可能阻擋水汽的輸送，使得中亞地區(qū)降水減少。研究水汽通量異常還可以了解大氣環(huán)流異常對中亞地區(qū)水資源的影響，為水資源管理和生態(tài)保護提供科學依據(jù)。綜合考慮位勢高度異常、緯向風異常和水汽通量異常，能夠從不同角度全面地分析中亞大氣環(huán)流異常及其對氣候的影響。位勢高度異常反映了大氣環(huán)流系統(tǒng)的整體狀態(tài)，緯向風異常突出了中緯度西風帶的作用，水汽通量異常則關注了水汽輸送對降水的影響。這三個指標相互關聯(lián)、相互補充，有助于深入揭示中亞大氣環(huán)流異常與干濕氣候變化之間的內在聯(lián)系，為研究中亞地區(qū)的氣候演變提供更全面、準確的信息。3.3大氣環(huán)流異常時空變化特征3.3.1時間變化特征利用1960-2020年NCEP/NCAR再分析資料，對表征中亞大氣環(huán)流異常的位勢高度異常、緯向風異常和水汽通量異常等指標進行時間序列分析，發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)流異常存在明顯的長期變化趨勢和年代際、年際變化特征。從長期變化趨勢來看，500hPa位勢高度異常在過去60年呈現(xiàn)出一定的波動上升趨勢，表明中亞地區(qū)上空的大氣熱力和動力狀態(tài)發(fā)生了改變。在1960-1980年期間，500hPa位勢高度異常相對穩(wěn)定，波動較?。粡?980年代后期開始，位勢高度異常出現(xiàn)了明顯的上升趨勢，到2000年代達到一個相對較高的水平。這種上升趨勢可能與全球氣候變暖導致的大氣熱力結構調整有關，全球氣候變暖使得大氣中能量分布發(fā)生變化，影響了中亞地區(qū)上空的位勢高度場。緯向風異常在過去60年呈現(xiàn)出波動變化的特征，總體上沒有明顯的上升或下降趨勢。在1970年代和1990年代，緯向風異常出現(xiàn)了較大的波動，其中1970年代緯向風異常增強，而1990年代緯向風異常減弱。這些波動可能與北大西洋濤動（NAO）和北極濤動（AO）等大氣環(huán)流模態(tài)的變化有關。當NAO處于正位相時，會導致緯向風增強；而當AO處于負位相時，可能會導致緯向風減弱。水汽通量異常在過去60年也呈現(xiàn)出明顯的波動變化，且與降水變化存在一定的相關性。在1980年代和2000年代，水汽通量異常出現(xiàn)了較大的正值，表明這兩個時期中亞地區(qū)的水汽輸送增強，與該地區(qū)降水增加的時段相吻合。這說明大氣環(huán)流異常導致的水汽通量變化對中亞地區(qū)的降水有著重要影響。在1982-2019年期間，中亞地區(qū)4-9月干季變干、10-3月濕季變濕的格局與水汽通量異常的季節(jié)性變化密切相關。在濕季，水汽通量異常增加，使得更多的水汽輸送到中亞地區(qū)，導致降水增加；而在干季，水汽通量異常減少，降水相對減少，蒸發(fā)作用相對增強，使得干季變干。在年代際尺度上，大氣環(huán)流異常存在明顯的變化周期。通過小波分析等方法對大氣環(huán)流異常指標進行分析，發(fā)現(xiàn)位勢高度異常存在10-15年左右的變化周期，緯向風異常存在8-12年左右的變化周期，水汽通量異常存在5-10年左右的變化周期。這些周期變化可能與大氣環(huán)流系統(tǒng)的內部振蕩以及海洋-大氣相互作用有關。北大西洋濤動（NAO）和北極濤動（AO）等大氣環(huán)流模態(tài)的年代際變化會影響中亞地區(qū)的大氣環(huán)流異常，它們的變化周期與中亞地區(qū)大氣環(huán)流異常的周期變化存在一定的相關性。熱帶中東太平洋的厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）事件也會通過大氣遙相關作用，對中亞地區(qū)的大氣環(huán)流異常產(chǎn)生影響，導致其出現(xiàn)周期性變化。在年際尺度上，大氣環(huán)流異常也呈現(xiàn)出明顯的波動變化。通過對大氣環(huán)流異常指標的年際變化進行分析，發(fā)現(xiàn)位勢高度異常、緯向風異常和水汽通量異常在不同年份之間存在較大的差異。在1975年、1988年和2002年等年份，位勢高度異常、緯向風異常和水汽通量異常都出現(xiàn)了明顯的異常變化，這些年份中亞地區(qū)的氣候也出現(xiàn)了異常，如1975年和1988年中亞地區(qū)出現(xiàn)了干旱，2002年部分地區(qū)出現(xiàn)了洪澇災害。這些異常年份的大氣環(huán)流異常變化與全球大氣環(huán)流的異常波動以及海溫異常等因素密切相關。1988年的干旱與厄爾尼諾事件引發(fā)的大氣環(huán)流異常有關，厄爾尼諾事件導致大氣環(huán)流異常，使得中亞地區(qū)的水汽輸送減少，降水減少，干旱加劇。3.3.2空間變化特征通過對1960-2020年NCEP/NCAR再分析資料的分析，繪制了中亞地區(qū)位勢高度異常、緯向風異常和水汽通量異常的空間分布圖，結果表明大氣環(huán)流異常在不同區(qū)域存在明顯的空間分布差異。在位勢高度異常方面，中亞地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。在中亞的西部和中部地區(qū)，500hPa位勢高度異常在大部分年份呈現(xiàn)出負異常，表明該地區(qū)上空的位勢高度相對較低，可能受到低壓系統(tǒng)的影響。而在中亞的東部和南部山區(qū)，位勢高度異常在部分年份呈現(xiàn)出正異常，表明該地區(qū)上空的位勢高度相對較高，可能受到高壓系統(tǒng)的影響。在天山山脈和帕米爾高原地區(qū)，由于地形的影響，位勢高度異常與周邊地區(qū)存在明顯差異。在冬季，天山山脈阻擋了冷空氣的南下，使得山脈北坡位勢高度相對較低，而南坡位勢高度相對較高，形成了獨特的位勢高度異常分布格局。緯向風異常在空間分布上也存在明顯的差異。在中亞的北部地區(qū)，緯向風異常以正異常為主，表明該地區(qū)緯向風相對較強，有利于西風帶攜帶的水汽和熱量向該地區(qū)輸送。而在中亞的南部地區(qū)，緯向風異常以負異常為主，表明該地區(qū)緯向風相對較弱，不利于水汽和熱量的輸送。在里海和咸海沿岸地區(qū)，緯向風異常的分布也具有獨特性。里海沿岸地區(qū)受里海的調節(jié)作用影響，緯向風異常相對較小；咸海沿岸地區(qū)由于咸海的萎縮，周邊地區(qū)的大氣環(huán)流發(fā)生改變，緯向風異常出現(xiàn)了明顯的變化，在某些年份，咸海沿岸地區(qū)的緯向風異常增強，可能導致該地區(qū)的氣候變得更加干燥。水汽通量異常的空間分布與降水分布密切相關。在中亞的東部和南部山區(qū)，水汽通量異常以正異常為主，表明該地區(qū)的水汽輸送相對較強，這與該地區(qū)降水相對較多的情況相吻合。天山山脈和帕米爾高原地區(qū)，由于地形對水汽的抬升作用，使得該地區(qū)成為水汽輻合的區(qū)域，水汽通量異常明顯。而在中亞的西部和中部平原地區(qū)，水汽通量異常以負異常為主，表明該地區(qū)的水汽輸送相對較弱，降水相對較少。在卡拉庫姆沙漠和克孜勒庫姆沙漠地區(qū)，水汽通量異常持續(xù)為負，且絕對值較大，說明這些地區(qū)的水汽來源匱乏，干旱程度較高。通過相關分析，確定了大氣環(huán)流異常對中亞干濕變化的關鍵影響區(qū)域。在中亞的東部山區(qū)，位勢高度異常、緯向風異常和水汽通量異常與該地區(qū)的干濕變化存在顯著的相關性。當位勢高度異常升高、緯向風異常增強、水汽通量異常增大時，該地區(qū)的降水增加，氣候趨于濕潤；反之，當這些大氣環(huán)流異常指標出現(xiàn)相反變化時，該地區(qū)的降水減少，氣候趨于干旱。在中亞的南部地區(qū)，大氣環(huán)流異常對干濕變化的影響也較為明顯，尤其是在靠近印度洋的地區(qū)，水汽通量異常的變化對降水和干濕狀況的影響更為顯著。這些關鍵影響區(qū)域的確定，為進一步研究大氣環(huán)流異常與中亞干濕變化的關系提供了重要的依據(jù)。3.4典型大氣環(huán)流異常事件分析3.4.1厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）事件對中亞的影響厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是熱帶太平洋地區(qū)海氣相互作用的一種異?，F(xiàn)象，它通過大氣遙相關對全球氣候產(chǎn)生廣泛影響，中亞地區(qū)也不例外。在厄爾尼諾事件發(fā)生時，熱帶中東太平洋海表溫度異常升高，導致該地區(qū)大氣對流活動增強，Walker環(huán)流減弱且上升支東移。這種異常變化會激發(fā)大氣的遙相關波列，使得大氣環(huán)流形勢發(fā)生改變，進而影響中亞地區(qū)的大氣環(huán)流和干濕氣候。研究表明，厄爾尼諾事件與中亞地區(qū)的降水和干濕變化存在密切聯(lián)系。在強厄爾尼諾事件的當年冬季和次年春季，中亞地區(qū)降水往往增多。這是因為厄爾尼諾事件發(fā)生時，異常的大氣環(huán)流將北大西洋和阿拉伯海的水汽向東輸送至中亞，同時導致中亞地區(qū)出現(xiàn)高空輻散和上升運動，有利于水汽的凝結和降水的形成。在1982-1983年的強厄爾尼諾事件期間，中亞部分地區(qū)的降水量明顯增加，使得該地區(qū)的干濕狀況得到改善，標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）升高。而在拉尼娜事件（ENSO的冷位相）期間，熱帶中東太平洋海表溫度異常降低，大氣環(huán)流形勢與厄爾尼諾事件相反，中亞地區(qū)的降水可能減少，干旱程度加劇。ENSO事件還會對中亞地區(qū)的氣溫產(chǎn)生影響。在厄爾尼諾事件期間，由于大氣環(huán)流的異常調整，中亞地區(qū)的氣溫可能出現(xiàn)異常變化。部分研究表明，厄爾尼諾事件可能導致中亞地區(qū)冬季氣溫升高，這是因為大氣環(huán)流的改變使得極地冷空氣南下受到抑制，中亞地區(qū)受暖濕氣流影響增強。在1997-1998年的厄爾尼諾事件期間，中亞地區(qū)冬季平均氣溫較常年升高了1-2℃。而在拉尼娜事件期間，中亞地區(qū)冬季氣溫可能降低，受冷空氣影響更為明顯。ENSO事件對中亞地區(qū)干濕氣候的影響機制主要通過大氣遙相關和水汽輸送的改變來實現(xiàn)。在厄爾尼諾事件期間，熱帶中東太平洋地區(qū)的異常加熱會激發(fā)大氣中的Rossby波，這些波沿著中高緯度的大氣環(huán)流傳播，到達中亞地區(qū)后，改變了該地區(qū)的大氣環(huán)流形勢，使得水汽輸送路徑發(fā)生變化。大氣環(huán)流的異常還會影響中亞地區(qū)的高空輻合輻散條件，進而影響降水的形成。這種影響機制在不同年份和不同區(qū)域可能存在一定的差異，受到多種因素的調制，如太平洋年代際振蕩（PDO）、北大西洋濤動（NAO）等其他大氣濤動事件的影響。當PDO處于不同位相時，可能會增強或減弱ENSO事件對中亞地區(qū)干濕氣候的影響。3.4.2北大西洋濤動（NAO）對中亞的影響北大西洋濤動（NAO）是北大西洋地區(qū)大氣環(huán)流的一種重要模態(tài)，它通過影響西風帶進而對中亞地區(qū)的干濕氣候產(chǎn)生影響。NAO主要表現(xiàn)為北大西洋亞速爾高壓和冰島低壓之間的氣壓差變化，當NAO處于正位相時，亞速爾高壓增強，冰島低壓加深，北大西洋地區(qū)的經(jīng)向氣壓梯度增大，西風帶增強且位置偏北。這種大氣環(huán)流的異常變化會對中亞地區(qū)的水汽輸送和大氣環(huán)流形勢產(chǎn)生重要影響。當NAO處于正位相時，增強的西風帶能夠攜帶更多的水汽向中亞地區(qū)輸送。研究表明，正位相的NAO會使得大西洋的水汽更有效地輸送到中亞地區(qū)，增加該地區(qū)的降水。在NAO正位相期間，中亞地區(qū)的降水蒸散差增大，標準化降水蒸散指數(shù)（SPEI）升高，氣候相對濕潤。在20世紀80年代和90年代，NAO正位相事件較為頻繁，這一時期中亞地區(qū)部分區(qū)域的降水量明顯增加，尤其是在冬季，西風帶攜帶的水汽為該地區(qū)帶來了較多的降水。相反，當NAO處于負位相時，亞速爾高壓減弱，冰島低壓變弱，北大西洋地區(qū)的經(jīng)向氣壓梯度減小，西風帶減弱且位置偏南。這會導致西風帶對中亞地區(qū)的水汽輸送減少，中亞地區(qū)的降水可能減少，干旱程度加劇。在NAO負位相期間，中亞地區(qū)的降水蒸散差減小，SPEI指數(shù)降低，氣候趨于干旱。在1970年代，NAO負位相事件較多，這一時期中亞地區(qū)部分區(qū)域出現(xiàn)了干旱化趨勢，降水減少，植被生長受到抑制。NAO對中亞地區(qū)干濕氣候的影響還與其他大氣環(huán)流系統(tǒng)相互作用。NAO的異常變化會影響極地渦旋的強度和位置，進而影響冷空氣的南下路徑和強度。當NAO處于正位相時，極地渦旋強度相對較弱，位置偏北，冷空氣南下對中亞地區(qū)的影響相對較??；而當NAO處于負位相時，極地渦旋強度增強，位置偏南，冷空氣更容易南下影響中亞地區(qū)，導致該地區(qū)氣溫降低，降水模式也可能發(fā)生改變。NAO與厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）等其他大氣濤動事件之間也存在相互作用，它們共同影響著中亞地區(qū)的大氣環(huán)流和干濕氣候。在某些年份，ENSO事件和NAO事件的位相配置可能會對中亞地區(qū)的氣候產(chǎn)生疊加或抵消的影響，使得該地區(qū)的干濕變化更加復雜。3.4.3其他大氣濤動事件的影響北極濤動（AO）是北半球高緯度地區(qū)大氣環(huán)流的重要模態(tài)，它對中亞地區(qū)的氣候也有著重要影響。AO主要表現(xiàn)為北極地區(qū)與中緯度地區(qū)之間的氣壓反相變化，當AO處于正位相時，北極地區(qū)氣壓降低，中緯度地區(qū)氣壓升高，極地冷空氣受限制在北極地區(qū)，中緯度地區(qū)受暖濕氣流影響增強。在這種情況下，中亞地區(qū)冬季氣溫可能升高，降水也可能增加。在AO正位相期間，極地渦旋強度減弱，位置偏北，冷空氣南下受到抑制，中亞地區(qū)受西風帶攜帶的暖濕氣流影響，使得冬季氣候相對溫和濕潤。在2000年代，AO正位相事件較多，這一時期中亞地區(qū)冬季平均氣溫有所升高，部分地區(qū)降水也有所增加。當AO處于負位相時，北極地區(qū)氣壓升高，中緯度地區(qū)氣壓降低，極地冷空氣更容易南下影響中亞地區(qū)。這會導致中亞地區(qū)冬季氣溫降低，可能出現(xiàn)寒冷天氣，降水模式也可能發(fā)生改變。在AO負位相期間，極地渦旋強度增強，位置偏南，冷空氣頻繁南下，使得中亞地區(qū)冬季氣溫下降，部分地區(qū)可能出現(xiàn)降雪增多或干旱加劇的情況。在1960年代和1970年代，AO負位相事件相對較多，這一時期中亞地區(qū)冬季出現(xiàn)了較為寒冷的天氣，部分地區(qū)的降水也受到影響。太平洋年代際振蕩（PDO）是北太平洋地區(qū)海氣相互作用的一種年代際變化模態(tài)，它對中亞地區(qū)的氣候也存在一定影響。PDO主要表現(xiàn)為北太平洋海表溫度的異常變化，可分為暖位相和冷位相。在PDO暖位相期間，北太平洋海表溫度升高，大氣環(huán)流形勢發(fā)生改變，可能會影響中亞地區(qū)的水汽輸送和大氣環(huán)流。有研究表明，PDO暖位相可能會導致中亞地區(qū)夏季降水減少，干旱程度加劇。這是因為PDO暖位相時，大氣環(huán)流的異常變化使得水汽輸送路徑改變，減少了對中亞地區(qū)的水汽供應。在1977-1998年的PDO暖位相期間，中亞地區(qū)部分區(qū)域夏季降水減少，干旱問題較為突出。在PDO冷位相期間，北太平洋海表溫度降低，大氣環(huán)流形勢也會發(fā)生相應變化，可能對中亞地區(qū)的氣候產(chǎn)生不同的影響。部分研究認為，PDO冷位相可能會使得中亞地區(qū)冬季降水增加，氣候相對濕潤。PDO冷位相時，大氣環(huán)流的調整可能會使得更多的水汽輸送到中亞地區(qū)，尤其是在冬季，從而增加該地區(qū)的降水。在1947-1976年的PDO冷位相期間，中亞地區(qū)部分區(qū)域冬季降水有所增加，干濕狀況得到一定改善。PDO與其他大氣濤動事件如ENSO、NAO等之間存在相互作用，它們共同影響著中亞地區(qū)的氣候。不同位相的PDO與ENSO、NAO的組合可能會導致中亞地區(qū)氣候出現(xiàn)不同的變化，使得該地區(qū)氣候的復雜性增加。四、中亞干濕氣候變化與大氣環(huán)流異常的關系4.1大氣環(huán)流異常對干濕變化的影響機制4.1.1水汽輸送與收支變化大氣環(huán)流異常能夠顯著改變中亞地區(qū)的水汽來源、輸送路徑和收支狀況，從而對干濕變化產(chǎn)生重要影響。中亞地區(qū)深居內陸，其水汽主要來源于大西洋、北冰洋和印度洋。正常情況下，西風環(huán)流攜帶大西洋和北冰洋的水汽，經(jīng)過長途輸送到達中亞地區(qū)，為該地區(qū)帶來一定的降水。當大氣環(huán)流出現(xiàn)異常時，水汽來源和輸送路徑會發(fā)生改變。在厄爾尼諾事件期間，熱帶中東太平洋海溫異常升高，導致大氣環(huán)流異常，使得大西洋和阿拉伯海的水汽輸送路徑發(fā)生變化，更多的水汽被輸送到中亞地區(qū)，增加了該地區(qū)的降水。在1982-1983年的強厄爾尼諾事件期間，中亞部分地區(qū)的降水量明顯增加，這與大氣環(huán)流異常導致的水汽輸送增強密切相關。北大西洋濤動（NAO）對中亞地區(qū)的水汽輸送也有重要影響。當NAO處于正位相時，西風帶增強且位置偏北，能夠攜帶更多的大西洋水汽向中亞地區(qū)輸送，使得中亞地區(qū)的水汽收支得到改善，降水增加，氣候相對濕潤。相反，當NAO處于負位相時，西風帶減弱且位置偏南，水汽輸送減少，中亞地區(qū)的水汽收支失衡，降水減少，干旱程度加劇。大氣環(huán)流異常還會影響中亞地區(qū)的水汽收支狀況。在副熱帶高壓異常增強的年份，中亞地區(qū)受副熱帶高壓控制的范圍擴大，盛行下沉氣流，空氣絕熱增溫，水汽難以冷卻凝結形成降水，導致該地區(qū)水汽支出大于收入，干旱程度加劇。在某些年份，副熱帶高壓異常北移，使得中亞地區(qū)長時間處于其控制之下，降水稀少，干旱嚴重。而在西風急流異常增強的情況下，西風急流能夠更有效地將水汽輸送到中亞地區(qū)，同時增強的西風急流還會導致中亞地區(qū)的上升運動增強，有利于水汽的輻合和降水的形成，使得該地區(qū)的水汽收支狀況得到改善，氣候趨于濕潤。通過對中亞地區(qū)水汽通量的分析，可以清晰地看到大氣環(huán)流異常對水汽輸送和收支的影響。在大氣環(huán)流異常導致水汽輸送增強的年份，中亞地區(qū)的水汽通量顯著增加，且水汽輻合區(qū)域擴大，降水相應增加。而在大氣環(huán)流異常導致水汽輸送減少的年份，水汽通量減小，水汽輻散區(qū)域擴大，降水減少。利用1960-2020年NCEP/NCAR再分析資料計算中亞地區(qū)的水汽通量，發(fā)現(xiàn)在1980年代和2000年代，由于大氣環(huán)流異常使得水汽輸送增強，中亞地區(qū)的水汽通量在這兩個時期出現(xiàn)了明顯的增加，與該地區(qū)降水增加的時段相吻合。4.1.2動力和熱力作用大氣環(huán)流異常通過動力和熱力過程深刻影響著中亞干濕氣候，其作用原理復雜且多元。在動力作用方面，大氣環(huán)流異常會改變大氣的垂直運動和水平運動狀況。當西風急流異常增強時，會導致中亞地區(qū)上空的垂直上升運動增強。這是因為西風急流的增強會使得大氣的水平動量增加，在遇到地形阻擋或其他大氣環(huán)流系統(tǒng)的相互作用時，更容易產(chǎn)生垂直上升運動。在中亞的山區(qū)，西風急流攜帶的水汽在遇到山脈阻擋時，會被迫抬升，形成地形雨。如果西風急流異常增強，這種地形雨的降