青藏高原至中国东部雨日变化趋势的分形研究.docVIP

青藏高原至中国东部雨日变化趋势的分形研究( 冯新灵1,,4，罗隆诚1,，邱丽丽1,，冯自立(1. 绵阳师范学院资源环境科学系 四川绵阳621000; 2. 中国气象局气候研究开放实验室 北京,100081; 3. 中国民航飞行学院 四川广汉618307; 4. 绵阳师范学院四川绵阳621000) 摘 要：根据1951～2002年中国194台站的雨日资料，运用分形理论中R/S分析法的基本原理，设计了两项Hurst指数试验。研究并预测了中国5大区域年雨日的气候变化趋势。研究表明：中国5大区域未来年雨日变化趋势与过去50年来的变化有着很好的自相似性。两项Hurst指数试验结果表明中国今后年雨日将继续减少。依照5大区域的气候倾向率，未来10年青藏高原～川西高原平均每十年减少雨日3.7～3.8天；中国东部南方区～中国东部北方区平均每十年减少雨日5.9～6.8天；四川盆地年雨日减少最多，平均每十年减少雨日12.3天。且期间雨日气候变化没有突变。 关键词：雨日；气候变化；分形；R/S分析；Hurst指数试验； 1. 引言 全球性的气温升高，气候变暖引起当今世界各国的共同关注和高度重视在这一背景下，降水的变化规律和地域特点就强烈吸引着气候学家进行研究和探索。近年来，我国学者在降水气候变化的研究中取得了一系列的研究成果[2]。由于降水受诸多因子的影响，使降水在时间和空间地域上有很大的变异，降水的气候变化也就更为复杂，故而在研究中出现了不同时段、不同区域的降水会有着各自不同的特点和规律，同时又有着程度不同的正负趋势变化降水气候变化在我国表现出了“多样化”和“不确定性”的变化趋势降水气候变化包括降水量和雨日两个要素的变化降水量变化，涉及雨日气候变化降水量和雨日是两个的气候要素，雨日是对日降水量经过界定后的降水日数是降水气候变化的重要组成部分气温升高，气候变暖会对雨日带来什么样的变化由此，本项研究对雨日的地域变化、趋势变化、以及未来变化进行探索性研究。为了对雨日未来变化趋势推断和预测，采用了分形理论的原理和方法。 分形理论（Fractal heory）是20世纪70年代中期以来发展起来的一种自然科学、社会科学和思维科学的新理论，主要研究和揭示复杂的自然现象社会现象中所隐藏的规律性、层次性和标度不变性，为人们通过认识总体、从有限中认识无限提供了一种新的工具。分形理论是在分形概念的基础上升华和发展起来的，它是一种全新的思维方式。在复杂多变的气候变化研究中，分形理论和方法最大的价值就在于利用连续气候资料对未来气候变化趋势做出科学预测这就是新近发展起来的研究时间序列的分形理论——R/S分析法Rescaled Range Analysis）[17-21]。R/S分析法能对未来气候变化的总体趋势预测和推断。这种未来总体变化趋势一般两种形态，一是长期相关性特征表现为持续性，即未来变化与过去相似，是正趋势二是长期相关性特征表现为反持续性，即未来变化与过去变化相反，是反趋势。对未来的气候变化不但要预测推断其变化趋势，以及趋势中的每一种状态所持续的时间，还要找出有无气候变化的转折点，并进一步判断这种转折是否就是气候突变。所有这些R/S分析法是无法解决和完成的，为了突破R/S分析法的这种局限，能对雨日未来变化趋势更进一步的推断和预测，我们设计了两项Hurst指数试验，通过试验和试验结果来探讨雨日的未来气候变化。 青藏高原是我国气候变化启动区的认识，随着研究的不断深入已被不断证实[2~24]。由此，本研究选择了以青藏高原为首包括川西高原、四川盆地、我国东部的南方区及北方区5大区域。对5大区域的年雨日都进行两项Hurst指数试验，由试验结果推断并预测中国5大区年雨日的未来气候变化趋势。 图1：中国5大降水区示意图 Fig.1: Rainy days in five regions of China 2. 资料和方法 .1 气候资料 根据国家气象信息中心气象资料室（中国气象科学数据共享服务网/）提供的194个台站的降水资料，分别整理出青藏高原、川西高原、四川盆地和我国东部的南方区及北方区5大区域的平均年雨日。其中东部的南方区包括华南区、江南区、长江中下游区及淮河区4个小区域。北方区包括华北区、内蒙古区、松辽平原区及兴安岭区4个小区域[1]（图1）。雨日定义为日降水量大于等于0.0mm（包括有雨无量）的日数。先由逐日降水量资料统计整理出月雨日数，再由月雨日数累加而成年雨日。 .2 分析方法 R/S分析法（Rescaled Range Analysis，简称R/S分析）最早由英国科学家赫斯特（H. E. Hurst）提出后来经Mandelbrot和Wallis在理论上补充完善，发展成为研究时间序列的分形理论[1,19]。 R/S分析法的主要原理为：考虑一个时间序列