季风降水的南向-北向变化趋势及其与巴基斯坦上空大气环流的关系：1961–1990年与1991–2020年的对比研究

《Journal of Hydro-environment Research》：Southward to northward shifting trends of monsoonal precipitation and their connections with atmospheric circulations over Pakistan: A comparative study of 1961–1990 and 1991–2020

巴基斯坦季风降水南向北移趋势及其与大气环流关联性研究（1961-2020年），采用Mann-Kendall检验和Sen斜率法分析降水变化，发现核心季风区1991年后降水增加，可能与印度洋偶极子（IOD）正向影响有关，导致降水带北移，沿海地区降水短缺。

　　这项研究探讨了巴基斯坦不同降水区域在气候变迁前后以及1961年至2020年间的季风降水向南向北移动的趋势及其与大气环流之间的关系。通过对数据的敏感性和不确定性分析，确保了研究结果的准确性和全面性。研究采用了改良的Mann-Kendall检验方法来验证季风降水的变化趋势，同时利用Sen’s slope方法量化降水变化的速率。此外，还通过皮尔逊相关和逐步回归方法分析了大气指数对降水变化的影响。研究结果表明，在1960年代夏季季风期间，区域3和区域4的降水呈现出增加趋势。然而到了2010年代，巴基斯坦沿海地区的降水出现赤字。从1991年至2020年，核心季风区域的降水有所增加，而1961年至1990年间则出现了减少的趋势。这种降水增加的趋势很可能归因于印度洋偶极子（IOD）的强烈正向影响。研究还指出，降水向北移动的趋势在巴基斯坦90°E、93°E和96°E的经度位置上分别以-2.37°、-6.03°和-2.98°的速度发生。1991年至2020年间，巴基斯坦中部平原和南部沙漠地区的夏季降水减少，这主要归因于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的负向影响。冬季时，巴基斯坦西北部地区降水减少趋势明显，而南部地区则表现出增加趋势。此外，在气候变迁后的时期，巴尔赫斯坦高原地区的降水减少，主要受到ENSO和北大西洋涛动（NAO）的周末效应影响。这些研究结果对于区域气候评估、气候智能型农业以及预测未来降水模式具有重要意义。

巴基斯坦位于多种气候带交汇的过渡区域，形成了复杂而多样的气候和环境景观。该国的气候受到季风影响，涵盖了炎热干燥的沙漠、中纬度草原和沙漠、亚热带高地、湿润温带地区、沿海气候，甚至北部地区的亚北极气候条件。季风降水是巴基斯坦水资源供应的重要组成部分，对淡水生态系统、水库补给以及水电生产至关重要。夏季和冬季季风构成了巴基斯坦年降水量的约95%。在这样的背景下，季风降水已成为气候科学中最重要的研究课题之一。同时，理解季风降水如何因大气环流的变化而向南向北移动，对于评估区域气候变化的影响具有重要意义。因此，对1961–1990年和1991–2020年间季风降水向南向北移动的趋势及其与大气环流之间的关系进行比较研究，已经引起了全球的关注。

近年来，许多研究致力于分析季风降水的变化及其与大气环流之间的联系。这些研究主要集中在亚洲、中国、印度和孟加拉国等地，探讨了季风降水的波动以及其与各种热力学因素和大气环流模式之间的关系。研究通常使用不同时间段的网格化数据集进行分析，这些研究不仅提供了有关降水变化机制的宝贵信息，还揭示了气候指数如何影响不同地区的季风降水。此外，这些研究还确定了海洋与大气过程之间的关系，这些过程导致了降水模式的变化。然而，大多数先前的研究主要关注区域或短期波动，忽略了长期的降水空间变化，例如季风降水向北移动的趋势。理解这些趋势对于改进依赖季风的地区气候和水文模型至关重要。

在全球变暖的背景下，巴基斯坦的季风降水强度有所增强。根据Ali等人的研究，巴基斯坦在全球范围内是受气候变化影响最严重的国家之一。2000年至2019年间，该国因自然灾害（包括洪水和干旱）遭受了超过37亿美元的损失。许多研究已经探讨了季风降水的变化及其对区域机制的显著影响，包括大气指数的作用以及区域降水的预测。Aamir和Hassain（2020）发现，北大西洋涛动（NAO）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和大西洋多年代振荡（AMO）对巴基斯坦巴尔赫斯坦地区的夏季季风降水具有正向影响。Hussain等（2022b）则报告称，印度洋偶极子（IOD）和NAO对巴基斯坦北部和南部地区的夏季季风降水具有积极影响。这些研究的主要目标是评估大气环流对区域现象的影响，并探索其在预测不同地区季风降水变化中的应用。此外，一些研究还分析了大气指数对巴基斯坦不同降水区域的影响，如Baudouin等（2020）、Choudhury等（2019）、Islam等（2019）和Makris等（2023）。Choudhary等（2019）估计了海表温度（SST）异常对1981年至2010年间巴基斯坦北部季风降水变化的正向影响。Ullah等（2023）指出，温暖的SST异常增强了南部风向阿拉伯海输送湿气的能力。Midhuna等（2019）探讨了地势高度对巴基斯坦北部冬季季风的影响。Adnan等（2020）研究了出射长波辐射对1974年至2014年间巴基斯坦关键季风区域夏季季风降水的影响。Ahmed等（2019）发现，经向风异常对1951年至2010年间巴基斯坦北部冬季季风降水具有正向影响。Asmat等（2018）报告称，风异常显著影响了该国南北地区夏季季风期间极端降雨的强度。印度季风低压对夏季和冬季降水具有重要影响。这些低压系统在1979年至2015年间向西移动，影响了巴基斯坦的降水模式。因此，印度季风系统对于巴基斯坦季风系统具有重要意义。在巴基斯坦，风异常是季风降水的主要来源。在当前的气候变迁时期，印度季风系统出现了一些显著的变化。这些变化包括季风路径的改变（例如低压和低压系统沿其位置的南侧移动）以及突发性洪水的发生。在此背景下，需要一项全面的研究来分析季风主导季节的降水变化趋势及其与大气环流之间的关系。

印度夏季季风（ISM）是影响印度及其邻近南亚地区的主要气候系统，其形成主要依赖于印度次大陆上形成的低压系统，这些系统从阿拉伯海西南方向吸引湿润空气（Abbas和Lee，2022）。在巴基斯坦的背景下，ISM贡献了年降水量的约70-80%。近年来，巴基斯坦受到气候波动的广泛影响，导致了极端天气事件，如热浪、干旱、洪水和极端降水。这些极端天气事件对农业、基础设施和水资源供应产生了严重影响，包括疾病传播增加、粮食安全问题和贫困加剧。此外，它们对自然环境的影响也导致了森林、湿地和土壤类型的分布变化，以及某些动物和鸟类物种的灭绝（Ali等，2023）。自1990年代以来，学者们对巴基斯坦不同地区的季风降水变化给予了广泛关注。许多研究试图分析总季风降水的趋势变化，发现了一个干旱阶段，随后降水有所增加，而在2010年代又出现了降水增加的趋势。然而，先前的研究大多局限于分析季风季节在不同降水区域的降水变化趋势，没有进行一项全面的研究来理解季风降水向南向北移动的趋势及其与大气指数之间的关系。此外，关于1961年至2020年间季风降水的十年尺度变化趋势的详细信息也较为缺乏。因此，通过比较1961–1990年和1991–2020年间季风降水的变化趋势，并分析其在十年尺度上的变化，对于更好地理解气候变化对区域的影响具有重要意义。

本研究的主要目标是评估季风降水向南向北移动的趋势及其与大气环流之间的关系。研究的三个主要目标包括：第一，比较1961–1990年和1991–2020年间季风降水的变化趋势；第二，分析季风降水在十年尺度上的变化趋势；第三，探讨大气指数对季风降水变化趋势的影响。这些研究结果将为政策制定者和当地社区提供有价值的参考框架，以改善水资源管理。通过比较两个时期的季风降水变化趋势，并分析其在十年尺度上的变化，这项研究将进一步揭示气候变化对区域的影响。此外，研究还提供了关于气候变化背景下季风降水空间变化的详细分析，为相关领域的研究和实践提供了重要的支持。

巴基斯坦的地理特征十分多样，其气候、地形和植被的差异主要源于其位于阿拉伯海与世界第六高峰喜马拉雅山脉之间的地理位置。从北到南，巴基斯坦的长度约为1820公里，而从东到西的宽度则在南部约为300公里，北部则达到1000公里。巴基斯坦的总面积为888万平方公里，其纬度范围从24°N到36°N，经度范围从61°E到76°E。从地理角度来看，巴基斯坦的地形特征包括了多种地貌类型，如山脉、平原和高原，这些地形对降水分布和气候模式具有重要影响。例如，喜马拉雅山脉的阻挡作用影响了季风气流的路径，导致降水在某些地区集中，而在其他地区则相对较少。这种地形与气候的相互作用使得巴基斯坦的降水模式具有高度的空间异质性，为研究气候变化对降水的影响提供了复杂的背景。

为了确保研究的准确性和全面性，本研究采用了来自38个气象站的每日降水数据集，这些数据来源于巴基斯坦气象局（PMD），时间跨度为1961年至2020年。站点数据被认为是比网格化数据集更可靠和准确的。为了确保数据质量，研究对所有气象站的缺失数据进行了检查，并筛选出缺失数据少于5%的站点。尽管存在由于缺失数据导致的不确定性，但这些数据仍然为研究提供了重要的基础。此外，研究还考虑了不同时间段内降水数据的变化趋势，以分析气候变迁前后降水模式的差异。这种数据处理方法确保了研究结果的可靠性，并为进一步分析提供了坚实的数据支持。

降水是评估气候变化模式的关键变量，特别是在巴基斯坦这样的季风依赖型地区。降水的变化不仅影响植被覆盖、森林活力和生物多样性，还进一步影响野生动物动态、土壤质量和碳封存潜力。因此，研究降水的变化趋势对于理解气候变化对生态环境的影响至关重要。同时，降水的变化也与农业和水资源管理密切相关，这些因素对巴基斯坦的经济发展和社会稳定具有重要影响。因此，对降水变化趋势的深入分析不仅有助于改善气候和水文模型，还能够为相关政策制定提供科学依据。

研究结果表明，在1961–1990年和1991–2020年这两个时期，巴基斯坦不同降水区域的降水变化趋势存在显著差异。在1961–1990年期间，区域2、区域4和区域6的降水表现出明显的增加趋势，而区域3（奎达地区）也出现了正向变化。相比之下，区域1（白沙瓦地区）和区域5的降水则呈现出减少趋势。此外，研究还发现，不同降水区域的降水变化趋势与大气环流的变化密切相关。例如，在1961–1990年期间，核心季风区域的降水减少，而在1991–2020年期间，降水增加。这种变化趋势表明，季风降水的分布受到大气环流模式的影响，特别是在不同季节和不同地理位置上。

在1961–1990年期间，巴基斯坦的降水模式表现出一定的季节性和空间分布特征。夏季季风期间，区域3和区域4的降水增加，而冬季则表现出不同的变化趋势。到了1991–2020年，降水模式发生了进一步的变化，特别是在核心季风区域和沿海地区。这些变化趋势可能与全球气候变化的长期影响有关，也可能受到局部大气环流模式变化的影响。例如，在1991–2020年期间，夏季降水减少的主要原因可能是ENSO的负向影响，而冬季降水减少则可能受到NAO的负向影响。这些变化趋势不仅反映了气候系统的复杂性，也揭示了不同地区对气候变化的响应差异。

研究还发现，不同降水区域的降水变化趋势与大气指数的变化密切相关。例如，印度洋偶极子（IOD）的正向影响可能导致核心季风区域的降水增加，而厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的负向影响可能导致夏季降水减少。此外，北大西洋涛动（NAO）的正向或负向变化可能对不同地区的降水产生影响，特别是在冬季和夏季。这些大气指数的变化不仅影响降水的分布，还可能对农业生产和水资源管理产生深远影响。因此，研究这些大气指数对降水变化的影响，有助于更全面地理解气候变化对区域的影响，并为相关领域的研究和实践提供科学支持。

本研究的结果还表明，降水的变化趋势与气候变化的长期影响密切相关。例如，在1961–1990年期间，降水模式表现出一定的波动，而在1991–2020年期间，降水模式发生了更显著的变化。这些变化趋势可能受到多种因素的影响，包括大气环流模式的变化、海洋温度异常以及局部地形的影响。此外，研究还发现，不同地区的降水变化趋势存在差异，这可能与区域的地理位置、气候特征以及大气环流模式的差异有关。因此，对不同地区的降水变化趋势进行比较分析，有助于更深入地理解气候变化对区域的影响，并为相关领域的研究和实践提供科学依据。

通过分析1961–1990年和1991–2020年两个时期的降水变化趋势，研究揭示了气候变化对巴基斯坦降水模式的显著影响。这种影响不仅体现在降水总量的变化上，还体现在降水的空间分布和季节性变化上。例如，在1961–1990年期间，核心季风区域的降水减少，而在1991–2020年期间，降水增加。这种变化趋势可能与全球气候变化的长期影响有关，也可能受到局部大气环流模式变化的影响。此外，研究还发现，不同地区的降水变化趋势存在差异，这可能与区域的地理位置、气候特征以及大气环流模式的差异有关。因此，对不同地区的降水变化趋势进行比较分析，有助于更深入地理解气候变化对区域的影响，并为相关领域的研究和实践提供科学依据。

研究结果还表明，降水的变化趋势与气候变化的长期影响密切相关。例如，在1961–1990年期间，降水模式表现出一定的波动，而在1991–2020年期间，降水模式发生了更显著的变化。这些变化趋势可能受到多种因素的影响，包括大气环流模式的变化、海洋温度异常以及局部地形的影响。此外，研究还发现，不同地区的降水变化趋势存在差异，这可能与区域的地理位置、气候特征以及大气环流模式的差异有关。因此，对不同地区的降水变化趋势进行比较分析，有助于更深入地理解气候变化对区域的影响，并为相关领域的研究和实践提供科学依据。

通过分析1961–1990年和1991–2020年两个时期的降水变化趋势，研究揭示了气候变化对巴基斯坦降水模式的显著影响。这种影响不仅体现在降水总量的变化上，还体现在降水的空间分布和季节性变化上。例如，在1961–1990年期间，核心季风区域的降水减少，而在1991–2020年期间，降水增加。这种变化趋势可能与全球气候变化的长期影响有关，也可能受到局部大气环流模式变化的影响。此外，研究还发现，不同地区的降水变化趋势存在差异，这可能与区域的地理位置、气候特征以及大气环流模式的差异有关。因此，对不同地区的降水变化趋势进行比较分析，有助于更深入地理解气候变化对区域的影响，并为相关领域的研究和实践提供科学依据。

本研究的结果不仅有助于理解气候变化对巴基斯坦降水模式的影响，还为相关政策制定提供了科学支持。通过比较1961–1990年和1991–2020年两个时期的降水变化趋势，研究揭示了不同地区的降水变化模式及其与大气环流之间的关系。这些研究结果对于改进依赖季风的地区气候和水文模型具有重要意义。此外，研究还提供了关于气候变化背景下季风降水分布变化的详细信息，有助于更全面地了解气候变化对区域的影响。这些信息不仅对气候科学研究具有价值，也对农业、水资源管理和生态保护具有重要参考意义。因此，本研究的结果对于理解气候变化对巴基斯坦降水模式的影响具有重要意义，并为相关领域的研究和实践提供了科学依据。