多模式动力降尺度与偏差订正相结合的中国区域极端温度模拟及预估

作     者：高谦 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江志红;李肇新

授予年度：2017年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：动力降尺度 LMDZ4 极端温度 EDCDFm方法 CDFt方法 

摘      要：本文利用LMDZ4模式分别嵌套于第五次耦合模式比较计划CMIP5中的五个全球模式(BCC-CSMl-1-m,CNRM-CM5, FGOALS-g2, IPSL-CM5A-MR,MPI-ESM-MR)对中国区域1961-2099年气候进行动力降尺度模拟与预估,对比分析降尺度前后各模式对中国区域极端温度的模拟能力。利用等距CDF映射方法(Equidistant CDF Matching method ( EDCDFm ))和 CDFt 方法(CDF-TransformMethod (CDF-t方法))对降尺度结果进行偏差订正,在此基础上选用订正效果较好的EDCDFm方法对RCP4.5排放情景下21世纪前期(2017-2036年)、中期(2046-2065年)和末期(2080-2099年)中国区域温度未来变化情景进行等权集合预估,主要结论如下:(1)相较全球模式,LMDZ4模式较好地刻画了青藏高原、四川盆地等复杂地形的变化,能更好地表现出中国区域极端温度的空间分布。但降尺度改善效果表现出明显的区域性差异,对于最高温度、最低温度和霜冻日数,降尺度之后主要在东北、西北、高原以及西南地区改善明显,与观测的空间相关系数提高至0.95以上,均方根误差低于0.5℃ (0.5d),且降尺度之后模式对最低温度和最高温度空间相关系数的改善程度随地形升高而增大;对于热浪指数,降尺度后在东北、华南以及西南地区热浪分布大值区改善效果明显,但模式间的一致性不高。降尺度在一定程度上模拟出与观测一致的最高、最低温度的线性趋势空间分布,在东北、华北、高原和西南地区最低温度和霜冻日数趋势误差较全球模式小。降尺度模式集合(RMME)对极端温度气候平均场和线性趋势均有较好的模拟能力。(2) EDCDFm方法和CDFt方法都能较好的再现气候态日平均温度和极端温度的空间分布,中国区域的日平均温度的平均偏差由模式模拟的-1.15℃减小到-0.15℃ (EDCDFm方法)和-0.14℃ (CDFt方法);最低温度、最高温度和霜冻日数与观测的空间相关系数提高到0.99以上,均方根误差接近0。但CDFt方法在冬季月份冷偏差明显高于EDCDFm方法,后者订正后温度变化曲线较前者更加接近观测,表明参数化的EDCDFm方法订正效果较好。(3)利用EDCDFm方法结合动力降尺度进行中国区域极端温度的未来预估,结果表明RCP4.5排放情景下,相对于1986-2005年的气候平均态,前、中和末期中国区域平均温度分别升高0.76, 1.84和2.10℃。三个时期中国地区平均温度、最高温度和最低温度的空间分布存在较好的一致性,表现为北方地区增温幅度大于南方,秋季和冬季增温高于春季和夏季,最低温度的增温幅度大于最高温度,且21世纪末期相对前期和中期变化更大,在青藏高原和四川盆地模式间的不确定性较大。霜冻日数显著减小,其中青藏高原地区霜冻日数在三个时期的减少幅度分别超过15 d,30 d和40 d,。热浪指数的变化幅度最小,热浪增加出现在中国东部地区,其中在华南地区热浪存在2d以上的增加大值区。