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我国西北地区干湿变化特征及其未来预估

气候与环境研究 2024年第1期29卷 59-74页

作者：李学武张京朋赵天保李福原赵廷宁国家林业和草原局林草调查规划院北京100714 北京林业大学水土保持学院北京100083 河海大学海洋学院南京210098 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候—环境重点实验室北京100029

基于降水量、土壤湿度、径流量和干旱指数等多种气象要素,系统分析研究了近60年我国西北地区的干湿特征演变规律,并利用最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)多模式模拟结果对该区域未来干湿变化特征进行了预估。结果显示:近60年来... 详细信息

基于降水量、土壤湿度、径流量和干旱指数等多种气象要素,系统分析研究了近60年我国西北地区的干湿特征演变规律,并利用最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)多模式模拟结果对该区域未来干湿变化特征进行了预估。结果显示:近60年来我国西北地区的降水量、土壤湿度和径流量均呈现出由东南向西北递减的空间分布格局;冷季的降水量和径流量明显低于暖季,但土壤湿度和干旱指数在冷暖季节差异不显著。西北地区年降水量、土壤湿度和干旱指数均呈现显著增加的趋势,增幅分别为5.07 mm/10 a、3.89 mm/10 a和0.26/10 a,特别是2000年后增加的趋势更显著,且变湿幅度最大主要出现在西北西部;而径流量在2000年之前呈现明显下降的趋势,而2000年后显著增加。在未来气候变化情境下,21世纪中期(2031~2060年)和后期(2071~2100年)西北地区呈现出湿润化的趋势,并且21世纪后期的湿润化程度更显著,高等排放情景(SSP5-8.5)比中等排放情景(SSP2-4.5)下湿润化更明显。本研究可为我国西北地区气候变化的影响评估提供参考依据。

关键词：西北地区干湿特征 CMIP6 模式未来预估

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华南冬季极端低温事件的统计建模及未来预估

气象科学 2024年第1期44卷 46-58页

作者：姜胜李伟朱连华孙威江志红南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学无锡学院江苏无锡214105 福建省气象科学研究所福建省灾害天气重点实验室福州350001 南京信息工程大学数学与统计学院南京210044

基于1961—2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低... 详细信息

基于1961—2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低温事件的概率分布模型(Cold Spell Model,CSM),刻画其强度、频数和持续时间特征分布;进一步结合基于累计概率分布变换的偏差订正方法降低模式模拟的偏差,探讨了RCP4.5情景下全球升温1.5℃和2℃时极端低温事件的风险变化。研究表明:(1)CSM模型能够较好地拟合极端低温特征概率分布,大部分台站通过了K-S或卡方检验;(2)相对于观测,模式模拟极端低温存在一定偏差,经偏差订正后,各站点BS评分接近于0,SS评分普遍提高到0.88左右;(3)全球增暖背景下,华南地区极端低温呈现强度减弱、频数减少、持续时间缩短的特征。全球增暖1.5、2.0℃背景下,华南大多数地区极端低温事件平均强度减弱,频次降低,持续时间变化具有明显的空间差异;每年发生1次极端低温事件的概率增加,但每年发生3、5次的概率减少;增暖1.5℃下极端低温事件持续性特征变化不明显。但增暖2℃下,华南大部分地区持续1 d的极端低温事件更易发生,但更长持续时间(3、5 d)的极端低温事件发生的可能性显著减少。

关键词：极端低温事件极值模型偏差订正未来预估

CMIP6全球气候模式对长江流域气候变化的模拟评估与未来预估

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长江流域资源与环境 2023年第1期32卷 137-150页

作者：吴健夏军曾思栋刘欣樊迪重庆交通大学重庆400074 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714 中国科学院大学重庆学院重庆400714 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

以全球变暖为主要特征的全球气候变化对自然环境和社会经济发展产生了巨大影响。长江流域作为中国最大的流域,对气候变化的影响非常敏感,对未来气候变化的预测可以为应对未来的不确定性提供重要的科学依据。为了更准确地预测长江流域未... 详细信息

以全球变暖为主要特征的全球气候变化对自然环境和社会经济发展产生了巨大影响。长江流域作为中国最大的流域,对气候变化的影响非常敏感,对未来气候变化的预测可以为应对未来的不确定性提供重要的科学依据。为了更准确地预测长江流域未来的温度和降水,针对第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)对长江流域26个气候模式进行评估,选择并校正性能更好的模式,讨论了长江流域未来的气温和降水。主要结论如下:(1)气候模式在温度上的模拟效果优于降水,在时间尺度上表现为月尺度>日尺度>年尺度。温度模拟存在一定程度的低估,降水模拟存在一定程度的高估。(2)区域尺度利用气候模式进行研究工作前的评估和校正是必要的,经过评估优化和季节校正后,数据的精度得到了显著提高,分位数映射法可以应用于气候模型数据的校正,但对于极端降水和温度的校正仍存在一些不足。(3)在SSP1-2.6情景中,未来温度和降水变化将在一段时间内持续不稳定增加,然后随着时间趋于稳定。在其他3种情景下,变化的速度随着时间的推移而加快。未来长江流域的降水和气温在所有情景下都将高于历史时期,表现为SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP2-4.5>SSP1-2.6。从季节上看,春季和冬季温度变化较大,降水在春季、夏季和冬季变化较大。在空间上,降水量增加较大的区域主要位于长江上游和东北部,而气温增加较大的区域主要位于长江上游和上游。

关键词：气候模式长江流域气候变化排放情景未来预估

基于CMIP6的西南暴雨洪涝灾害风险未来预估

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应用气象学报 2022年第2期33卷 231-243页

作者：黄晓远李谢辉成都信息工程大学大气科学学院成都610225 兰州大学大气科学学院兰州730000

为预估全球变暖背景下中国西南地区未来暴雨洪涝灾害风险的变化特征,研究挑选5个CMIP6模式和5个极端降水指数,结合地形因子、社会经济数据和耕地面积百分比,构建暴雨洪涝灾害风险评估模型,对西南暴雨洪涝灾害风险进行基准期(1995—2014... 详细信息

为预估全球变暖背景下中国西南地区未来暴雨洪涝灾害风险的变化特征,研究挑选5个CMIP6模式和5个极端降水指数,结合地形因子、社会经济数据和耕地面积百分比,构建暴雨洪涝灾害风险评估模型,对西南暴雨洪涝灾害风险进行基准期(1995—2014年)评估、未来两个时期(2021—2040年,2041—2060年)3种情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP5-8.5)下的预估和对比分析。结果表明:EC-Earth3,EC-Earth3-Veg两个单模式对5个极端降水指数的模拟效果较好,不等权重集合(UEWA-5)的效果整体优于等权重集合(EWA-5)。西南地区5个极端降水指数的高值区位于云南西部、广西东北部以及四川盆地西缘,社会脆弱性和辐射强迫越高,极端降水指数平均值和最大值越大;从基准期到未来两个时期,5个极端降水指数均呈增大趋势。未来暴雨洪涝灾害的中高风险区和高风险区主要分布在四川成都市、重庆中心和四川盆地西部、云南昆明市、广西中南部和桂林市等局部较发达地区;未来两个时期SSP2-4.5情景下的中高风险区和高风险区面积最大;从基准期到未来远期,中高风险区和高风险区面积将随着时间增长而增加。

关键词：暴雨洪涝灾害风险极端降水指数 CMIP6模式未来预估西南地区

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中国区域蒸发量的观测、模拟及未来预估

中国区域蒸发量的观测、模拟及未来预估

作者：秦鹏飞聊城大学

学位级别：硕士

蒸发是连接大气圈和水圈的重要纽带,也是水文循环中主要的环节之一,维持着地表的热量平衡和水量平衡。蒸发量在对地表蒸发的估算、农作物的需水量和保持水分平衡等方面具有重要的应用价值。因此,蒸发量的研究对揭示水文循环变化规律和... 详细信息

蒸发是连接大气圈和水圈的重要纽带,也是水文循环中主要的环节之一,维持着地表的热量平衡和水量平衡。蒸发量在对地表蒸发的估算、农作物的需水量和保持水分平衡等方面具有重要的应用价值。因此,蒸发量的研究对揭示水文循环变化规律和深入了解气候变化具有十分重要的意义。本文基于国家气象信息中心收集整理的1960～2021年中国573个气象台站逐月蒸发皿蒸发量（Pan Evaporation,PE）观测数据,利用序列均一性多元分析（Multiple Analysis of Series for Homogenization,MASH）和Climatol两种均一化方法对其进行了非均一性检验和订正,从非均一性台站数、检测到的断点数、订正幅度等角度,定量评估了两种均一化方法结果的不确定性。利用均一化后等权重平均的逐月PE序列数据集揭示近60年我国年、季节PE时空演变特征,并在其基础上,结合蒸发皿系数计算出潜在蒸散发量,对CMIP6潜在蒸散发的模拟效果进行定性评估。最后对中国区域潜在蒸散发进行未来预测和不确定性分析。我们得出以下结论:（1）MASH和Climatol两种方法都能很好地检测和捕获到蒸发皿序列中由于迁址、人工转自动化观测等导致的断点,并对序列进行均一化处理,但两者在断点数量、漂移值和订正幅度等方面存在差异。（2）订正后,1960～2021年春季、夏季、年PE全国大部分台站呈下降趋势,分别占比81.7%,80.8%和80.3%,而冬季和秋季57.1%和60.4%台站呈上升趋势。冬季在东北、青藏高原东部、华南、西南（云南除外）呈上升趋势;春季除华东沿海、陕西南部、川渝北部及湖北西部等地区外,其他大部分均呈下降趋势;夏季大部分地区呈下降趋势特别华北以南的东部地区;秋季除东北西北部、新疆西北部、及内蒙古中部延伸至青藏高原东部一带呈下降趋势外,其他地区呈上升趋势;年PE在新疆西北部、内蒙古中部、山东、河北南部及河南、云南中部等地区呈下降趋势。（3）订正后,全国平均冬季和秋季PE分别呈0.27mm/10a和1.10mm/10a的微弱上升趋势,春季、夏季、年PE则分别呈-8.38mm/10a、-9.83mm/10a、-16.83mm/10a的显著下降趋势。季节、年PE变化趋势范围均趋小,显示大尺度变化趋势的空间一致性趋好。春季、秋季、冬季及全年PE分别在1977年、2018年和2020年、2020年及1972年存在突变,而夏季不存在突变。（4）从空间上来看,相对于基于蒸发皿计算得到的潜在蒸散发量(potential evapotranspiration of pan,ET0),年和各季节CMIP6模式潜在蒸发量(potential evapotranspiration of CMIP6,ET0)的变化趋势普遍更大。从时间上来看,两者在春季、夏季和年序列上的差异要小于冬季和秋季。在共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathway,SSP）SSP245和SSP585情景下,各季节以及全年的ET0随时间的推移呈现持续增加态势,SSP585在近期和远期增幅大于SSP245,均在21世纪末期达到峰值,增幅在夏季最大,秋季、春季次之,冬季最小。SSP245情景下预估结果的不确定性要小于SSP585情景。SSP245情景下,CNRM-CM6-1和CNRM-ESM2-1预估不确定性最小,CNRM-CM6-1HR和IPSL-CM6A-LR预估不确定性最大;SSP585情景下,CNRM-CM6-1和IPSL-CM6A-LR预估不确定性最小,CNRM-ESM2-1和EC-Earth3-Veg-LR预估不确定性最大。两种情景下,各季节潜在蒸散发的不确定性从大到小依次为:夏季、春季、秋季和冬季。

关键词：中国蒸发皿蒸发量集合均一化时空变化突变性 CMIP6 潜在蒸散发未来预估

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中国区域干湿状态非线性趋势演变及未来预估

中国区域干湿状态非线性趋势演变及未来预估

作者：武雯兰州大学

学位级别：硕士

干湿状态趋势演变,不仅影响全球和局地水文循环与生态环境变化,也是指示当地农业生产和社会经济发展的重要依据。作为响应全球气候变化的脆弱区和敏感区,在过去几十年间,中国平均升温速率远高于全球平均水平。长期升温导致的降水空间格... 详细信息

干湿状态趋势演变,不仅影响全球和局地水文循环与生态环境变化,也是指示当地农业生产和社会经济发展的重要依据。作为响应全球气候变化的脆弱区和敏感区,在过去几十年间,中国平均升温速率远高于全球平均水平。长期升温导致的降水空间格局改变及地表潜在蒸散发增加,直接影响干湿状态的时空变化趋势。同时,我国地形地貌广袤多样,不同地区的干湿状态变化特征存在显著差异。因此,聚焦中国区域干湿状态的变化特征分析并开展其对全球变暖的响应机制研究,对国家制定相关的战略政策具有重要的指示意义和参考价值。研究表明,20世纪60年代以来,中国西部地区主要呈湿润趋势,而中国东部地区则呈干旱趋势。进一步的机制分析表明,西风环流和季风环流在年代际尺度上的协同作用,是影响我国干湿状态趋势演变的主要原因。然而,前人的研究多是基于线性先验方法,导致结果受时间序列起点影响偏大,且难以揭示干湿状态演变速率。此外,对干湿状态的演变问题,不仅要关注它的当前变化与影响机制,还要深入分析该变化趋势能否在未来气候变化背景下继续保持,为国家长治久安的发展决策提供可靠的科学依据。基于此,本文首先结合集合经验模态分解方法,提取中国区域干旱指数的长期非线性趋势分量,分析该趋势分量的时间和空间演变特征,揭示其非线性演变速率。其次,利用各大气环流指数,揭示中国东部和西部干湿状态长期非线性趋势变化的大气环流协同影响机制。最后,根据模式评估结果,挑选模拟技巧偏高的模式,应用模式误差订正方法,预估未来不同辐射强迫情景下中国区域干湿状态的响应差异。主要结论如下:(1)揭示了中国东部和西部干湿趋势呈反向不对称变化的新特征。对1901—2020年干旱指数长期非线性趋势分量的研究表明:中国区域干旱指数长期趋势主要呈四种非线性变化特征,即单调上升,单调下降,先上升后下降和先下降后上升。中国东部大部分地区经历了湿润程度先增加后降低的变化,部分地区在近十几年呈现干旱状态;而中国西部地区则相反,大部分地区经历了干旱程度先增加后降低的变化,部分地区在近十几年呈现湿润状态。说明中国东部和西部正在经历反向且不对称的干湿状态变化过程。(2)阐明了西风急流、南亚高压和西太平洋副热带高压等环流系统对干湿状态趋势变化的协同影响机制。对影响我国干湿状态长期趋势变化的关键因子分析表明,降水是影响干湿状态变化的显著原因。进一步的物理机制研究发现,降水长期趋势变化主要受西风环流长期趋势变化的影响,其次受南亚季风环流长期趋势变化的影响。相较我国干湿状态发生转折前(1901—1940年),东亚高空急流在干湿发生稳定转折后(1971—2010年)显著增强,南亚高压略有减弱,使得我国西部地区大气上升运动增强,区域内水汽通量增加,使得降水增加,进一步导致区域内呈湿润趋势。而东部地区受南亚高压变化的显著影响,高、低空大气均呈辐散状态,区域内垂直运动减弱,水汽通量减少,从而影响了降水变化,进一步导致区域内呈干旱趋势。(3)评估了不同辐射强迫情景下,中国干湿趋势响应差异的主要影响因子。通过评估气候模式对我国干湿状态长期非线性趋势的模拟技巧,发现历史时期模式模拟与观测资料的时间一致性优于空间一致性,而基于观测约束的模式误差订正后结果显著优于订正前结果。气候模式预估结果表明,截至本世纪末,低排放情景下,我国东部大部分地区呈干旱趋势,西部大部分地区呈湿润趋势,该趋势主要受降水长期变化的影响;而高排放情景下,呈干旱趋势的地区主要分布在华南和东北,呈湿润趋势的地区主要分布在西南和青海省及其周边地区,该趋势主要受地表潜在蒸散发长期变化的影响。

关键词：干湿状态集合经验模态分解非线性趋势未来预估

CMIP6全球气候模式对中国地区干旱模拟能力评估与未来预估

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CMIP6全球气候模式对中国地区干旱模拟能力评估与未来预估

作者：赖雨曈中国气象科学研究院

学位级别：硕士

基于CN05.1观测格点数据和26个第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)全球气候模式的模拟结果,本文全面评估了CMIP6模式对中国地区自校准帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer Drought Severity Index,sc PDSI)、气温和降水的模拟能力,... 详细信息

基于CN05.1观测格点数据和26个第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)全球气候模式的模拟结果,本文全面评估了CMIP6模式对中国地区自校准帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer Drought Severity Index,sc PDSI)、气温和降水的模拟能力,对SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种温室气体排放路径下21世纪中国地区sc PDSI、气温、降水、径流和土壤湿度的变化特征进行了预估,并定量分析了CMIP6模式对中国地区干旱相关要素未来预估的不确定性,初步对21世纪中国地区干旱变化的原因也进行了分析。结果表明:CMIP6模式对中国地区气温的模拟能力最佳,降水次之,而对sc PDSI的模拟能力弱于前二者,但其多模式集合平均可有效提高模拟性能;21世纪中国地区干旱指数(sc PDSI)的时间趋势在低排放路径下略微增大(0.03/10 a),在中、高排放路径下则呈减小趋势,趋势值分别为-0.07/10 a和-0.11/10 a,干旱程度加深;空间分布上,21世纪末中国地区年平均sc PDSI普遍随排放路径升高而减小,夏季的sc PDSI在西北地区减小幅度更大,干旱加深程度更明显。年平均与4个季节平均的气温均呈升高趋势,至21世纪末年平均气温在三种温室气体排放路径下分别升高了2℃、3℃和6℃;在空间分布上,整个中国地区均呈升温状态,西北北部、青藏高原和东北地区的升温幅度略高于其他地区。21世纪中国地区年平均降水同样呈增加状态,SSP5-8.5路径下的增加趋势明显高于SSP1-2.6和SSP2-4.5路径,其趋势值分别为1.55%/10 a、1.17%/10 a、2.73%/10 a,4个季节的时间趋势与年平均类似;空间分布上全国大部分地区年平均降水均呈增加状态,西北地区、青藏高原和内蒙古地区降水增幅略大于其他地区。年平均地表径流在SSP1-2.6和SSP5-8.5路径下呈增加趋势,趋势值分别为0.03%/10 a、5.03%/10 a,而在SSP2-4.5路径下呈减小趋势(-0.53%/10 a),高排放路径下的变化趋势远大于低、中排放路径;在空间分布上,全国大部分地区的地表径流均呈增加趋势。21世纪年平均径流总量则均随时间增多,高排放路径下的增幅远高于低、中排放路径;空间分布上中国大部分地区的年平均径流总量均随时间而增多。地表土壤湿度和整层土壤湿度均随时间减少,减少幅度随着排放路径升高而增大,其空间变化特征大致呈“北高南低”分布,在青藏高原地区减少最为明显,且地表土壤湿度的变化幅度更大。21世纪各变量变化的概率密度曲线均随排放路径升高而变宽,其未来变化极端性将增强,变化更为剧烈。本文也分析了21世纪中国地区干旱变化可能的原因:当夏季印度洋海温升高,印度季风减弱,进入中国的水汽输送减小,有利于华中、华南等地区干旱的发生;而北大西洋涛动增强时,里海、咸海上空水汽输送异常向北,进入中国北部的水汽减少,也是导致该地区干旱形成的原因之一。

关键词： CMIP6 中国地区干旱未来预估成因分析

基于CMIP6的中国复合极端事件时空变化及未来预估

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基于CMIP6的中国复合极端事件时空变化及未来预估

作者：牟莎华中师范大学

学位级别：硕士

复合极端事件是极端天气气候的重要指标,研究其时空变化趋势,预估极端天气的未来变化,对在全球变暖的背景下认识复合极端事件的变化过程与风险具有重要意义,也受到越来越多的关注。利用耦合模式比较计划第6阶段(the Coupled Model Inter... 详细信息

复合极端事件是极端天气气候的重要指标,研究其时空变化趋势,预估极端天气的未来变化,对在全球变暖的背景下认识复合极端事件的变化过程与风险具有重要意义,也受到越来越多的关注。利用耦合模式比较计划第6阶段(the Coupled Model Intercomparison Program in Phase 6,CMIP6)模式模拟和预估单一极端气候事件的时空变化的研究已证明多数模式是可靠的,但是很少有研究评估模式数据对中国复合极端事件的再现能力。此外,对于复合极端事件未来不同情景下的变化预估也未得到充分的研究。因此,本文首先利用观测数据和CMIP6中的16个全球气候模式资料,对我国历史时期1979-2014年单一极端事件和6类复合极端事件的空间分布和年际变化进行模拟和评估,在此基础上,根据模式评估的综合表现确定优选模式,预估共享社会经济路径SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5下未来(2015-2100年)气候变化。主要结论如下:(1)CMIP6模式在区域整体上都高估了降水的发生并低估了日最高温,日最低气温模式以冷偏差为主。模式对中国不同极端降水/气温指标评估表现存在较大差异,极端降水在空间分布上大部分模式存在正偏差,少部分模式为负偏差;各个模式的极端温度指标都表现出相关性比较高的情况,模拟效果较好,对极端气温指标的模拟表现好于对极端降水指标的模拟。(2)在历史时期,模式的性能在不同的区域表现情况不一。模式模拟复合事件空间分布比较一致的有强降水-高温、持续连阴雨-高温和持续连阴雨-低温,表现较差的有强降水-低温、热干和冷干事件。与持续降水有关的复合事件主要在南方地区,强降水-高温事件的高值区在高海拔地区和纬度较高地区;冷干事件则在全国大部分地区都至少发生过一次以上。总体而言,多数模式在捕捉复合事件年平均频次和空间面积年际变化上存在一定偏差,高估了事件的发生频率和范围,其中EC-Earth3模式总体性能最好。(3)在未来SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,我国南北多地均存在显著的极端降水增多,极端温度升高的情况。模式预估的复合事件在不同情景空间上的变化趋势都比较一致,复合强降水高温发生频率从东南向西北递减,变化最为明显的是长江以南地区;强降水-低温事件发生的频率增长较为缓慢,在西南地区和青藏高原边缘出现较为明显的发生频率下降,东北和东南地区频率增加的趋势;持续连阴雨-高温发生变化最大的区域集中在中部地区;持续连阴雨-低温在西南地区、四川北部等地显著减少,而发生频率增加的地区集中在华南地区、长江中下游地区以及青藏高原西部地区。热干事件在全国大范围出现明显的上升趋势,以西北地区和中部地区较为明显,频率下降的区域集中在青藏高原地区和东北地区。冷干事件在四川盆地东部、东北地区和东部沿海地区增加的频率较大,云南、华南、新疆南部、西藏西部有明显的下降。复合极端事件区域年平均发生频次的变化趋势与其影响的空间范围具有一定的一致性,与极端高温相关的复合极端事件在未来大部分地区都出现频率和空间范围扩大趋势,而与极端低温相关的复合极端事件在未来不同情景下多数地区出现下降趋势,随着情景路径的增加,趋势变化越显著。

关键词：复合极端事件模式评估未来预估 CMIP6 极端气候

基于模式性能和独立性加权的中国区域极端气候未来预估及其可靠性评估

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基于模式性能和独立性加权的中国区域极端气候未来预估及其可靠性...

作者：周攀宇南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文基于第六次国际耦合模式比较计划(The Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)中的全球气候模式的模拟结果,评估了考虑模式性能和独立性多模式集合方案(Climate Model Weighting by Independence and Performance,Clim WIP)对中国区域气候指数的模拟性能;并利用“完美模式”框架综合讨论了集合方案未来预估的可靠性,探索了不同约束指标对区域气候预估的影响;最后基于优选约束指标进行了中国地区未来气候的集成预估。主要结论如下:(1)ClimWIP方案在历史时期显著减少了温度指数在青藏高原的冷偏差,以及降水指数在青藏高原外围的湿偏差。温度指数与观测场的空间相关系数在0.98以上,相对标准差接近1。总降水和强降水与观测场的空间相关系数超过0.92,相对标准差在0.8-1.0之间。(2)基于ClimWIP方案,进行了SSP5-8.5情景下全球增暖1.5/2℃时,中国区域未来气候变化的集成预估。结果表明,Clim WIP方案的预估不确定性较等权重(MME)方案有所降低,在中国南方和青藏高原温度不确定性减小较多,降水则在东北和新疆西北部的不确定性明显减小,最多可以减小80%以上。相较当前时段(1995-2014年),Clim WIP方案预估的温度指数的增温大值区主要集中在中国北方和青藏高原,降水指数在西北和青藏高原增加最显著。额外0.5℃增暖,中国区域平均的温度指数增温都将达到0.7℃以上,其中东北和西北增温更强;总降水和强降水也将进一步增加。全球增暖2℃下,中国大部分地区温度指数较当前时段增温都可能超过1.5℃(概率>50%);总降水和强降水在西北和华北增加幅度分别可能超过10%和25%(概率>50%)。(3)利用具有不同气候敏感度的初始条件大样本模式作为“伪观测”,构建了“完美模式”评估框架,评估了基于不同约束指标建立的Clim WIP方案对中国区域极端气候指数未来预估的可靠性。结果表明,在集合方案中考虑更多的约束指标有助于提高集合方案未来预估结果的的可靠性。对于最高温度,基于综合考虑历史气候态和区域长期趋势的复合指标建立的Clim WIP方案的预估结果更可靠。相较MME方案,该方案对“伪观测”模拟的中位数偏差减小了0.15℃以上,5-95%不确定性范围最多减小了1.25℃。从空间上看,在长江以南效果较好,不确定性范围减小了1.0℃以上。对于中国东部和西部区域平均五日最大降水量(RX5day),基于综合RX5day历史气候态与平均温度区域长期趋势的复合指标建立的Clim WIP方案的未来预估结果更可靠。在中国东部,相较MME方案,该方案对“伪观测”模拟的中位数偏差最多可以减小3.79%,不确定性范围减小了7.99%以上。基于复合指标建立的Clim WIP方案预估的中国区域平均最高温度在本世纪中期和末期较当前时段(1995-2014年)分别增加2.18和5.07℃,与MME方案相比,不确定性分别减小了58%和36%;中国东部和西部区域平均的RX5day在本世纪末期较当前时段分别增加20.5%和33%,与MME方案相比,不确定性分别减小23%和18%。

关键词：极端气候模式性能和独立性 “完美模式”评估未来预估