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CMIP6对亚太地区对流层上层温度及其与大气环流和降水关系的评估与预估

CMIP6对亚太地区对流层上层温度及其与大气环流和降水关系的评估...

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作者：范琦玮南京信息工程大学

学位级别：硕士

温度是气候变化的一个最重要的指标。然而,相较于地表气温,对流层上层温度(UTT)受到的关注较少。鉴于亚洲-太平洋地区UTT在气候系统中起着重要作用以及基于它反映出的热力差异与大气环流和降水联系紧密,所以此地区UTT的变化及其对大气... 详细信息

温度是气候变化的一个最重要的指标。然而,相较于地表气温,对流层上层温度(UTT)受到的关注较少。鉴于亚洲-太平洋地区UTT在气候系统中起着重要作用以及基于它反映出的热力差异与大气环流和降水联系紧密,所以此地区UTT的变化及其对大气环流和降水的影响值得我们关注。本文基于耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)全球气候模式的模拟,评估了30个CMIP6模式对亚洲-太平洋四季UTT模态模拟的能力,并预估了它们在共享社会经济路径(SSP)2-4.5和5-8.5情景下的未来变化。进一步评估它与冬季大气环流和中国南方地区(SC)降水的关系,最后预估这种关系的变化并探讨其可能的原因。主要研究结论如下:(1)CMIP6模式能很好地再现1965–2014年春夏秋冬UTT的气候态和年际变率,多模式集合平均(MME)优于单个模式。观测中四季亚洲UTT和北太平洋UTT呈现的“跷跷板”现象(称为亚洲-太平洋涛动,APO)也能够被很好地模拟。(2)MME预估UTT在21世纪下半叶两种情景下的空间变化相似,SSP5-8.5情景下的变化幅度大于SSP2-4.5情景下的变化。相较于1965–2014年历史时期,2050–2099年春季、夏季和秋季UTT在亚洲(北太平洋)大部分地区变冷(暖)。预估冬季UTT在东亚和北太平洋大部分地区变冷。此外,四季UTT的年际变率在亚洲-太平洋的中低纬度地区明显增强。预估APO在未来仍存在,但与历史时期相比其强度(年际变率)在每个季节都趋于减弱(增强)。(3)30个模式中有12个模式能很好地模拟出冬季APO和同期SC降水的负相关关系,并且这些模式能捕捉到与APO相关的大气环流特征,当冬季APO位于正位相时,在SC对流层上层受异常反气旋控制,东亚西风急流北移,低层有强烈的偏东北气流,不利于水汽向SC输送,伴随水汽通量辐散以及强烈的下沉运动,SC冬季降水偏少。(4)基于这12个模式集合的模拟,预估冬季APO与大气环流的关系在21世纪下半叶联系仍然紧密。历史时期,东亚西风急流经向位移及中国南海上空经向水汽输送是连接冬季APO和SC降水的桥梁。预估冬季APO和SC降水的负相关关系在SSP5-8.5情景下有所减弱但仍然显著。这种关系的减弱可能与SC冬季降水与东亚西风急流的经向位移联系减弱有关。

关键词： CMIP6 评估与预估对流层上层温度大气环流亚洲-太平洋涛动

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21世纪以来东亚盛夏气候年代际变化的整体结构特征及其数值模拟

21世纪以来东亚盛夏气候年代际变化的整体结构特征及其数值模拟

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作者：赵思遥中国气象科学研究院

学位级别：硕士

本文综合利用台站观测数据与再分析资料,基于年代际求差、EOF分析等统计方法,详细分析了在21世纪初全球变暖速率减缓的气候背景下,东亚盛夏(7月-8月)气候年代际变化的整体结构特征。结果表明,从20世纪50年代延续至90年代的东亚盛夏对流... 详细信息

本文综合利用台站观测数据与再分析资料,基于年代际求差、EOF分析等统计方法,详细分析了在21世纪初全球变暖速率减缓的气候背景下,东亚盛夏(7月-8月)气候年代际变化的整体结构特征。结果表明,从20世纪50年代延续至90年代的东亚盛夏对流层中上层温度下降趋势在21世纪初转变为显著的上升趋势。增幅最大的暖异常中心位于中国北部上空(30°N-45°N,85°E-120°E)约500 hPa-200 hPa范围内。伴随着对流层中上层增暖,东亚地区的大尺度环流表现出协同一致的年代际转型。在高层,对应于异常反气旋,副热带西风急流轴向北移动;在低层,异常气旋性环流东侧的南风导致东亚夏季风增强。对应于副热带西风急流轴和低层西南季风气流的变化,我国东部盛夏季风雨带向北移动。同时,西太平洋副热带高压在21世纪后北移西伸,致使淮河流域水汽输送增多。副热带西风急流轴北移造成的急流出口区上升气流北移,伴随着西南季风增强以及西太副高变化导致的水汽增加,使得雨带整体北移,淮河流域降水增多,而相应的长江中下游以南地区降水减少。我国盛夏气候年代际变化的整体三维环流结构特征为评估检验气候模式对东亚夏季风变率的模拟提供了客观标准。以观测事实为基础,本文细致地评估了NCAR CAM5大气环流模式对东亚盛夏气候三维结构整体变化特征的模拟能力。结果表明,在观测海温强迫下,不同分辨率的模式均可真实再现东亚盛夏对流层中上层温度与大尺度环流、地面降水协同变化特征。虽然在模拟对流层中上层增暖中心和与其对应的环流中心的强度和位置上有偏差,但模式对于三维结构的整体协同变化有良好的模拟能力。对应于我国东部关键区域内降水减少的变化,在高层,模式较好地模拟出了东亚地区对流层中上层显著增暖和与之伴随的200 hPa异常反气旋式环流,副热带西风急流轴北移。而在低层,模式模拟出我国东部地区的异常反气旋,在反气旋西侧异常南风增强,并将更多的水汽输送至关键区以北的地区,使得关键区降水减少,其北侧区域降水增多。观测海温强迫的模拟结果进一步证实了东亚夏季风系统的整体一致性变化是对全球气候变化的区域响应。为进一步考察海温变化对东亚夏季风系统三维环流结构变化的影响,本文进一步利用NCAR CAM5开展敏感性试验,关注东亚盛夏气候变化大尺度环流三维结构对于北太平洋异常海温主导模态变化的响应。进行了太平洋年代际涛动(PDO)正负位相的海温异常模态强迫试验,并考察了热带及中纬度关键区海温异常对东亚盛夏大尺度环流三维结构影响的差异,结果表明,PDO负位相海温能够强迫出东亚地区对流层中上层的增暖,并且能够再现与之一致的东亚盛夏大尺度环流三维结构变化,包括对流层上层的位势高度升高以及西风急流轴的北移,低层异常南风的增加以及水汽输送的分布都与观测中基本对应。PDO正位相海温强迫试验结果与负位相相反,在对流层中上层强迫出冷中心和与之对应的三维结构整体变化,尽管在冷中心和对应环流中心的位置与强度上与PDO负位相试验结果稍有差异,但整体的对应关系与PDO负位相一致。热带海洋与中纬度海洋PDO正负位相试验中均能强迫出对应的东亚大尺度环流三维结构整体一致性变化,但在强度上都弱于全海洋试验,并且在异常中心的位置模拟上也有所不同。

关键词：东亚夏季风对流层上层温度年代际变化数值模拟太平洋海温异常

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