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基于CMIP5年代际试验的AO预测评估

基于CMIP5年代际试验的AO预测评估

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作者：伍丽泉南京信息工程大学

学位级别：硕士

北极涛动(AO)对欧亚冬季气候以及极端天气事件有重要影响,也是反映气候变化的强信号。耦合模式是描述气候系统的客观工具。目前如何提高模式年代际试验对AO的预测能力仍是一个难题。本文基于观测资料、9个CMIP5模式逐年起报的年代际预... 详细信息

北极涛动(AO)对欧亚冬季气候以及极端天气事件有重要影响,也是反映气候变化的强信号。耦合模式是描述气候系统的客观工具。目前如何提高模式年代际试验对AO的预测能力仍是一个难题。本文基于观测资料、9个CMIP5模式逐年起报的年代际预测试验和BCCSM1.1模式历史试验的结果,探究了年代际试验对AO的预报能力,研究了预报的统计订正方法和误差来源。主要结论如下:(1)BCCSM1.1模式年代际试验模拟的AO模态与观测的空间相关系数高于历史试验。与历史试验相比,年代际预测试验回报月和冬季AO指数与观测的相关系数更高,特别是年代际试验与观测的月AO指数相关系数达到了0.1的显著性水平。年代际试验回报月AO指数的变化周期更接近观测结果。因此,年代际试验中初始状态使用海温资料进行初始化,在一定程度上可以提高AO的回报能力。(2)在提前1-9年和4年平均预测时效中,9个CMIP5模式年代际试验提前1年回报的冬季AO模态和变率最接近观测结果。其中,GFDL-CM2.1、EC-Earth和GEOS-5模式提前1年对冬季AO特性的刻画能力较高。(3)模式提前1年对AO正距平中心的回报技巧,与模式再现关键区的秋季海温(海冰)及其与冬季AO的联系的能力密切相关。模拟的平流层和对流层的耦合作用比观测结果弱,导致模式低估了AO的北极中心强度。另外,提前1年预测冬季AO模态活动中心的偏差,与AO相关的风暴轴异常偏差一致,也受冬季风暴轴气候态的预测能力影响。模式能合理再现观测的冬季AO模态,可以归因于模式能抓住天气尺度涡旋活动对AO的正反馈。为此,在未来的年代际预测试验中,可通过改进海温(海冰)、平流层环流和风暴轴活动的预测能力,进一步提高模式对AO的预测技巧。(4)模式年代际试验回报的AO与观测结果存在一定的偏差。采用去除北太平洋模态(NPM)和多元线性回归方法订正冬季AO模态各有优势,前者主要纠正AO北太平洋中心的偏差,后者能综合改进AO三个中心的预测。

关键词： CMIP5 气候模式年代际试验北极涛动预测

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AMV和PDV对东亚夏季降水年代际变化的影响和预测研究

AMV和PDV对东亚夏季降水年代际变化的影响和预测研究

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作者：汤秭晨南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来,对未来10～30年的年代际预测受到了越来越多的关注,东亚气候有明显的年代际变率,大西洋多年代际变率(AMV)和太平洋年代际变率(PDV)是影响东亚夏季降水年代际变率的两个重要因子。本文利用1901—2016年GPCC降水资料、NOAA20世纪... 详细信息

近年来,对未来10～30年的年代际预测受到了越来越多的关注,东亚气候有明显的年代际变率,大西洋多年代际变率(AMV)和太平洋年代际变率(PDV)是影响东亚夏季降水年代际变率的两个重要因子。本文利用1901—2016年GPCC降水资料、NOAA20世纪再分析资料以及COBE全球海温资料讨论了AMV和PDV对东亚夏季降水的单独和共同作用,评估了CMIP6年代际回报试验对东亚近地面气温和降水的回报技巧,并探究了年代际试验能否再现AMV、PDV影响下的东亚夏季降水的变化。主要结论如下:(1)AMV主要影响黄淮流域夏季降水年代际变率,PDV同时影响长江和黄淮流域的夏季降水年代际变率,其中PDV起主要作用。AMV通过AMV-北半球遥相关波列影响贝加尔湖至鄂霍次克海地区的环流系统,而PDV通过西北太平洋地区的海温异常影响日本东南至南海一带的环流异常。二者同位相配置时,贝加尔湖至鄂霍次克海地区以及日本东南至南海一带的环流异常相反,此时太平洋日本(PJ)遥相关波列使得这两个系统增强,进而使长江和黄淮流域的降水距平更显著。反位相配置时,贝加尔湖至鄂霍次克海地区以及日本东南至南海一带的环流异常相同,降水异常相对同位相配置时偏弱。(2)CMIP6多模式集合平均的年代际试验能较好地再现未去长期趋势的年平均及季节平均的近地面气温变化,季节平均的近地面气温回报能力远低于年平均。模式对于去趋势后的近地面气温的回报能力明显降低,其中秋季气温的回报能力主要来源于对长期变化趋势的把握。模式对降水的回报能力远低于对气温的回报能力,降水的年平均回报能力与季节平均回报能力差异较小,未去趋势与去趋势后的降水回报能力差距也不如气温明显,模式对于夏季降水的回报能力相对较低。对2019—2023年的气温和降水预测表明,未来全国平均的年平均气温增暖约1.13℃,年平均降水增加0.16mm/day。(3)年代际回报试验中AMV和PDV的位相转折时间与观测基本一致,AMV对应的北大西洋海表温度异常与观测一致,但不能回报出PDV对应的西北太平洋的海表温度距平。在AMV、PDV单独和组合位相合成年中,除共同冷位相外,模式回报的夏季降水在黄淮流域与观测一致,长江流域的降水变化与观测相反。对于环流场,模式能再现AMV-北半球遥相关波列。因此也验证了AMV主要影响黄淮流域的夏季降水,PDV对应的西北太平洋海表温度异常对长江和黄淮流域的夏季降水起决定性作用。

关键词： AMV PDV 东亚夏季降水 CMIP6 年代际试验

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