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大气科学 2015年第2期39卷 338-356页

作者：林壬萍周天军中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院气候变化研究中心北京100029

在全球变暖的背景下,降水特征的改变体现为降水总量和降水结构的变化。由于缺乏较为长期、覆盖范围广的较高分辨率逐日降水资料,过去对东亚降水的研究多关注其降水量的长期趋势和时空变率,较少涉及降水结构的变化。本文利用当前最新且... 详细信息

在全球变暖的背景下,降水特征的改变体现为降水总量和降水结构的变化。由于缺乏较为长期、覆盖范围广的较高分辨率逐日降水资料,过去对东亚降水的研究多关注其降水量的长期趋势和时空变率,较少涉及降水结构的变化。本文利用当前最新且分辨率最高、覆盖范围最广的逐日亚洲陆地降水数据集(简称APHRODITE)以及四个中国参加第五次国际耦合模式比较计划(简称CMIP5)的模式(BCC-CSM1-1,BNU-ESM,FGOALS-g2和FGOALS-s2),研究了东亚地区降水结构的观测特征及四个模式的模拟能力。基于此,通过分析四个模式的未来预估试验,探讨东亚地区降水结构在全球变暖背景下的变化。结果表明:整个东亚地区的累积降水量呈现出随着降水强度的增加先增加后减小的分布形态;降水频率则是随着强度的增加显著减小。小雨(中雨)呈现出南少北多(南多北少)的形态;强降水则较多分布在华南沿海以及日本南部地区。长期趋势上,整个东亚地区大体上呈现小雨和30 mm/d以上的大雨增加,而中等强度降水减少的变化趋势。四个模式对东亚降水结构的气候态模拟能力较好。BCC-CSM1-1和FGOALS-g2能够合理再现观测中各个强度降水的变化趋势,而其他模式模拟不出中雨的减小趋势。四个模式的未来预估表明,在全球变暖的背景下,东亚地区30 mm/d以上的强降水会增加。且降水强度越大,增加越明显。以30°N为界,小雨(中雨)在变暖背景下呈现南部增加北部减少(南部减少北部增加)的变化趋势。

关键词：东亚降水降水结构降水量降水频率 CMIP5模式历史气候模拟试验未来预估试验

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多区域气候模式对我国极端降水的模拟检验及未来预估

多区域气候模式对我国极端降水的模拟检验及未来预估

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作者：肖宇昕南京大学

学位级别：硕士

气候变化会对地球系统原本的热力和动力循环产生影响,带来全球范围内降水结构的变化。东亚地区由于受到地形和季风等局地气候条件的影响,呈现出极端降水频繁发生并伴随复杂时空变化的特征。由于极端降水事件会对社会经济、人民安全和生... 详细信息

气候变化会对地球系统原本的热力和动力循环产生影响,带来全球范围内降水结构的变化。东亚地区由于受到地形和季风等局地气候条件的影响,呈现出极端降水频繁发生并伴随复杂时空变化的特征。由于极端降水事件会对社会经济、人民安全和生态环境等多方面造成危害,因此对极端降水分布和变化特征的研究已经越来越受到重视。极端事件往往与地形因素以及中小尺度的天气系统有很大的关系,为了获得更高分辨率降水信息,研究中采用动力降尺度的方法借助多个区域气候模式对东亚地区我国极端降水的时空演变特征进行模拟和未来预估,为政策制定和防灾减灾提供参考。首先,基于CORDEX-EA-II计划中ERA再分析资料驱动的三个区域气候模式-WRF模式,CCLM模式和Reg CM模式对于1989-2009年降水的模拟结果进行了分析。重点检验了RCM对极端降水时空特征的模拟能力,同时评估了模式对降水日变化的再现能力。结果表明,三个模式能够较为准确地模拟出1989-2009年降水的空间分布特征,WRF和CCLM模式对降水强度有略微的高估,Reg CM模式对于小雨频率的高估造成了其对于降水频率的高估。对于极端降水的模拟情况显示WRF和CCLM模式会低估我国华北、南方大部分地区和印度半岛的R1mm、R10mm、R20mm和CWD极端降水指数,并对我国西南、东北和蒙古地区的R10mm和R20mm有所高估。Reg CM模式会高估东亚陆地区域的R1mm和CWD,并对CDD有所低估。在对于降水日变化特征的模拟中Reg CM模式倾向于高估研究范围内大部分地区的降水日变化振幅,WRF模拟得到的降水日变化与观测结果最接近,但在部分地区峰值略超前于观测;CCLM模式对降水日变化的模拟效果有待提升。随后开展了基于CMIP5多个GCM驱动的RCM当代和未来区域气候模拟试验。检验了由四组GCM作为初始和边界条件驱动的WRF和Reg CM模式的两个模式集合平均结果对于1981-2005年历史时期降水的模拟性能,得到了以下的主要结论:两个模式均能够模拟出较好的研究区域气候态平均降水,其中WRF模式略微高估降水强度,Reg CM模式对降水频率有略微高估,并且两个模式在大部分研究区域呈现出高估小雨并低估中雨的特征。在对极端降水的模拟上,WRF模式会低估东亚大部分地区的R1mm和CWD,并对除了西南盆地和新疆地区以外的大部分中国陆地区域Rx1day和Rx5day指数有所高估。Reg CM模式则对于我国从华北到东南区域的R99p、Rx1day和Rx5day有所低估,并对除了青藏高原以外的中国大部分陆地区域CWD产生高估,对于CDD,两个模式一致高估了我国华南和东南部地区并低估了青藏高原和东北区域。总的来看,WRF和Reg CM模式的集合平均结果均能够较好地模拟出降水频率强度及极端降水特征,因此,可以借助他们对未来的极端降水情况开展进一步研究和分析。最后,在验证了四组GCM驱动的WRF和Reg CM模式能够对历史时期极端降水进行较为准确模拟的基础上,预估了模式模拟的RCP8.5情景下2031-2055年东亚我国的未来极端降水变化。两个模式一致表明未来研究范围内大部分地区的降水强度以及中雨、大雨频率会比历史时期有所增加。Reg CM模式还认为在大部分研究区域,气候态降水量也将有所增加。对于未来极端降水的变化,WRF和Reg CM模式一致认为研究范围大部分研究地区的未来R99p、Rx1day和Rx5day比历史时期有所增加。同时Reg CM模式认为未来R10mm和R20mm在研究范围内大部分陆地区域也将增加。WRF和Reg CM模式均认为未来我国西北地区的CWD将增加CDD会减少,同时R99p和Rx5day指数呈现出较明显的上升趋势。

关键词：区域气候模式极端降水历史气候模拟试验未来预估试验东亚地区中国 CORDEX

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