CMIP5模式集合对中国区域性低温事件的模拟及预估

作     者：胡浩林 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王澄海;任福民

授予年度：2013年

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

主      题：CMIP5 区域性低温事件 模式集合 时空特征 模拟预估 

摘      要：针对极端天气的研究一直是IPCC评估报告的重要部分,目前极端天气的研究多是基于单点或者单站,本文采用的区域性极端事件客观识别方法(the Objective Identification Technique for Regional Extreme Events, OITREE),是以一定影响范围和持续时间的区域性事件为研究对象,可以较好的揭示出区域性极端天气事件的空间持续性变化特征。任何气候系统模式都只是实际气候系统的某种近似,在利用它们模拟和预估气候变化时,必须首先检验模式的可靠程度,这样才能知道气候变化预估的结果在多大程度上可信。本文使用逐日最低气温观测资料,初步了解了我国1961-2005年区域性低温事件的基本特征。结合NCEP再分析资料,验证了使用OPR方法对网格资料降尺度后利用OITREE方法进行区域性低温事件识别的可行性。将此一系列方法应用到14个CMIP5模式,采用模式集合,评估了多模式集合对中国区域性低温事件的模拟能力。在此基础上,进一步利用模式集合对不同排放情景下的2006-2099年的中国区域性低温事件进行了预估并对其不确定性进行了分析。主要的研究内容和结论如下： (1)区域性极端事件客观识别方法对我国的区域性低温事件具有较好的识别能力,1961-2005年总共识别出159次中国区域性低温事件。中国区域性低温事件的发生频率、持续时间、极端强度、累积强度、最大影响面积、累积影响面积和综合强度指数在45年间呈现出显著减弱的趋势。从年代际分布来看,极端低温事件的频数也呈现出减少趋势。此外,中国区域性低温事件的发生具有明显的季节性特征,只出现在11月-次年3月。区域性低温事件的的累积强度空间分布显示,我国区域性低温事件强度最强的地区是内蒙古中西部和东北地区南部。从单一台站的区域性低温事件的发生频次来看,区域性低温事件发生频次呈现明显的从东向西减少的趋势,单一台站出现区域性低温事件频次最多的是华东地区。区域性低温事件在一定程度上揭示我国强冷空气活动路径的基本特征。并且揭示了区域性低温事件是受一次或者几次冷空气逐渐影响的过程。 (2)使用优选格点方法(OPR)对NCEP再分析资料进行降尺度,通过和观测数据的逐日最低气温比较分析,发现降尺度后较好地再现了观测实况,说明应用OPR方法对最低气温进行降尺度是可行的。利用NCEP再分析资料对中国区域性低温事件的模拟从事件的长期趋势、年际变化上都与观测数据的结果较一致揭示了1961-2005年我国区域性低温事件减弱的趋势,区域性低温事件的累积强度和发生频次的空间分布与观测数据具有较高的空间相关性。从而验证了对网格资料进行降尺度后进行区域性低温事件识别的可行性,为进一步利用CMIP5模式网格资料进行区域性低温事件模拟和预估提供了前提。 (3)在进行多模式集合以后,1961-2005年中国区域性低温事件的总频次虽略少于观测数据结果,但是不同等级的区域性低温事件发生频次的比例基本上满足1:2:4:3,这与观测数据结果是基本一致的。45年间中国区域性低温事件的各项指数,在进行模式集合以后,可以反映出与观测数据一致的中国区域性低温事件减弱的变化趋势,趋势数值量级也基本一致,但是模式集合的减弱趋势与观测相比要缓和。模式集合还可以去除由于单一模式所造成的个别指数趋势不一致,从而有利于总体对于变化趋势的判断。模式集合与观测数据的累积强度和发生频次空间相关系数分别达到了0.721和0.808,虽然比个别模式的空间相关系数略小,但是模式集合以后累积强度和发生频次的数值大小与观测结果的数值更为接近。一些模式对新疆北部地区区域性低温事件累积强度模拟偏强的原因是对西方路径的冷空气模拟的偏强。模式集合的结果无论是累积强度还是发生频次和各个模式相比并不是最好的,但是两者排名都在前三位,由于单个模式对区域性低温事件指数的模拟具有不稳定性,而进行多模式集合可以克服此不足。无论是区域性低温事件的时间变化还是空间分布,多模式集合的结果,虽然不是所有的指数都比其他14个模式的要好,但是综合评价起来,多模式集合的结果比14个模式中任何单个模式要好,和观测结果的数值也更为接近。 (4)从中国区域性低温事件的发生总频次来看,RCP2.6排放情景下最多,RCP4.5排放情景下次之,RCP8.5情景下最少,温室气体的增加没有导致气候的剧烈变化。无论是线性变化趋势还是空间分布的数值,RCP2.6排放情景下,区域性低温事件在2006-2099年从初期到中期减弱到末期增强；RCP4.5排放情景下,低温事件有较明显的减弱趋势,RCP8.5情景下减弱趋势较大,这种变化和温室气体的排放浓度有着密切关系。从中国区域性低温事件的累积强度和发生频次的空间分布来看,三种不同的排放情景下初期、中期和末期三个时期,其空间分布没