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《兰州大学》 2011年
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青藏高原地区气候变化的特征及数值模拟研究

余莲  
【摘要】:在过去的几十年间,青藏高原地区的气候发生了明显的变化。主要表现为,青藏高原温度呈上升趋势,最低温度上升快于最高温度,二者呈非对称变化;青藏高原降水和积雪呈增加趋势,青藏高原多年冻土呈退化状态;各变量的变化不仅有季节性的差异,还存在区域性的差异。本文通过EOF、小波和突变等多种分析方法,对青藏高原过去几十年的气候变化及其与大气环流和海温的联系进行了进一步的分析研究;利用RegCM3区域气候模式对青藏高原气候变化做了模拟分析,在对模拟结果进行订正的基础上,对青藏高原地区21世纪气候变化做了初步预估。 首先,对青藏高原地区过去46年(1961-2006年)的温度、降水、积雪和冻土的变化进行了EOF、小波和突变等分析。结果表明:1)青藏高原东部地区的温度、最低温度和最高温度在过去几十年处于上升状态,且在1986前后温度存在一个较为显著的突变;青藏高原北部地区的升温率大于青藏高原南部;青藏高原东部降水呈增加趋势在1986年前有后也存在着一个显著的变化。青藏高原南部降水增加趋势大于青藏高原北部;青藏高原东部积雪呈增加趋势,同样在1986年前后有存在显著变化,而且在空间上也存在着显著差异:在塔里木盆地西部、河西走廊地区、唐古拉山脉以东和巴颜喀拉山以南地区呈现减少趋势;在准噶尔盆地、天山山脉、塔里木盆地中东部、青藏高原南部、祁连山脉的大片区域则呈现增加趋势;多年冻土处于退化状态,退化的敏感区域主要在季节性冻土分布区。2)过去几十年温度和降水的主分量分析结果表明,温度第1特征向量全场表现为一致的特征,表明青藏高原地区温度变化在空间上具有一致性,对应的时间系数在1986年之前为负,1986之后转为正;温度第2特征向量在研究区域内呈现为西北-东南(正-负)的分布型。降水第1特征向量全场同样表现为全场一致的正值,表明降水变化在空间上也是一致的,对应的时间系数呈上升趋势,表明降水表现出上升的趋势,同样在1986年出现分界。3)对温度和降水等的突变用Mann-Kendall和滑动t检验方法进行检测的结果和周期分析表明,温度在1986年发生突变,这与温度EOF分析第1特征量的时间系数的变化相对应,而年降水量则没有检测到明显的突变;对温度和降水的小波分析发现,准3年周期在各阶段度都比较明显,在1980年到1990年则存在着较为显著的5-8年的振荡。高原的温度和降水和高原北部、北太平洋、西太平洋及暖池附近的200hPa纬向风正相关,与青藏高原北侧的200hPa纬向风呈反相关。青藏高原的升温,和200hPa纬向风、暖池附近的海温等都有密切关联。表现为青藏高原以北的西风急流的增强、南支东风急流的减弱,低纬度西太平洋地区东风减弱,赤道地区和青藏高原地区的位势高度场增大,西太平洋的水汽增加,而印度洋水汽减少。 青藏高原地区温度和降水与西太平洋和印度洋地区的海温有着密切联系。因此,利用数值模拟对此进行了验证,使用CAM3.0的数值试验的结果揭示出,暖区海温的升高会引起中纬度西风急流和低纬度东风的变化。但是,暖池SST和青藏高原地区的最低温都和温度的变化并非直接关联,暖区的SST引起了热带东风的强度和范围的变化,东风的位置和强度变化又通过某种机制又引起了中纬度西风急流入口(新疆北部脊)、印度大陆上空的东风的变化。而中、低纬度的东、西风急流的变化引起青藏高原地区的最低温度和温度的变化。 利用区域气候模式RegCM3对青藏高原地区气候进行了数值模拟研究,首先检验了作为制约降水的主要过程的积云参数化方案的检验,结果显示,作为动力降尺度的主要工具,RegCM3相比MICRO3.2 (SRES A1B)显著的改进了GCM的模拟结果,尤其对地形复杂的天山、塔里木盆地、准噶尔盆地、昆仑山、冈底斯山脉和青藏高原东南部地区的温度和降水细节分布上的模拟要明显好于GCM模拟结果。结果也显示出,在冬半年降水量的模拟结果好于春秋两个过渡季节,而这两个季节恰好是青藏高原地区土壤冻融、积雪和融雪等变化较大的季节。 虽然RegCM3对青藏高原地区及其周围的温度和降水等的模拟与观测比较一致,但是温度和降水存在在系统性的偏差,尤其是地形起伏较大区域,若直接使用模式结果会有较大误差。因此我们对RegCM模拟结果进行后验订正,订正的结果表明,订正后温度和降水的绝对误差减小,相关系数提高。未来90年中,升温是主导趋势,温度以0.28℃/10a的速率上升,且在2052年有一个明显的转折;降水也呈增加趋势,但转折出现在2047年前。在空间分布上,温度在整个青藏高原地区都处于上升阶段,青藏高原北部的升温率大于青藏高原南部,天山及其以北地区是升温率高值区。年降水在整个青藏高原主体部分都呈现出增加趋势,塔克拉玛干沙漠、准噶尔盆地东部和雅鲁藏布江大拐弯处有弱的减小趋势,青藏高原南部地区的增加幅度要大于青藏高原北部。积雪在青藏高原则呈减少趋势的,青藏高原主体部分的积雪减少较快,在天山、昆仑山、祁连山、巴颜喀拉山、冈底斯山脉、怒江和金沙江是未来积雪减少的主要区。
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