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《中国农业科学院》 2017年
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PRECIS对中国区域极端气候事件的高分辨率数值模拟与预估

张玉静  
【摘要】:受气候变化影响,中国平均温度明显变暖,而降水变化的区域性差异加大,极端降水事件增多,危害加重。与气候平均状态相比,极端气候事件的发展和演变更应得到关注,因为极端气候事件将会对自然、社会和经济系统产生直接的灾害性后果。应用气候模式对不同温室气体排放情景下平均气候状态和极端气候事件的发展趋势进行预估是认识气候变化影响的一个重要方法。本文利用英国Hadley气候中心开发的区域气候模拟系统PRECIS(Providing Regional Climate for Impacts Studies)单向嵌套Had GEM2-ES降尺度产生的最新典型浓度路径RCPs(Representative Concentration Pathways)情景下低排放情景(RCP2.6)、中等排放情景(RCP4.5)和高排放情景(RCP8.5)下1961-2099年的逐日温度、降水、最高温度和最低温度数据,选取典型极端气候事件指标,对未来中国区域的平均和极端气候事件变化趋势进行分析。本研究选取1961-1990年作为气候基准时段,用作模式模拟能力检验和计算未来气候事件的相对变化,未来时段分为21世纪前期(2011-2040,2020s),中期(2041-2070,2050s)和后期(2071-2099,2080s)。本研究的主要结论如下:(1)PRECIS对中国区域平均温度和降水量具有较强的模拟能力,相对于温度的模拟效果,降水的模拟结果与观测值存在较大偏差,但是模式对降水的空间分布特征的模拟效果较上一代版本有较大改进。本文分析结果显示,到21世纪末,中国年平均温度将升高2.4~6.4~oC,北方增温高于南方;降水变化差异较大,在RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下将分别变化-1.3%、9.0%和6.5%,降水增加的区域主要分布在中国北方和青藏高原,降水减少的区域集中在西南地区东部和长江中下游地区。(2)未来气候情景下中国最高温度和最低温度整体趋暖,但是区域之间不对称增温现象存在差异。在西北、东北、华北和青藏高原地区最低温度增温幅度超过最高温度,而在华中、华南、华东和西南地区最高温度比最低温度增温幅度更大。未来与高温有关的极端事件频率和强度增加,与低温有关的极端事件发生程度减轻,尤其以RCP8.5情景下变化最为明显。未来大于35 ~oC炎热日数在我国南方和东南部地区增加最多;霜冻日数在青藏高原、西南地区西部减少最为明显;相对高温日数在华南及青藏高原东部和南部增加最多;相对低温日数在全国普遍减少且以东北地区最为显著。未来极端温度的阈值均会比基准时段大幅增加。(3)未来中国极端降水事件出现的频率将会增加。无论区域总降水量增加还是减少,大雨的降水量均将会一致增加。未来中国连续无降水日数将会减少,这主要是来自于北方地区和青藏高原的连续无降水日数大幅度减少的贡献,而南方和东南沿海地区未来连续无降水日数将会增加。简单降水强度、连续五日最大降水量和年总极端降水量在全国普遍呈增加趋势。未来我国南方地区可能成为受极端降水事件影响的重点地区,因为其洪涝发生频率和干旱持续时期均会有所增加;北方地区持续干旱时期将会缩短,而洪涝灾害发生频率增加。(4)基于SPEI指数预估未来中国干旱程度将会加重,而基于SPI指数的干旱程度将会减轻,这反映出增温将会加剧干旱化趋势。RCP8.5排放情景下干旱化趋势更为严重,其气候倾向率分别是RCP4.5情景下的1.5倍,是RCP2.6情景下的1.8倍。未来各等级干旱面积均将有不同程度的增加,而无旱面积在RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下将会分别减少43%,51%和76%。对SPEI序列的EOF分析结果表明,不同气候情景下最主要的空间模态特征均表现为全国绝大多数地区一致变干的趋势,该模态对应的典型区域位于西北地区、西南地区东部和华中部分地区。而第一模态对应的时间系数呈上升趋势,说明这种空间模态将会变得越来越典型。不同地区干旱化进程对气候变化的敏感性程度存在差异,西北与华中地区干旱化趋势对气候变化的响应更加明显。本文系统地评估了中国未来极端气候事件的时空变化特征,研究结果可以为国家制定减排措施和适应气候变化工作提供科学依据。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P467

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