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WRF模式CORDEX东亚区域气候的模拟与预估

胡伯彦  
【摘要】:东亚地区受独特的地理位置、植被分布和季风环流的影响,是世界上气候变率最大的地区之一,对该地区气候进行研究的难度相对较大。由于区域气候模式具备较高的水平分辨率和较完善的物理过程参数化方案,因此被广泛应用于气候模拟试验中。本文利用WRF模式对CORDEX计划东亚区域当代气候进行模拟,探讨了谱逼近方法在较大空间范围、较长时间尺度气候模拟试验中的适用性问题,在此基础上进一步对东亚地区未来气候变化情景进行预估。 文章首先利用ERA-Interim再分析数据驱动WRF模式对CORDEX东亚区域1989至2007年气候进行模拟,通过与观测数据对比检验了谱逼近方法对气候平均态和极端事件模拟能力的影响。结果表明:使用谱逼近方法能够使东亚大部分地区的冬、夏季地面温度模拟偏差得到有效纠正,特别在冬季中国东部和印度半岛北部、夏季印度半岛和中国南方地区效果明显;冬季降水的模拟偏差在大部分地区也显著减小,夏季降水模拟结果则未有明显改进。冬季地面温度和降水年际趋势的模拟在大部分地区均更接近实际观测,夏季地面温度年际趋势模拟结果则依旧存在偏差,夏季降水年际趋势在陆地区域结果较好;区域平均冬、夏季地面温度和降水年际序列与实际观测间的相关性总体有所改进。使用谱逼近方法后日最高温度模拟偏差在印度半岛北部、中国东北和西部地区均有所减小,日最低温度模拟偏差则在中国南方及印度半岛北部减小显著,区域平均的日最高、最低温度概率分布较未使用谱逼近方法更接近实际观测;模式对不同等级降水年平均日数的模拟在中国华北、江淮、华南及中南半岛地区均有所改进。 文章又利用ECHAM5全球模式数据驱动WRF模式对CORDEX东亚区域实际温室气体浓度下1978至2000年气候和IPCC AlB温室气体排放情景下2038至2069年气候分别进行模拟,首先对当代气候模拟结果进行检验:ECHAM5数据驱动下WRF模式使用谱逼近方法能够使东亚地区冬、夏季地面温度的冷偏差得到有效纠正,暖偏差则有一定程度增大;冬季降水在大部分地区有所改进,无论使用谱逼近方法与否夏季降水模拟结果均与实际观测具有差异。WRF模式对东亚北部冬、夏季升温趋势的模拟存在偏差,对冬、夏季降水年际趋势的模拟则可得到较好的结果。此外,使用谱逼近方法还可以使模式模拟的冬、夏季地面温度和降水与实际观测间的均方根误差有效减小,空间相关系数则未有显著提高;日最高、最低温度概率分布结果在中国东北、华北、江淮和华南地区更接近实际观测,东亚地区小雨、中雨和大雨年平均日数的模拟偏差也有效减小。 IPCC AlB情景下未来气候变化预估结果表明:东亚地区地面温度较当代有所升高,其中冬季升温在高纬地区较明显;夏季升温较冬季偏弱,升温中心主要位于中国西部、蒙古西部及俄罗斯南部地区,且青藏高原西部地区升温异常剧烈;年平均温度的变化介于冬季和夏季之间。未来冬季降水将在东亚北部陆地和东南部海洋地区增加,中国江淮地区减少,中南半岛和印度半岛地区不同模式预估结果存在差异;夏季降水在中国北方及蒙古地区减少,中国南方及东亚南部地区增加,其中中国东南、中南半岛及印度半岛地区存在多种预估结果;年平均降水全球模式显示出“北减南增”的变化分布,区域模式中上述特征不明显。未来极端温度事件预估结果显示显示生长季长度、热浪指数、暖夜日数在东亚地区均将有所增大,其中暖夜日数的变化不同模式预估结果存在较大差异,霜日日数在东亚北部地区显著减少,年内极端温度差在东亚南部地区增大、北方地区减少。极端降水事件预估结果显示连续五日最大降水除在东亚北部有所减少外,在其它区域均将增多;最长无雨期将在中国东北、西南、中南半岛及孟加拉湾地区缩短,其它区域延长;强降水日数基本呈现“北减南增”的变化,但未使用谱逼近方法预估结果显示中国东部及中南半岛地区日数减少;简单降水强度在东亚大部分地区均将增强,只有蒙古局部地区有所减弱;极端降水总量在东亚地区也以增加为主,不同模式预估的降水总量减少区域有所不同。


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