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近四十年中国盛夏降水和温度特性变化的观测分析和数值模拟

李红梅  
【摘要】: 极端天气气候带来的生命和财产损失巨大,研究其发生发展规律以及预估未来变化具有十分重要的意义。本文基于中国地区740多台站观测逐日降水、温度资料,细致分析了1958-2000年中国盛夏(即7、8月份)降水、温度特性长期趋势和年代际变化特征,其中降水、温度特性是指表征平均和极端降水、温度变化的各种指标。在观测分析的基础上,利用WCRP CMIP3的模拟结果,评估了当前耦合模式对中国盛夏降水和温度特性的模拟能力,预估了未来CO2加倍情景下的中国盛夏降水、温度变化特征。 中国东部地区盛夏降水变化主要受暴雨强度降水变化的影响,占总降水变化60%以上。近四十年来,盛夏长江流域降水量、降水频率、极端降水频率以及暴雨降水强度均呈增大趋势,在华北地区则呈减小趋势。降水强度在中国表现出一致的增大趋势,但华北地区增大趋势不显著。华北地区降水的减少主要是小雨强度降水频率减小的结果,趋势大值中心值达到-3%/10yr,长江流域降水的增多,是各强度降水频率和强度增大共同作用的结果。长江流域和华北地区在区域平均降水频率、降水强度、极端降水频率、最大降水量的时间序列上,彼此均为负相关关系。除华北地区降水强度外,其他降水指标均存在显著的年代际跃变。与1970年代末的气候跃变相对应,华北地区降水频率较之长江流域的跃变明显;但长江流域极端降水在1970年代末的跃变较之华北地区更显著,其降水强度、极端降水频率以及最大降水量均于1970年代末期前后发生显著年代际跃变。 中国盛夏温度变化表现为长江中下游区域变冷而中国北方地区显著增暖的趋势变化特征。从全国平均时间序列来看,主要表现为年代际变化,1960年代温度值由正距平变为负距平,1990年代气温开始回升。无论是基于绝对值还是基于百分位得到的极端温度指标分析结果均表明,中国盛夏温度指标小值一端显著变冷区域(即日最低、最高温度的最小值减小区、寒夜和寒昼发生频率增大区)位于长江中下游地区,而温度指标大值一端显著变冷区域(即日最低和最高温度的最大值、暖夜和暖昼发生频率减小区)位置则偏北,位于长江和黄河之间。对温度指标作EOF分析结果表明,第一模态反映全国一致的温度变化特征,相对应的时间序列主要表现为1960年代和1990年代的年代际跃变,其中日最高温度发生在1960年代,日最低温度发生在1990年代;第二模态则对应长江中下游地区降温而其他地区增温的分布特征,日最高温度的降温中心位置较日平均温度偏南,而日最低温度的降温中心位置偏北,对应的时间序列其年代际跃变与东亚大气环流形势1970年代末期的年代际跃变发生时间一致。 耦合模式能基本再现中国盛夏观测降水和温度各特性指标气候平均态的空间分布特征,但大部分模式高估了小雨发生频率而低估了降水量和温度,模式模拟结果离差大值区主要位于青藏高原。综合而言,高分辨率模式集合平均结果较低、中分辨率模式集合平均结果更接近观测值,分辨率提高对中国盛夏温度特性模拟结果的改进不如降水明显。对于未来CO2加倍情景下中国降水、温度变化特性的预估,各模式模拟结果间差异较大,模拟结果离差大值区也位于青藏高原。多模式集合平均以及大多数模式的结果均反映CO2加倍后中国盛夏温度将升高,极端温度事件将增多;在将来更暖的气候背景下,中国大部分地区总降水将增多,全国极端降水强度加大且更频繁发生,极端降水占总降水的比例也将增大。


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