【摘要】：在全球氣候變暖加劇的大背景下,南極冰蓋作為全球氣候變化的重要驅(qū)動(dòng)因子,其天氣及氣候變化備受國(guó)際社會(huì)關(guān)注,是全球變化研究中的重點(diǎn)。Polar WRF作為目前最先進(jìn)的極地區(qū)域氣候模式之一,是南極氣候變化診斷及未來(lái)預(yù)估的有力工具,然而在廣泛應(yīng)用之前,模式模擬能力需要定量評(píng)估。本論文以ERA-Interim再分析資料作為初始場(chǎng)和側(cè)邊界資料,利用Polar WRF的最新版本(Polar WRF 3.9.1)對(duì)南極冰蓋2004-2013年的氣候變化進(jìn)行了模擬,從年、季節(jié)和月尺度上將模擬結(jié)果與28個(gè)南極氣象觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,定量評(píng)估了模式在不同時(shí)間尺度上對(duì)整個(gè)南極冰蓋氣溫、近地面風(fēng)速以及地面氣壓的模擬能力。結(jié)果表明:(1)Polar WRF對(duì)南極地區(qū)2m氣溫的模擬性能整體良好。2004-2013年模擬值與觀測(cè)值的年際變化趨勢(shì)大體一致,平均絕對(duì)誤差、均方根誤差、相關(guān)系數(shù)分別為2.33℃、2.49℃和0.99。同時(shí),該模式很好地再現(xiàn)了春、夏、秋及冬季氣溫的年際變化。而且,12個(gè)月平均模擬結(jié)果的均方根誤差和平均絕對(duì)誤差均在4℃以內(nèi),其中1、12的誤差最小,7、10、11月份的誤差最大,但所有月平均氣溫與氣象站站點(diǎn)觀測(cè)氣溫相關(guān)性均高于0.97,其中11、12月份的相關(guān)性最低,3,4月的相關(guān)性最高。然而,就多年平均和季節(jié)平均模擬結(jié)果而言,東南極冰蓋沿岸仍存在冷偏差,冰蓋內(nèi)陸存在暖偏差,在南極半島既存在冷偏差也存在暖偏差,而沿岸各站點(diǎn)的誤差在數(shù)量上小于內(nèi)陸地區(qū)。相比較而言,冬季的模擬精度最低,春季其次,夏季和秋季精度較高。春、夏兩季,南極沿岸的精度要高于內(nèi)陸地區(qū),秋季內(nèi)陸和沿岸的差異較小,而在冬季雖然東南極沿岸站點(diǎn)的精度較高,但南極半島的精度要略低于內(nèi)陸地區(qū)。(2)該模式對(duì)10m風(fēng)速的模擬在陡峭區(qū)域的部分站點(diǎn)誤差較大,但整體而言地表風(fēng)速與實(shí)測(cè)平均風(fēng)速整體吻合性較好,能一定程度上捕獲南極年尺度、季節(jié)尺度、和月尺度上觀測(cè)風(fēng)速的特征。模擬的風(fēng)速與實(shí)測(cè)結(jié)果在2004-2013年呈現(xiàn)出相同的年際變化趨勢(shì),兩者之間的平均絕對(duì)誤差、均方根誤差和相關(guān)性系數(shù),分別為3.91m/s、4.75 m/s和0.62。Polar WRF也能較好地再現(xiàn)四季風(fēng)速的年際變化趨勢(shì),各季節(jié)的誤差均在4/ms以內(nèi)。此外,12個(gè)月均風(fēng)速模擬誤差在2.5m/s~4.5m/s之間,與實(shí)測(cè)風(fēng)速的相關(guān)性系數(shù)均大于0.5。從年平均和季節(jié)平均風(fēng)速模擬結(jié)果誤差空間分布來(lái)看,內(nèi)陸站點(diǎn)誤差較小,東南極沿岸站點(diǎn)誤差較大,而在南極半島上既存在誤差較大的站點(diǎn)也存在誤差較小的站點(diǎn)。模擬的冬季風(fēng)速誤差最低,秋季其次,春季和夏季的誤差較高。秋季和夏季,南極內(nèi)陸誤差要略小于沿岸地區(qū),而在冬季和春季,沿岸和內(nèi)陸的差異不大。(3)Polar WRF很好地再現(xiàn)了南極年尺度、季節(jié)尺度、和月尺度上的地表氣壓。2004-2013年間氣壓模擬值和觀測(cè)值的變化趨勢(shì)十分吻合,均方根誤差、平均絕對(duì)誤差、相關(guān)性系數(shù)分別為0.59 hPa、0.47 hPa、0.99。模式還能夠很好地捕捉春、夏、秋、冬四季氣壓的年際變化,四季的氣壓誤差均小于1.8hPa。此外,12個(gè)月份的模擬誤差均在2.4hPa之間,其中1、11月份的誤差最小,8月份的誤差最大。所有月份的相關(guān)性系數(shù)在0.79~0.99之間,其中3月份的相關(guān)性最低,7、9月份的相關(guān)性最高。然而,就多年平均和季節(jié)平均模擬結(jié)果而言,模式對(duì)整個(gè)南極冰蓋以高估為主,其在春季的誤差最低,冬季其次,夏季和秋季的誤差略高。秋季內(nèi)陸地區(qū)的精度要低于沿岸地區(qū),冬季和春季沿岸與內(nèi)陸地區(qū)的模擬精度大致相同,夏季沿岸的精度大于內(nèi)陸地區(qū)。
【圖文】：

南極地形圖與28個(gè)氣象站點(diǎn)地理位置分布

WRF模式框架
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P467;P343.6

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