CMIP5模式對北半球氣候的模擬性能評估及訂正研究

發(fā)布時(shí)間：2020-07-16 05:52

【摘要】：基于氣候漂移和多重線性回歸的訂正方法,本文對第五次國際耦合模式比較計(jì)劃CMIP5的26個(gè)模式模擬北半球歷史時(shí)期(1956~2005年)月平均降水場、溫度場、海平面氣壓場以及水汽輸送場進(jìn)行了訂正研究,并對未來(2006~2055年)這些要素場的預(yù)測進(jìn)行了訂正和預(yù)估。研究中,分別選取英國東英格利亞大學(xué)提供的CRU(Climatic Research Unit)月平均降水和溫度的觀測資料,美國NOAA中心的NCEP海平面氣壓數(shù)據(jù)集、歐洲中心中短期氣候預(yù)測的CERA20C風(fēng)場、地表氣壓場、比濕場作為評估模式訂正的參考資料。研究中,對歷史時(shí)期訂正前與訂正后的各氣象變量在北半球各緯度帶的分布及其時(shí)間序列變化進(jìn)行了分析,并基于歷史時(shí)期建立的回歸方程來對不同碳排放情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)未來50年的變化趨勢進(jìn)行了訂正和預(yù)估,主要結(jié)論如下:(1)在歷史時(shí)期,北半球各緯度帶上CMIP5多模式集合平均對溫度的空間分布模擬能力最優(yōu),其次是降水場和海平面氣壓場,模擬能力最差的是水汽輸送場,對各要素時(shí)間序列變化的評估,溫度最優(yōu),其次是水汽輸送場和降水,最差的是海平面氣壓場,模式能較好地模擬出20世紀(jì)80年代后溫度開始突變遞增的現(xiàn)象。(2)通過對四個(gè)變量在北半球空間分布評估發(fā)現(xiàn),模式與參照場之間存在一定的偏差,特別是模式對低緯度印度洋面上的緯向水汽輸送預(yù)估能力偏弱,對北太平洋面上的向西經(jīng)向輸送預(yù)估偏強(qiáng),北大西洋向東經(jīng)向水汽輸送模擬偏強(qiáng);而在高原大地形上,模式降水量預(yù)估偏大,溫度預(yù)估偏低,而海平面氣壓值高、低壓中心強(qiáng)度預(yù)估過強(qiáng)。在降水場、水汽輸送場、海平面氣壓場的時(shí)間序列變化評估表明,模式模擬的三個(gè)緯度帶上增減波動(dòng)幅度皆偏弱,特別在中緯度帶上與參照場存在較大的偏差。(3)在低緯度上模式模擬的經(jīng)向水汽輸送值普遍偏高,在水汽輸送高值中心,模式預(yù)估的降水量偏小,而在撒哈拉沙漠以南的降水量預(yù)估偏高,在亞洲季風(fēng)區(qū)域的北上緯向水汽輸送預(yù)估偏弱,降水量模擬偏低,海平面預(yù)估偏低;在中緯度帶上,洋面上的北上緯向水汽輸送模擬偏強(qiáng),同樣地在亞洲東海岸和北美洲西岸降水量預(yù)估也偏強(qiáng),溫度預(yù)估偏小,同時(shí)該區(qū)域的阿留申低壓中心值預(yù)估偏強(qiáng),范圍偏大,在亞-歐大陸西海岸上的水汽經(jīng)向輸送預(yù)估偏強(qiáng),在歐洲和東歐平原的降水量預(yù)估也偏大;在高緯度帶上,模式預(yù)估格陵蘭島上的降水量和溫度偏低,在格陵蘭島南部的低壓中心預(yù)估偏強(qiáng)。(4)在未來預(yù)估階段,不同碳排放情景下的預(yù)估趨勢不盡相同。在水汽輸送場、海平面氣壓場、降水量場中,訂正后的RCP8.5碳排放情景下的各變量值預(yù)估效果較好,其次是RCP4.5和RCP2.6,但是降水場中的未來冷季預(yù)估則是訂正后的RCP4.5碳排放情景下較好,而在溫度場中,經(jīng)過簡單氣候漂移訂正后,其在RCP8.5碳排放情景下預(yù)估能力最優(yōu)。(5)訂正后的北半球海平面氣壓場低壓系統(tǒng)強(qiáng)度增強(qiáng),高壓中心有微弱增加趨勢;在訂正后的未來降水場中北半球平均降水量在中、高緯度的復(fù)雜地形區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)減小趨勢,而在低緯度高原大地形區(qū)域的降水量呈現(xiàn)遞增的趨勢;而水汽輸送場在未來預(yù)估階段較為明顯的變化是的北太平樣北上暖流強(qiáng)度將減弱。其未來50年逐年預(yù)估線性遞增趨勢較訂正前變緩。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P426
【圖文】：

路徑圖,水汽輸送,集合平均,多模式

3.4.1 年平均水汽輸送量訂正圖 3.2給出的是對25個(gè)CMIP5 模擬的歷史時(shí)期年平均水汽輸送路徑的訂正結(jié)果及與歐洲中心的 CERA20C 再分析資料結(jié)果的對比。由圖 3.2 可見，CMIP5 多模式集合平均模擬的北半球年平均水汽輸送在非洲的阿贊德高原至蘇丹草原區(qū)域的向西經(jīng)向輸送、歐洲至西亞地區(qū)的向東經(jīng)向輸送、北太平洋暖流向東經(jīng)向水汽輸送模擬偏強(qiáng)，水汽輸送量值模擬偏高，訂正后上述地區(qū)的多年平均降水量與 CERA20C 結(jié)果（參見圖 3.2c）一致。另外在北半球的幾個(gè)季風(fēng)區(qū)域的水汽輸送強(qiáng)度預(yù)估皆偏弱，如 45°E 的索馬里越

水汽輸送,低緯度,北半球,年平均

與 CERA20C 再分析資料結(jié)果相比，CMIP5 模式高估了低緯度水汽輸送量的量值，特別在 10-20°N（圖3.4 a）和 20-30°N（圖 3.4 b）緯度帶上的預(yù)估過高較為明顯，平均比 CERA20C 再分析資料結(jié)果高 10 kg/(ms)左右，但其預(yù)估歷史時(shí)期年代際變化幅度的能力偏弱。經(jīng)過簡單氣候漂移訂正和多重線性回歸訂正后，模式集合平均對低緯度的多年平均水汽輸送通量值預(yù)估與參照場的結(jié)果較為一致，特別在 0-20°N 上訂正后的結(jié)果與參照場的擬合度較高，也說明本研究所用的訂正方法對熱帶雨林氣候和熱帶季風(fēng)氣候區(qū)南部的水汽輸送通量訂正效果較好。同低緯度地區(qū)，CMIP5 模式也高估了中緯度（30°N-60°N）地區(qū)（圖 3.5）的多年平均水汽輸送量值。如圖 3.5 所示，CMIP5 模式對中緯度地區(qū)的水汽輸送量值高估約 8kg/(m s)左右，尤其在上世紀(jì) 90 年代之后年預(yù)估量值過高尤為明顯；訂正后的水汽輸

北半球,蘭州大學(xué),碩士學(xué)位論文,中緯度