【摘要】：水汽(Precipitable Water,簡(jiǎn)稱PW)是地球系統(tǒng)中最豐富、也是最重要的溫室氣體之一,在全球水分和能量循環(huán)中扮演著重要角色,是地球系統(tǒng)中物質(zhì)、能量傳輸?shù)募~帶,對(duì)天氣和氣候變化有著非常重要的影響。水汽反饋是影響氣候系統(tǒng)敏感性的最大反饋?zhàn)饔弥?能夠放大其他溫室氣體增暖的效應(yīng),并可能導(dǎo)致極端天氣和氣候事件的發(fā)生趨多趨強(qiáng)。因此,系統(tǒng)分析大氣水汽的時(shí)空分布特征及其長(zhǎng)期變化趨勢(shì),評(píng)估水汽反饋的區(qū)域和全球氣候效應(yīng),對(duì)于我們深入認(rèn)識(shí)和理解全球變暖背景下區(qū)域氣候變化及其響應(yīng)機(jī)理具有重要意義。本研究基于最新均一化的高空濕度觀測(cè)資料,并結(jié)合多種全球大氣再分析資料以及數(shù)值模擬結(jié)果,系統(tǒng)分析近幾十年來(lái)中國(guó)區(qū)域高空水汽的時(shí)空分布特征及其長(zhǎng)期趨勢(shì),并預(yù)估其未來(lái)變化情景,評(píng)估水汽變化與中國(guó)區(qū)域氣候增暖之間的關(guān)系,為中國(guó)區(qū)域氣候變化的影響評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。因此,本研究首先應(yīng)用均一化探空觀測(cè)資料系統(tǒng)評(píng)估了NCEP/NCAR, NCEP/DOE, MERRA, JRA-55, JRA-25, ERA-Interim, ERA-40, CFSR和20CR等9種全球大氣再分析產(chǎn)品在中國(guó)區(qū)域大氣水汽變化中的適用性問(wèn)題；然后基于觀測(cè)結(jié)果系統(tǒng)評(píng)估了國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃第五階段(CMIP5)多模式結(jié)果(BCC-CSM1.1,BCC-CSM1.1(m), CanESM2, CNRM-CM5, MIROC5, MRI-CGCM3和NorESM1-M)對(duì)中國(guó)區(qū)域大氣水汽變化的模擬能力,并在此基礎(chǔ)上分析了不同“典型濃度路徑”(RCPs)下未來(lái)水汽變化情景；最后進(jìn)一步估算了地表氣溫變化與水汽變化之間的定量關(guān)系,明晰區(qū)域水汽反饋的區(qū)域氣候效應(yīng)及其不確定性。由于觀測(cè)資料自1970年代以后才比較連續(xù),因此本研究主要關(guān)注1970年代以后中國(guó)區(qū)域水汽變化及其反饋效應(yīng)。主要研究方法包括：誤差百分比分析、趨勢(shì)分析、時(shí)間序列分析、泰勒(Taylor)分析、經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)分析等。本研究的主要結(jié)論總結(jié)如下：(1)在中國(guó)大陸大部分地區(qū)大多數(shù)再分析產(chǎn)品都能較好地描述觀測(cè)值的氣候?qū)W特征,尤其是在中國(guó)東部地區(qū)觀測(cè)值和再分析值的相對(duì)偏差在20%以內(nèi),但是在中國(guó)西部可達(dá)20%-40%,而在青藏高原西北部的偏差則高達(dá)60%及以上。大多數(shù)再分析資料都能較好地描繪中國(guó)東部和北部大部分地區(qū)水汽觀測(cè)值的季節(jié)和年際變化,但在西部大部分地區(qū)的質(zhì)量則較差,尤其是在青藏高原地區(qū)。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)分解表明：再分析資料所描述的前兩個(gè)主要模態(tài)以及與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列(PCs)與觀測(cè)結(jié)果均具有較高的相關(guān)性；其中,20CR再分析產(chǎn)品能夠更好地描述與ENSO變化相聯(lián)系的EOF第二觀測(cè)模態(tài)的時(shí)空演變特征。(2)相比而言,新一代的再分析資料(如：ERA-40, ERA-Interim, MERRA,JRA-55和JRA-25)比第一代的再分析資料(NCEP/NCAR和NCEP/DOE)可信度高,主要表現(xiàn)在新一代的再分析資料與觀測(cè)值有較小的相對(duì)偏差以及較高的時(shí)空關(guān)聯(lián)性。但是,由于受模式系統(tǒng)誤差、同化技術(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)誤差等因素的影響,特別是觀測(cè)系統(tǒng)誤差會(huì)在再分析產(chǎn)品中引入虛假的氣候變化信號(hào)。因此,目前還需要慎用再分析資料來(lái)估算中國(guó)區(qū)域水汽變化的長(zhǎng)期趨勢(shì)。(3) CMIP5多模式結(jié)果能夠較好地模擬出中國(guó)區(qū)域觀測(cè)水汽的時(shí)空分布特征,尤其是對(duì)中國(guó)東南部地區(qū)具有較高模擬能力。但與觀測(cè)結(jié)果相比,多模式模擬的水汽變化幅度和趨勢(shì)量級(jí)均要弱于觀測(cè)結(jié)果。在這些模式中,CanESM2和MIROC5相對(duì)于其他模式更能較好地捕捉到中國(guó)區(qū)域觀測(cè)的水汽長(zhǎng)期變化特征。(4)在不同典型濃度路徑(RCPs)情景下,多模式預(yù)估的中國(guó)水汽的未來(lái)變化情景是一種明顯上升趨勢(shì),尤其是在RCP8.5情景下的增長(zhǎng)幅度近乎是RCP4.5情景下的2倍。在高端排放情景下(RCP8.5),水汽的這種變化可能會(huì)導(dǎo)致中國(guó)一些地區(qū)出現(xiàn)干愈干、濕愈濕的分布特征。(5)水汽的長(zhǎng)期變化受氣溫和相對(duì)濕度共同影響。本文研究結(jié)果顯示,觀測(cè)資料、再分析資料以及CMIP5多模式結(jié)果所描述的地表氣溫與水汽的長(zhǎng)期變化具有較好的一致性；其中,觀測(cè)的水汽距平百分率與地表氣溫相關(guān)系數(shù)達(dá)0.65,再分析資料中兩者的關(guān)系大多在0.5-0.6之間,CMIP5模式模擬中兩者的相關(guān)系數(shù)均在0.6以上。大多數(shù)再分析資料以及模式結(jié)果能夠抓住中國(guó)區(qū)域觀測(cè)到的顯著變暖、變濕的這一變化特征,即：觀測(cè)表氣溫每上升1℃,觀測(cè)PW的相應(yīng)變化約為4.9%,即dPW/dT為4.9%K-1。相比來(lái)看,新一代再分析產(chǎn)品,如MERRA、JRA-55、 JRA-25、ERA-Interim、ERA-40等所描述的水汽與氣溫之間的關(guān)系與觀測(cè)結(jié)果較為接近,但多數(shù)CMIP5模式的模擬結(jié)果則要高于觀測(cè)結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P426
【圖文】：

共８９個(gè)臺(tái)站的均＾化大氣可降水量資料。這些站點(diǎn)在１９７０－２０１２年期間有超過(guò)８５％逡逑一日兩次（ＯＯＯＯＵＴＣ和１２００ＵＴＣ）的有效觀測(cè)值。同時(shí)為了便于比較和分析，根逡逑據(jù)臺(tái)站的稀疏分布和地形特征，把中國(guó)區(qū)域簡(jiǎn)單分為４個(gè)區(qū)域。圖２－１所展示的是逡逑這些探空站點(diǎn)的分布Ｗ及其地形特征。逡逑８０邋Ｅ邋９０邋Ｅ邋１００邋Ｅ邋．１日邋Ｅ邋＇２０邋Ｅ邐１３日邋Ｅ逡逑：■邋＿邋Ｉ邐１逡逑５００邐１０００邐２０００逡逑圖２－１邋８９個(gè)探空站點(diǎn)分布圖（圓形），地形（陰影，單位：米）。其中Ｉ區(qū)指東北部．ＩＩ區(qū)指逡逑東南部，ＩＩＩ區(qū)指西北部，ＩＶ區(qū)指西南部逡逑６逡逑

第Ｈ章中國(guó)區(qū)域水汽觀測(cè)與再分析資料的對(duì)比分析逡逑３．１偏差評(píng)估逡逑圖３－１描述的是中國(guó)區(qū)域１９７９？２０１２年水汽觀測(cè)資料與再分析資料相對(duì)偏差逡逑值（民Ｂ）的空間分布。在中國(guó)東部和北部大部分地區(qū)大多數(shù)再分析資料相對(duì)于逡逑觀測(cè)資料的偏差值均在１０－２０％之間，但

本文編號(hào)：2760834