本文關(guān)鍵詞：基于區(qū)域氣候模型（RegCM4.3）的印度河上游西北流域片水量變化研究　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：南亞多變的氣候,以及興都庫(kù)什山脈、喀喇昆侖山脈、喜馬拉雅山脈所處山區(qū)的復(fù)雜地形,給應(yīng)用區(qū)域氣候模型(RCMs)模擬重現(xiàn)已觀測(cè)到的氣候現(xiàn)象帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。南亞夏季季風(fēng)的多變性對(duì)整個(gè)南亞次大陸的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)、水資源均產(chǎn)生顯著影響。巴基斯坦地處南亞季風(fēng)系統(tǒng)的西邊界,其西北部地區(qū)包括印度河上游的區(qū)域受南亞季風(fēng)型降雨系統(tǒng)影響而尤為脆弱。七月和八月的季風(fēng)降雨會(huì)導(dǎo)致巴基斯坦出現(xiàn)大范圍的洪水和破壞,氣候變化對(duì)印度河流域的影響將會(huì)進(jìn)一步加劇該地區(qū)的干旱和洪水災(zāi)害,因此十分有必要對(duì)其影響進(jìn)行深入的定量化研究,以期探尋應(yīng)對(duì)之策。為了研究氣候變化的影響,需要開(kāi)展區(qū)域氣候模型應(yīng)用于特定研究區(qū)域的敏感性實(shí)驗(yàn)。本論文采用兩種陸地表面機(jī)制分別對(duì)國(guó)際理論物理中心(ICTP)開(kāi)發(fā)的區(qū)域氣候模型(ICTP-RegCM4.3)加以研究,以獲得針對(duì)南亞地區(qū)的最佳模型參數(shù)設(shè)定。這兩種陸地表面機(jī)制包括:生物圈-大氣傳遞機(jī)制(BATS)和社區(qū)土地機(jī)制(CLM3.5)。本研究進(jìn)行了3種積云傳送機(jī)制下的6個(gè)敏感性試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),混合傳送機(jī)制下的RegCM4.3和CLM3.5耦合(MIX-CLM)能夠比BATS方法得到更好的模擬效果。采用MIX-CLM模型,寒冷冬季偏差以及興都庫(kù)什山脈、喀喇昆侖山脈、喜馬拉雅山脈、印度中部山麓丘陵的干濕強(qiáng)度偏差都得到了顯著降低。在季節(jié)差異方面,研究結(jié)果表明,在不同地區(qū),不同的傳送機(jī)制有著不同的表現(xiàn)。MIX-CLM模型雖然還存在一些不足,但是已經(jīng)能夠提高模型在許多區(qū)域的模擬能力。通過(guò)基于最佳的物理參數(shù)的模擬結(jié)果與現(xiàn)代氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照,對(duì)RegCM4.3模型進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證。為了開(kāi)展基于區(qū)域和全球氣候模型預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)探究南亞夏季季風(fēng)的可能變化,本研究利用RegCM4.3模型開(kāi)展了大量模擬工作,這些模擬工作是在美國(guó)海洋氣象局地球物理流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室(NOAA-GFDL)開(kāi)發(fā)的全球氣候模型GFDL-ESM2M(GCM)所驅(qū)動(dòng)的25公里精細(xì)水平分辨率,以及在中等(RCP4.5)和最強(qiáng)(RCP8.5)代表性濃度路徑下進(jìn)行的。利用分別來(lái)自氣候研究機(jī)構(gòu)(CRU)、亞洲降水高分辨觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合趨勢(shì)評(píng)估(APHRODITE)、歐洲中尺度氣象預(yù)報(bào)中心(ECMWF)的全球再分析數(shù)據(jù)(ERAIM)和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心能源部(NCEP-DOE)所提供的溫度、降雨、風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析,對(duì)模型的表現(xiàn)進(jìn)行了評(píng)估,模擬的基準(zhǔn)時(shí)段是1976-2005年。由夏季季風(fēng)產(chǎn)生的區(qū)域特征,諸如低層急流和北阿拉伯海西風(fēng),均能被RegCM4.3模型很好地再現(xiàn)。西高止山脈超常降雨的概率,包含了雨季所增強(qiáng)的西南氣流以及模型偏差對(duì)氣候變化的影響。當(dāng)季風(fēng)接近喜馬拉雅山麓時(shí),降水的總量和強(qiáng)度在空間分布上都將被減弱�；赗CP4.5和RCP8.5濃度情景對(duì)溫度變化進(jìn)行了預(yù)測(cè),與Besham和Khairabad這兩個(gè)流域相比,Noshera流域在6月份到8月份的溫度變化最為強(qiáng)烈�；谏鲜龇椒A(yù)測(cè)的年降水量,在兩種情景下都表現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)。利用水文工程中心的水文模型系統(tǒng)(HEC-HSM)預(yù)測(cè)了印度河上游西北流域片(NUIB)在RCP4.5和RCP8.5濃度情景下流量和流速對(duì)氣候變化預(yù)測(cè)結(jié)果的響應(yīng)。通過(guò)調(diào)整HEC-HSM模型參數(shù)對(duì)其進(jìn)行率定,以使其能夠模擬已觀測(cè)到的流量變化。采用三個(gè)統(tǒng)計(jì)量(NCE,R2和PBIAS)作為滿意度指標(biāo),對(duì)HECHMS模型在印度河上游西北流域片Besham、Noshera和Khairabad三個(gè)子流域的模擬效果進(jìn)行了評(píng)估。采用經(jīng)過(guò)偏差修正的RegCM4.3模擬生成的溫度和降雨時(shí)間序列數(shù)據(jù),作為率定后的HEC-HSM模型的輸入,來(lái)預(yù)測(cè)NUIB流域在未來(lái)(2070-2099)的流量和流速對(duì)氣候變化情景的響應(yīng)。研究結(jié)果表明,到2100年,盡管存在明顯的季節(jié)差異,但是該流域的年平均徑流總量將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。NUIB流域在夏季和冬季持續(xù)增加的降雨和徑流,表明由RegCM4.3模擬的氣候變化特征被真實(shí)地反映到HEC-HMS模型中。無(wú)論是基于頻次還是水量,最大峰值徑流量均將出現(xiàn)在七月和八月,這將給季風(fēng)期間的巴基斯坦帶來(lái)額外的洪水風(fēng)險(xiǎn)。冬季流量的變化幅度比夏季更大,體現(xiàn)了北大西洋震蕩和厄爾尼諾南部震蕩的變暖階段對(duì)巴基斯坦和阿富汗可能產(chǎn)生的降雨氣象效應(yīng)。盡管還存在一些瑕疵和不確定性,本研究的結(jié)果對(duì)協(xié)調(diào)區(qū)域縮小規(guī)模實(shí)驗(yàn)(CORDEX)項(xiàng)目和南亞尤其是巴基斯坦NUIB區(qū)域的氣候變化影響評(píng)估有顯著貢獻(xiàn)。
[Abstract]:The regional climate model ( ICTP - RegCM4.3 ) developed by the International Theoretical Physics Center ( ICTP ) has been studied in this paper . In order to study the impacts of climate change , the regional climate model ( ICTP - RegCM4.3 ) , which has been developed by the International Theoretical Physics Centre ( ICTP ) , has been further validated . The results show that by 2100 , the annual average runoff will increase . The results show that the climate change characteristics simulated by RegCM4.3 will increase in July and August . The results show that the climate change characteristics simulated by RegCM4.3 will be reflected in July and August . In spite of some flaws and uncertainties , the results of this study have a significant contribution to the assessment of climate change impacts in the coordinated regional scale - down scale experiment ( CORDEX ) project and South Asia , especially in the NUB region of Pakistan .

【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P343;P467

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