不同温室气体排放情景下未来东北地区热量与降水资源变化特征的分析

论文摘要

气候变化对农业的影响已经成为全球关注的热点问题,尤其是作为粮食主产地的东北地区,受气候变暖的影响尤为显著。本文应用PRECIS区域气候模式模拟RCP4.5和RCP8.5温室气体排放情景下未来东北地区温度,降水以及相关农业气候资源指标的变化。本研究选取1961-1990年作为气候基准时段,用来检验模式的模拟能力和计算未来气候指标相对变化值的计算,同时将未来时段分为21世纪前期（2011-2040,2020s）,中期（2041-2070,2050s）和后期（2071-2100,2080s）。本文采用概率密度订正的方法对PRECIS的原始输出的逐日温度、降水等资料利用概率分布进行偏差订正;使用密度分布函数呈现平均温度,最低温度、最高温度和降水量及湿日数概率的分布情况;采用五日滑动平均的方法计算农业气候资源指标;然后,对未来温度、年降水量及相关气候资源指标进行预估。本研究得到的主要结果有:（1）PRECIS对东北地区温度和降水的模拟能力较好,且对温度的模拟能力好于降水。就温度来说,PRECIS的模拟结果很好地呈现了温度从南到北逐渐降低的趋势,且经过概率订正后,模拟的偏差值得到了一定程度的抵消。21世纪温度增幅均呈现从南到北递增的趋势,其中最低温度升温最快,在RCP4.5情景下,三个温度的最高增幅分别达4.4 ℃,4.6 ℃和4.2 ℃以上,末期的升温趋势较中期的有所缓和,与RCP4.5情景下CO2浓度排放路径一致。在RCP8.5情景下,温度持续升高,末期达到最高值,平均温度、最低温度和最高温度的最大增幅分别为7℃以上,7.2℃以上和6.8℃以上,该温度的时间变化趋势与RCP8.5情景下CO2的浓度排放路径一致。（2）PRECIS能够很好地模拟出东北地区年降水量和湿日数的空间分布特征,整个区域降水量呈现从东南向西北递减的趋势,湿日数在长白山地区的增量大于其他地区。在RCP4.5情景下,降水增量在21世纪末期整个区域增加量集中在80180mm,长白山地区和辽宁南部的降水增加量最多达180mm以上;湿日数在末期增加925天,在吉林的西南部湿日数增加可达25天以上。在RCP8.5情景下,预计在21世纪末期,降水增量几乎都集中在160200mm,降水增量>200mm的地区较RCP4.5情景下有所扩大;湿日数增加天数也较RCP4.5情景下偏大,21世纪末期湿日数的增量集中在1525天。（3）未来农业热量资源指标的变化趋势与RCP4.5和RCP8.5情景下CO2浓度变化相对应。预计到21世纪末,≥10℃积温（AT10）较≥0℃积温（AT0）增加的多,增加量分别集中在12001700℃·d和6001700℃·d,且从南到北增加量呈递减趋势;在RCP4.5情景下,潜在生长季（PGS）增长天数较无霜期（FFP）偏多,而在RCP8.5情景下则相反,二者的增长天数分别集中在4065天和4555天;其中三江平原增加天数最多,其次为松嫩平原和辽河平原,由此可以看出较冷的地区增暖较快。（4）东北地区为我国的粮食主产区,气候变化与作物生长密切相关。未来水稻生育期内温度（Tmon）的变化与年平均温度的趋势一致,同时与RCP4.5和RCP8.5情景下CO2浓度排放路径相对应。到21世纪末期,RCP4.5和RCP8.5情景下,温度将分别增加3.6℃和6.3 ℃以上,且在三江平原地区增温幅度最大分别为4 ℃和6.3以上。同样地,生长季内降水与年降水增量的空间分布特征相似。预计到21世纪末期,三江平原、松嫩平原和辽河平原地区降水量将分别增加40100mm,60120mm和100140mm。因此可以看出,未来增温地区与降水量增加的地区不匹配。本文系统地评估了未来东北地区主要农业气候资源指标的时空变化,研究结果能够为农业调整作物种植结构和作物品种提供科学的依据,同时为采取相应的措施提高农作物产量提供科学支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文缩略表
• 1 引言
•   1.1 研究背景
•   1.2 全球未来的气候变化预测
•     1.2.1 气候模式应用
•     1.2.2 温室气体排放情景介绍
•   1.3 国内外研究进展
•     1.3.1 应用气候模式对温度相关气候事件的模拟与预估的研究
•     1.3.2 应用气候模式对降水相关气候事件的模拟与预估的研究
•     1.3.3 气候变化对农业气候资源的影响
•     1.3.4 气候变化对资源利用率的影响
•     1.3.5 气候变化对种植制度的影响
•     1.3.6 气候变化对品种布局的影响
•   1.4 存在的问题
•   1.5 研究的目标、研究内容和技术路线
•     1.5.1 研究的目标
•     1.5.2 研究内容
•     1.5.3 技术路线
• 2 数据与方法
•   2.1 研究区域概况
•   2.2 模式及数据介绍
•     2.2.1 区域气候模拟系统PRECIS
•     2.2.2 RCPs气候情景介绍
•     2.2.3 模式数据与观测数据
•   2.3 农业气候资源指标的选取与计算方法
•     2.3.1 农业气候资源指标
•     2.3.2 研究方法简介
•     2.3.3 PRECIS数据的偏差订正
• 3 PRECIS对东北地区模拟能力的评估
•   3.1 PRECIS对东北地区年平均温度的模拟能力评估
•     3.1.1 PRECIS对东北地区平均温度空间分布模拟能力评估
•     3.1.2 PRECIS对东北地区平均温度概率密度分布特征模拟能力评估
•   3.2 模式对东北地区年降水量和湿日数的模拟能力评估
•     3.2.1 PRECIS对东北地区年降水量空间分布模拟能力评估
•     3.2.2 PRECIS对东北地区年降水量概率分布模拟能力评估
•   3.3 PRECIS对东北地区热量资源的模拟能力验证
•     3.3.1 PRECIS对东北地区≥0oC和≥10oC活动积温的模拟能力评估
•     3.3.2 PRECIS对东北地区潜在生长季和无霜期的模拟能力的评估
•   3.4 小结
• 4 PRECIS对东北地区未来气候情景的预估
•   4.1 东北地区年平均温度的长期变化趋势
•     4.1.1 东北地区年平均温度的空间变化特征
•     4.1.2 东北地区年平均温度的时间变化趋势
•     4.1.3 东北地区年平均温度的概率密度分布特征变化
•   4.2 东北地区年降水量和湿日数的长期变化趋势
•     4.2.1 东北地区年平均降水量和湿日数的空间变化特征
•     4.2.2 东北地区年平均降水量和湿日数的时间变化趋势
•     4.2.3 东北地区年平均降水量和湿日数的概率密度分布特征变化
•   4.3 未来东北地区热量资源指标的情景预估
•     4.3.1 未来东北地区≥10℃和≥0℃活动积温相对于气候基准时段的变化
•     4.3.2 未来东北地区潜在生长季和无霜期相对于气候基准时段的变化
•     4.3.3 未来东北地区潜在生长季、无霜期和AT0 初日、终日的时间变化
•   4.4 小结
• 5 未来作物生长季内温度和降水的变化
•   5.1 未来情景下东北地区作物生长季内温度和降水的空间变化
•   5.2 未来情景下东北地区作物生长季内温度和降水的时间变化
•   5.3 未来情景下东北地区作物生长季内温度和降水的概率密度分布特征变化
•   5.4 小结
• 6 结论与讨论
•   6.1 结论
•   6.2 讨论
•   6.3 本文研究的创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位论文期间发表文章

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李新华

导师: 许吟隆

关键词: 气候变暖,降水量,无霜期,潜在生长季,东北地区

来源: 沈阳农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 沈阳农业大学

分类号: P467

DOI: 10.27327/d.cnki.gshnu.2019.000100

总页数: 76

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