未来30年亚洲季风及海温的情景预估与订正

论文摘要

本文利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）提供的再分析ERA-20C和ERA-Interim数据集中的逐月海温、水平风场、比湿和海平面气压等再分析资料,以及英国东英格利亚大学气候研究所（Climatic Research Unit,CRU）提供的全球陆地格点分析数据集（CRU TS v4.0）中的月降水资料作为参考态,针对参与国际耦合模式比较计划第五阶段（Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5,CMIP5）的24个全球气候模式中以上变量的历史模拟和未来排放情景（RCP4.5）下的多模式预估输出数据,首先对2006-2015年全球海温、亚洲的降水和对流层中下层水汽输送预估等的偏差,从时空分布、季节变化等多个方面进行分析,在此基础上利用扣除气候漂移、一元（对数）线性回归、一元年际增量回归、经验正交函数分解（EOF）法和贝叶斯模式平均（Bayesian Model Average method,BMA）法等方法设计了多种订正方案,对RCP4.5情景下2006-2015年全球海温、亚洲的降水和对流层中下层水汽输送预估偏差等进行订正,并通过计算距平相关系数（ACC）、均方根误差（RMSE）和距平同号率（AR）等指标对订正结果进行评估,筛选出相对较好的方法对未来30年（2016-2045年）全球海温、亚洲的降水和对流层中下层水汽输送等多模式预估结果进行统计订正。主要结论总结如下:CMIP5多模式集合能较好地预估2006-2015年全球海表温度的空间分布和季节变化。模式海温在赤道及低纬度中东太平洋和南半球中纬度的预估偏高2K左右,在北太平洋、赤道西太平洋、北大西洋和印度洋预估偏低1-2K,冬季海温预估偏暖甚于夏季。对2006-2015年的模式海温预估检验表明,订正可以有效减小预估偏差,订正后大部分海区海温偏差在±1K以内,预估海温偏高的区域主要集中在赤道及低纬度海洋,尤其是赤道太平洋;而预估偏低的区域位于北太平洋、北大西洋北部和南半球中纬度大部分海区。单一海区评估表明,太平洋和大西洋的RESM和AR优于印度洋。相对于1976-2005年平均,未来30年全球海温普遍升高,北太平洋北部及北大西洋北部增温1K左右,赤道及低纬度海区增温0.5-1K,南半球中纬度普遍增温0.5K左右。RCP4.5情景下,2006-2015年亚洲北部大部分地区模式降水预估偏多60%以上,其中年和暖季降水在印度半岛及中国东南沿海预估偏少50-60%,冷季降水预估普遍偏多。经一元对数回归订正后年降水偏差减少至±20%左右,冷季降水偏差略大于年和暖季。订正后降水距平及距平同号分布,以及降水评估指标统计检验表明,一元对数回归在亚洲北部优于一元年际增量回归,而在亚洲南部则相反。这说明在亚洲中纬度和低纬度,降水序列具有不同的统计性质。据此说明模式降水的回归订正方案具有区域性,在不同区域应该选择相对最优的订正方法。利用区域组合订正法,即在亚洲南部（31°N以南,60°E以东）用一元年际增量回归订正,其余地区用一元对数回归订正,订正后2006-2015年年降水预估场的ACC和AR分别达0.218、59.8%,高于任一线性回归订正结果。相对于1976-2005年平均,组合订正后未来30年（2016-2045年）年和暖季降水在印度半岛、中南半岛及中国西北中部和东南沿海降水偏多10-40%,在青藏高原西南、中国西北北部、西南地区、江南中部及东北地区偏少10-40%,冷季在印度半岛大部、中南半岛、中国西北大部、西南地区、东南沿海及东北地区降水偏少20-40%。考虑地形影响,季风可用对流层中下层水汽输送通量近似表示。虽然CMIP5多模式集合可以较好地再现出亚洲对流层中下层水汽输送的季节特征,但依旧存在明显的偏差。2006-2015年亚洲对流层中下层水汽输送预估在夏季偏弱,而冬季预估偏强。夏季水汽输送主要在阿拉伯海、印度半岛预估偏少120kg/（m·s）左右,在青藏高原附近区域预估偏多100-120kg/（m·s）,冬季在印度洋及中国东海及其附近北太平洋预估偏多100-150kg/（m·s）。经扣除气候漂移、一元线性回归和一元年际增量回归订正后水汽输送偏差明显减小,但在某些区域偏差仍然较大,如印度半岛、中南半岛、孟加拉湾及中国沿海等地。从订正结果看,以上三种订正方法的订正结果优于EOF订正法。未来30年对流层中下层水汽输送在亚洲南部增多40kg/（m·s）左右,其余地区普遍增多20kg/（m·s）以内。夏季变化明显带位于印度洋赤道以北的阿拉伯海,印度半岛,中南半岛,中国南海,到东海这一带,冬季变化主要分布在赤道西太平洋、阿拉伯海、日本海及北太平洋。总而言之,对亚洲的降水和季风的预估和订正分析表明,在气候变暖背景下,未来30年亚洲季风格局发生了较明显变化。亚州西部,南亚季风区北部和南端,中南半岛北部和南部,中国大陆南方和西北地区降水趋于减少,未来季风变化可能导致以上等地出现干旱少雨气候,而在印度半岛中部,中南半岛北部,中国三江源到淮河流域一带降水呈现增多趋势,易发生洪涝灾害。值得注意的是,以上气候预估存在一定的不确定性,仅供用户参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究进展
•   1.3 本文研究内容
•   1.4 论文章节安排
• 第二章 资料与方法
•   2.1 资料介绍
•     2.1.1 再分析数据
•     2.1.2 CMIP5模式介绍
•   2.2 订正方法
•     2.2.1 气候漂移订正法
•     2.2.2 经验正交函数法
•     2.2.3 一元线性回归法
•     2.2.4 贝叶斯模式平均法
•   2.3 模式结果评估方法
• 第三章 模式海温指数偏差订正
•   3.1 历史时期海温指数
•   3.2 订正后海温指数预估
•   3.3 本章小结
• 第四章 全球模式海温预估及偏差订正
•   4.1 历史海温偏差
•     4.1.1 历史海温偏差及分解
•     4.1.2 模式海温预估偏差
•   4.2 模式海温偏差订正
•     4.2.1 气候漂移订正
•     4.2.2 经验正交函数订正
•     4.2.3 一元线性回归订正
•     4.2.4 一元年际增量回归订正
•     4.2.5 贝叶斯模式平均（BMA）订正
•   4.3 模式海温订正评估
•   4.4 未来30 年情景海温预估
•   4.5 本章小结
• 第五章 亚洲情景降水预估及偏差订正
•   5.1 亚洲观测降水距平
•   5.2 亚洲模式降水距平
•   5.3 模式降水偏差订正
•     5.3.1 一元对数回归订正
•     5.3.2 一元年际增量回归订正
•   5.4 模式降水订正评估
•   5.5 未来30 年情景降水预估
•   5.6 本章小结
• 第六章 亚洲情景季风预估及偏差订正
•   6.1 亚洲模式季风偏差
•   6.2 亚洲模式季风偏差订正
•     6.2.1 气候漂移订正
•     6.2.2 一元线性回归订正
•     6.2.3 一元年际增量回归订正
•     6.2.4 经验正交函数订正
•   6.3 模式季风订正评估
•   6.4 未来30 年情景季风预估
•     6.4.1 气候漂移订正
•     6.4.2 一元线性回归订正
•     6.4.3 一元年际增量回归订正
•     6.4.4 经验正交函数订正
•   6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 研究展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨阳

导师: 戴新刚

关键词: 亚洲季风,情景预估,降水,水汽输送,偏差订正

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,海洋学

单位: 兰州大学

分类号: P425.42;P731.3

总页数: 69

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