CMIP5模式对北半球气候的模拟性能评估及订正研究

发布时间：2020-07-16 05:52

【摘要】：基于气候漂移和多重线性回归的订正方法,本文对第五次国际耦合模式比较计划CMIP5的26个模式模拟北半球历史时期(1956~2005年)月平均降水场、温度场、海平面气压场以及水汽输送场进行了订正研究,并对未来(2006~2055年)这些要素场的预测进行了订正和预估。研究中,分别选取英国东英格利亚大学提供的CRU(Climatic Research Unit)月平均降水和温度的观测资料,美国NOAA中心的NCEP海平面气压数据集、欧洲中心中短期气候预测的CERA20C风场、地表气压场、比湿场作为评估模式订正的参考资料。研究中,对历史时期订正前与订正后的各气象变量在北半球各纬度带的分布及其时间序列变化进行了分析,并基于历史时期建立的回归方程来对不同碳排放情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)未来50年的变化趋势进行了订正和预估,主要结论如下:(1)在历史时期,北半球各纬度带上CMIP5多模式集合平均对温度的空间分布模拟能力最优,其次是降水场和海平面气压场,模拟能力最差的是水汽输送场,对各要素时间序列变化的评估,温度最优,其次是水汽输送场和降水,最差的是海平面气压场,模式能较好地模拟出20世纪80年代后温度开始突变递增的现象。(2)通过对四个变量在北半球空间分布评估发现,模式与参照场之间存在一定的偏差,特别是模式对低纬度印度洋面上的纬向水汽输送预估能力偏弱,对北太平洋面上的向西经向输送预估偏强,北大西洋向东经向水汽输送模拟偏强;而在高原大地形上,模式降水量预估偏大,温度预估偏低,而海平面气压值高、低压中心强度预估过强。在降水场、水汽输送场、海平面气压场的时间序列变化评估表明,模式模拟的三个纬度带上增减波动幅度皆偏弱,特别在中纬度带上与参照场存在较大的偏差。(3)在低纬度上模式模拟的经向水汽输送值普遍偏高,在水汽输送高值中心,模式预估的降水量偏小,而在撒哈拉沙漠以南的降水量预估偏高,在亚洲季风区域的北上纬向水汽输送预估偏弱,降水量模拟偏低,海平面预估偏低;在中纬度带上,洋面上的北上纬向水汽输送模拟偏强,同样地在亚洲东海岸和北美洲西岸降水量预估也偏强,温度预估偏小,同时该区域的阿留申低压中心值预估偏强,范围偏大,在亚-欧大陆西海岸上的水汽经向输送预估偏强,在欧洲和东欧平原的降水量预估也偏大;在高纬度带上,模式预估格陵兰岛上的降水量和温度偏低,在格陵兰岛南部的低压中心预估偏强。(4)在未来预估阶段,不同碳排放情景下的预估趋势不尽相同。在水汽输送场、海平面气压场、降水量场中,订正后的RCP8.5碳排放情景下的各变量值预估效果较好,其次是RCP4.5和RCP2.6,但是降水场中的未来冷季预估则是订正后的RCP4.5碳排放情景下较好,而在温度场中,经过简单气候漂移订正后,其在RCP8.5碳排放情景下预估能力最优。(5)订正后的北半球海平面气压场低压系统强度增强,高压中心有微弱增加趋势;在订正后的未来降水场中北半球平均降水量在中、高纬度的复杂地形区域将呈现减小趋势,而在低纬度高原大地形区域的降水量呈现递增的趋势;而水汽输送场在未来预估阶段较为明显的变化是的北太平样北上暖流强度将减弱。其未来50年逐年预估线性递增趋势较订正前变缓。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426
【图文】：

路径图,水汽输送,集合平均,多模式

3.4.1 年平均水汽输送量订正图 3.2给出的是对25个CMIP5 模拟的历史时期年平均水汽输送路径的订正结果及与欧洲中心的 CERA20C 再分析资料结果的对比。由图 3.2 可见，CMIP5 多模式集合平均模拟的北半球年平均水汽输送在非洲的阿赞德高原至苏丹草原区域的向西经向输送、欧洲至西亚地区的向东经向输送、北太平洋暖流向东经向水汽输送模拟偏强，水汽输送量值模拟偏高，订正后上述地区的多年平均降水量与 CERA20C 结果（参见图 3.2c）一致。另外在北半球的几个季风区域的水汽输送强度预估皆偏弱，如 45°E 的索马里越

水汽输送,低纬度,北半球,年平均

与 CERA20C 再分析资料结果相比，CMIP5 模式高估了低纬度水汽输送量的量值，特别在 10-20°N（图3.4 a）和 20-30°N（图 3.4 b）纬度带上的预估过高较为明显，平均比 CERA20C 再分析资料结果高 10 kg/(ms)左右，但其预估历史时期年代际变化幅度的能力偏弱。经过简单气候漂移订正和多重线性回归订正后，模式集合平均对低纬度的多年平均水汽输送通量值预估与参照场的结果较为一致，特别在 0-20°N 上订正后的结果与参照场的拟合度较高，也说明本研究所用的订正方法对热带雨林气候和热带季风气候区南部的水汽输送通量订正效果较好。同低纬度地区，CMIP5 模式也高估了中纬度（30°N-60°N）地区（图 3.5）的多年平均水汽输送量值。如图 3.5 所示，CMIP5 模式对中纬度地区的水汽输送量值高估约 8kg/(m s)左右，尤其在上世纪 90 年代之后年预估量值过高尤为明显；订正后的水汽输

北半球,兰州大学,硕士学位论文,中纬度

北半球中纬度带年平均水汽输送量的订正结果

【参考文献】