基于CMIP5模式在中国地区温度与降水的模拟评估及集合预报方法研究

发布时间：2017-12-08 01:01

本文关键词：基于CMIP5模式在中国地区温度与降水的模拟评估及集合预报方法研究

【摘要】：本文评估了 CMIP5中27个气候模式及其集合平均对中国地区温度和降水的模拟效果,并对多模式集合的确定性预报和概率预报进行了研究,针对集合的确定性预报,本文设计一种区域最优权重模型(Op-SE)对传统的集合方法进行改进,将其与等权集合方法(EE)和经典的超级集合方法(SE)作对比,另外评估检验了 CMIP5得到的气候集合概率预报结果,并使用Op-SE和集合概率预报模型对21世纪未来温度和降水的变化进行预估,结果表明:CMIP5全球气候模式能较好的模拟温度的时空变化特征,但模拟结果存在系统性偏低,而模式对降水的时间变化模拟则有限,并在中国北部、东北和西北部存在高估,在华南、华东地区存在大部分低估。温度模拟的模式间标准差在冬季最大、夏季最小,降水反之,且模式对降水模拟的一致性显著低于温度。就相关系数而言,温度在夏季最优,冬季最差,而降水的相关性较弱,其中秋季相对最优,冬夏两季的相关系数均未通过显著性水平为0.1的显著性检验。对比27个模式结果与观测的相对均方根误差和距平时间相关系数,发现模式在不同地区的模拟效果存在差异,但等权集合平均结果在中国各个区域均优于单模式模拟。将区域最优权重模型(Op-SE)模拟结果与等权集合(EE)、超级集合(SE)进行对比,得到优化后回归方程的F统计量较优化前有显著提高。对比模式预报与观测的距平相关系数(ACC),发现Op-SE模拟结果与观测的相关系数普遍高于EE和SE,其中温度模拟在中国中东部改进明显,尤其是华东地区,但在西北和青藏高原部分地区,Op-SE改进不明显;而降水的ACC相对普遍较弱,但Op-SE在新疆中西部、西北东部、华北地区、华东地区改进较大。对于均方根误差(RMSE)而言,Op-SE和SE较EE有明显改进,特别在青藏高原地区,温度的RMSE由7.66℃改进到1.4℃,降水的RMSE降低了 69%,另外,Op-SE在大部分区域优于SE,尤其在中国东部。而且Op-SE在异常天气的模拟上表现也最优,EE最差。模式的概率预报技巧与ACC的空间分布一致。温度在非洲大陆、太平洋和大西洋西侧,以及北半球的预报技巧相对较高,且北半球的预报能力要优于南半球,但欧亚大陆的技巧相对偏低,降水在热带地区的预报技巧明显高于其他地区。另外,在东亚地区,模式表现出在低概率低估、高概率高估的特征。在三分类事件中,模式对于温度偏低和偏高事件的预报能力优于正常事件,对降水正常事件的预报能力优于其他两类事件。模式集合预报的概率多集中在0.3-0.4,极少出现预报概率为1的高概率事件,说明模式对于预报事件发生的一致性较差。使用训练期建立的最优权重模型预估中国地区21世纪未来气候变化,发现在21世纪前期(2016-2035),三种不同温室气体排放情景下的预估结果差别不大,而在21世纪中后期(2046-2100)差别开始明显。中国东北地区和西北地区的温度和降水最先增加,这种变化在21世纪后期更为显著。另外,概率预报的空间分布与确定性预报一致,并且随着时间的增加,模式在偏低事件(BN)和正常事件(NN)的预报概率不断减少,在偏高事件(AN)的概率不断增加,尤其在RCP8.5的情景下增加速率最快,其中温度在21世纪后期的概率接近1,降水则达到0.45,远高于其他两类事件。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P456.7

【参考文献】

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1 智协飞;赵欢;朱寿鹏;葛非;;基于CMIP5多模式回报资料的地面气温超级集合研究[J];大气科学学报;2016年01期

2 张艳武;张莉;徐影;;CMIP5模式对中国地区气温模拟能力评估与预估[J];气候变化研究进展;2016年01期

3 张冰;巩远发;徐影;张帅;;CMIP5全球气候模式对中国地区干旱变化模拟能力评估[J];干旱气象;2014年05期

4 胡芩;姜大膀;范广洲;;CMIP5全球气候模式对青藏高原地区气候模拟能力评估[J];大气科学;2014年05期

5 陈晓晨;徐影;许崇海;姚遥;;CMIP5全球气候模式对中国地区降水模拟能力的评估[J];气候变化研究进展;2014年03期

6 智协飞;彭婷;李刚;王佳;王晶;;多模式集成的概率天气预报和气候预测研究进展[J];大气科学学报;2014年02期

7 周天军;邹立维;;IPCC第五次评估报告全球和区域气候预估图集评述[J];气候变化研究进展;2014年02期

8 胡国权;赵宗慈;;IPCC第五次评估报告中所用的气候模式有进步吗?[J];气候变化研究进展;2014年01期

9 刘长征;杜良敏;柯宗建;陈丽娟;贾小龙;艾秀;;国家气候中心多模式解释应用集成预测[J];应用气象学报;2013年06期

10 李振朝;韦志刚;吕世华;高艳红;韩博;李锁锁;奥银焕;陈昊;;CMIP5部分模式气温和降水模拟结果在北半球及青藏高原的检验[J];高原气象;2013年04期