基于区域气候模型（RegCM4.3）的印度河上游西北流域片水量变化研究

发布时间：2018-01-08 02:31

本文关键词：基于区域气候模型（RegCM4.3）的印度河上游西北流域片水量变化研究　出处：《清华大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：南亚多变的气候,以及兴都库什山脉、喀喇昆仑山脉、喜马拉雅山脉所处山区的复杂地形,给应用区域气候模型(RCMs)模拟重现已观测到的气候现象带来了巨大挑战。南亚夏季季风的多变性对整个南亚次大陆的经济、生态系统、农业、水资源均产生显著影响。巴基斯坦地处南亚季风系统的西边界,其西北部地区包括印度河上游的区域受南亚季风型降雨系统影响而尤为脆弱。七月和八月的季风降雨会导致巴基斯坦出现大范围的洪水和破坏,气候变化对印度河流域的影响将会进一步加剧该地区的干旱和洪水灾害,因此十分有必要对其影响进行深入的定量化研究,以期探寻应对之策。为了研究气候变化的影响,需要开展区域气候模型应用于特定研究区域的敏感性实验。本论文采用两种陆地表面机制分别对国际理论物理中心(ICTP)开发的区域气候模型(ICTP-RegCM4.3)加以研究,以获得针对南亚地区的最佳模型参数设定。这两种陆地表面机制包括:生物圈-大气传递机制(BATS)和社区土地机制(CLM3.5)。本研究进行了3种积云传送机制下的6个敏感性试验,结果发现,混合传送机制下的RegCM4.3和CLM3.5耦合(MIX-CLM)能够比BATS方法得到更好的模拟效果。采用MIX-CLM模型,寒冷冬季偏差以及兴都库什山脉、喀喇昆仑山脉、喜马拉雅山脉、印度中部山麓丘陵的干湿强度偏差都得到了显著降低。在季节差异方面,研究结果表明,在不同地区,不同的传送机制有着不同的表现。MIX-CLM模型虽然还存在一些不足,但是已经能够提高模型在许多区域的模拟能力。通过基于最佳的物理参数的模拟结果与现代气候观测数据进行对照,对RegCM4.3模型进行了进一步验证。为了开展基于区域和全球气候模型预测结果来探究南亚夏季季风的可能变化,本研究利用RegCM4.3模型开展了大量模拟工作,这些模拟工作是在美国海洋气象局地球物理流体力学实验室(NOAA-GFDL)开发的全球气候模型GFDL-ESM2M(GCM)所驱动的25公里精细水平分辨率,以及在中等(RCP4.5)和最强(RCP8.5)代表性浓度路径下进行的。利用分别来自气候研究机构(CRU)、亚洲降水高分辨观测数据综合趋势评估(APHRODITE)、欧洲中尺度气象预报中心(ECMWF)的全球再分析数据(ERAIM)和美国国家环境预测中心能源部(NCEP-DOE)所提供的温度、降雨、风场数据进行再分析,对模型的表现进行了评估,模拟的基准时段是1976-2005年。由夏季季风产生的区域特征,诸如低层急流和北阿拉伯海西风,均能被RegCM4.3模型很好地再现。西高止山脉超常降雨的概率,包含了雨季所增强的西南气流以及模型偏差对气候变化的影响。当季风接近喜马拉雅山麓时,降水的总量和强度在空间分布上都将被减弱。基于RCP4.5和RCP8.5浓度情景对温度变化进行了预测,与Besham和Khairabad这两个流域相比,Noshera流域在6月份到8月份的温度变化最为强烈。基于上述方法预测的年降水量,在两种情景下都表现出增长的趋势。利用水文工程中心的水文模型系统(HEC-HSM)预测了印度河上游西北流域片(NUIB)在RCP4.5和RCP8.5浓度情景下流量和流速对气候变化预测结果的响应。通过调整HEC-HSM模型参数对其进行率定,以使其能够模拟已观测到的流量变化。采用三个统计量(NCE,R2和PBIAS)作为满意度指标,对HECHMS模型在印度河上游西北流域片Besham、Noshera和Khairabad三个子流域的模拟效果进行了评估。采用经过偏差修正的RegCM4.3模拟生成的温度和降雨时间序列数据,作为率定后的HEC-HSM模型的输入,来预测NUIB流域在未来(2070-2099)的流量和流速对气候变化情景的响应。研究结果表明,到2100年,尽管存在明显的季节差异,但是该流域的年平均径流总量将会持续增长。NUIB流域在夏季和冬季持续增加的降雨和径流,表明由RegCM4.3模拟的气候变化特征被真实地反映到HEC-HMS模型中。无论是基于频次还是水量,最大峰值径流量均将出现在七月和八月,这将给季风期间的巴基斯坦带来额外的洪水风险。冬季流量的变化幅度比夏季更大,体现了北大西洋震荡和厄尔尼诺南部震荡的变暖阶段对巴基斯坦和阿富汗可能产生的降雨气象效应。尽管还存在一些瑕疵和不确定性,本研究的结果对协调区域缩小规模实验(CORDEX)项目和南亚尤其是巴基斯坦NUIB区域的气候变化影响评估有显著贡献。
[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 .

【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P343;P467

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