【摘要】：水汽(Precipitable Water,簡稱PW)是地球系統(tǒng)中最豐富、也是最重要的溫室氣體之一,在全球水分和能量循環(huán)中扮演著重要角色,是地球系統(tǒng)中物質(zhì)、能量傳輸?shù)募~帶,對天氣和氣候變化有著非常重要的影響。水汽反饋是影響氣候系統(tǒng)敏感性的最大反饋作用之一,能夠放大其他溫室氣體增暖的效應(yīng),并可能導致極端天氣和氣候事件的發(fā)生趨多趨強。因此,系統(tǒng)分析大氣水汽的時空分布特征及其長期變化趨勢,評估水汽反饋的區(qū)域和全球氣候效應(yīng),對于我們深入認識和理解全球變暖背景下區(qū)域氣候變化及其響應(yīng)機理具有重要意義。本研究基于最新均一化的高空濕度觀測資料,并結(jié)合多種全球大氣再分析資料以及數(shù)值模擬結(jié)果,系統(tǒng)分析近幾十年來中國區(qū)域高空水汽的時空分布特征及其長期趨勢,并預(yù)估其未來變化情景,評估水汽變化與中國區(qū)域氣候增暖之間的關(guān)系,為中國區(qū)域氣候變化的影響評估提供科學依據(jù)。因此,本研究首先應(yīng)用均一化探空觀測資料系統(tǒng)評估了NCEP/NCAR, NCEP/DOE, MERRA, JRA-55, JRA-25, ERA-Interim, ERA-40, CFSR和20CR等9種全球大氣再分析產(chǎn)品在中國區(qū)域大氣水汽變化中的適用性問題；然后基于觀測結(jié)果系統(tǒng)評估了國際耦合模式比較計劃第五階段(CMIP5)多模式結(jié)果(BCC-CSM1.1,BCC-CSM1.1(m), CanESM2, CNRM-CM5, MIROC5, MRI-CGCM3和NorESM1-M)對中國區(qū)域大氣水汽變化的模擬能力,并在此基礎(chǔ)上分析了不同“典型濃度路徑”(RCPs)下未來水汽變化情景；最后進一步估算了地表氣溫變化與水汽變化之間的定量關(guān)系,明晰區(qū)域水汽反饋的區(qū)域氣候效應(yīng)及其不確定性。由于觀測資料自1970年代以后才比較連續(xù),因此本研究主要關(guān)注1970年代以后中國區(qū)域水汽變化及其反饋效應(yīng)。主要研究方法包括：誤差百分比分析、趨勢分析、時間序列分析、泰勒(Taylor)分析、經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分析等。本研究的主要結(jié)論總結(jié)如下：(1)在中國大陸大部分地區(qū)大多數(shù)再分析產(chǎn)品都能較好地描述觀測值的氣候?qū)W特征,尤其是在中國東部地區(qū)觀測值和再分析值的相對偏差在20%以內(nèi),但是在中國西部可達20%-40%,而在青藏高原西北部的偏差則高達60%及以上。大多數(shù)再分析資料都能較好地描繪中國東部和北部大部分地區(qū)水汽觀測值的季節(jié)和年際變化,但在西部大部分地區(qū)的質(zhì)量則較差,尤其是在青藏高原地區(qū)。通過經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分解表明：再分析資料所描述的前兩個主要模態(tài)以及與之對應(yīng)的時間序列(PCs)與觀測結(jié)果均具有較高的相關(guān)性；其中,20CR再分析產(chǎn)品能夠更好地描述與ENSO變化相聯(lián)系的EOF第二觀測模態(tài)的時空演變特征。(2)相比而言,新一代的再分析資料(如：ERA-40, ERA-Interim, MERRA,JRA-55和JRA-25)比第一代的再分析資料(NCEP/NCAR和NCEP/DOE)可信度高,主要表現(xiàn)在新一代的再分析資料與觀測值有較小的相對偏差以及較高的時空關(guān)聯(lián)性。但是,由于受模式系統(tǒng)誤差、同化技術(shù)和觀測系統(tǒng)誤差等因素的影響,特別是觀測系統(tǒng)誤差會在再分析產(chǎn)品中引入虛假的氣候變化信號。因此,目前還需要慎用再分析資料來估算中國區(qū)域水汽變化的長期趨勢。(3) CMIP5多模式結(jié)果能夠較好地模擬出中國區(qū)域觀測水汽的時空分布特征,尤其是對中國東南部地區(qū)具有較高模擬能力。但與觀測結(jié)果相比,多模式模擬的水汽變化幅度和趨勢量級均要弱于觀測結(jié)果。在這些模式中,CanESM2和MIROC5相對于其他模式更能較好地捕捉到中國區(qū)域觀測的水汽長期變化特征。(4)在不同典型濃度路徑(RCPs)情景下,多模式預(yù)估的中國水汽的未來變化情景是一種明顯上升趨勢,尤其是在RCP8.5情景下的增長幅度近乎是RCP4.5情景下的2倍。在高端排放情景下(RCP8.5),水汽的這種變化可能會導致中國一些地區(qū)出現(xiàn)干愈干、濕愈濕的分布特征。(5)水汽的長期變化受氣溫和相對濕度共同影響。本文研究結(jié)果顯示,觀測資料、再分析資料以及CMIP5多模式結(jié)果所描述的地表氣溫與水汽的長期變化具有較好的一致性；其中,觀測的水汽距平百分率與地表氣溫相關(guān)系數(shù)達0.65,再分析資料中兩者的關(guān)系大多在0.5-0.6之間,CMIP5模式模擬中兩者的相關(guān)系數(shù)均在0.6以上。大多數(shù)再分析資料以及模式結(jié)果能夠抓住中國區(qū)域觀測到的顯著變暖、變濕的這一變化特征,即：觀測表氣溫每上升1℃,觀測PW的相應(yīng)變化約為4.9%,即dPW/dT為4.9%K-1。相比來看,新一代再分析產(chǎn)品,如MERRA、JRA-55、 JRA-25、ERA-Interim、ERA-40等所描述的水汽與氣溫之間的關(guān)系與觀測結(jié)果較為接近,但多數(shù)CMIP5模式的模擬結(jié)果則要高于觀測結(jié)果。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P426
【圖文】：

共８９個臺站的均＾化大氣可降水量資料。這些站點在１９７０－２０１２年期間有超過８５％逡逑一日兩次（ＯＯＯＯＵＴＣ和１２００ＵＴＣ）的有效觀測值。同時為了便于比較和分析，根逡逑據(jù)臺站的稀疏分布和地形特征，把中國區(qū)域簡單分為４個區(qū)域。圖２－１所展示的是逡逑這些探空站點的分布Ｗ及其地形特征。逡逑８０邋Ｅ邋９０邋Ｅ邋１００邋Ｅ邋．１日邋Ｅ邋＇２０邋Ｅ邐１３日邋Ｅ逡逑：■邋＿邋Ｉ邐１逡逑５００邐１０００邐２０００逡逑圖２－１邋８９個探空站點分布圖（圓形），地形（陰影，單位：米）。其中Ｉ區(qū)指東北部．ＩＩ區(qū)指逡逑東南部，ＩＩＩ區(qū)指西北部，ＩＶ區(qū)指西南部逡逑６逡逑

第Ｈ章中國區(qū)域水汽觀測與再分析資料的對比分析逡逑３．１偏差評估逡逑圖３－１描述的是中國區(qū)域１９７９？２０１２年水汽觀測資料與再分析資料相對偏差逡逑值（民Ｂ）的空間分布。在中國東部和北部大部分地區(qū)大多數(shù)再分析資料相對于逡逑觀測資料的偏差值均在１０－２０％之間，但

本文編號：2760834