本文關(guān)鍵詞：基于CMIP5模式在中國地區(qū)溫度與降水的模擬評估及集合預(yù)報方法研究

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【摘要】：本文評估了 CMIP5中27個氣候模式及其集合平均對中國地區(qū)溫度和降水的模擬效果,并對多模式集合的確定性預(yù)報和概率預(yù)報進行了研究,針對集合的確定性預(yù)報,本文設(shè)計一種區(qū)域最優(yōu)權(quán)重模型(Op-SE)對傳統(tǒng)的集合方法進行改進,將其與等權(quán)集合方法(EE)和經(jīng)典的超級集合方法(SE)作對比,另外評估檢驗了 CMIP5得到的氣候集合概率預(yù)報結(jié)果,并使用Op-SE和集合概率預(yù)報模型對21世紀未來溫度和降水的變化進行預(yù)估,結(jié)果表明:CMIP5全球氣候模式能較好的模擬溫度的時空變化特征,但模擬結(jié)果存在系統(tǒng)性偏低,而模式對降水的時間變化模擬則有限,并在中國北部、東北和西北部存在高估,在華南、華東地區(qū)存在大部分低估。溫度模擬的模式間標(biāo)準差在冬季最大、夏季最小,降水反之,且模式對降水模擬的一致性顯著低于溫度。就相關(guān)系數(shù)而言,溫度在夏季最優(yōu),冬季最差,而降水的相關(guān)性較弱,其中秋季相對最優(yōu),冬夏兩季的相關(guān)系數(shù)均未通過顯著性水平為0.1的顯著性檢驗。對比27個模式結(jié)果與觀測的相對均方根誤差和距平時間相關(guān)系數(shù),發(fā)現(xiàn)模式在不同地區(qū)的模擬效果存在差異,但等權(quán)集合平均結(jié)果在中國各個區(qū)域均優(yōu)于單模式模擬。將區(qū)域最優(yōu)權(quán)重模型(Op-SE)模擬結(jié)果與等權(quán)集合(EE)、超級集合(SE)進行對比,得到優(yōu)化后回歸方程的F統(tǒng)計量較優(yōu)化前有顯著提高。對比模式預(yù)報與觀測的距平相關(guān)系數(shù)(ACC),發(fā)現(xiàn)Op-SE模擬結(jié)果與觀測的相關(guān)系數(shù)普遍高于EE和SE,其中溫度模擬在中國中東部改進明顯,尤其是華東地區(qū),但在西北和青藏高原部分地區(qū),Op-SE改進不明顯;而降水的ACC相對普遍較弱,但Op-SE在新疆中西部、西北東部、華北地區(qū)、華東地區(qū)改進較大。對于均方根誤差(RMSE)而言,Op-SE和SE較EE有明顯改進,特別在青藏高原地區(qū),溫度的RMSE由7.66℃改進到1.4℃,降水的RMSE降低了 69%,另外,Op-SE在大部分區(qū)域優(yōu)于SE,尤其在中國東部。而且Op-SE在異常天氣的模擬上表現(xiàn)也最優(yōu),EE最差。模式的概率預(yù)報技巧與ACC的空間分布一致。溫度在非洲大陸、太平洋和大西洋西側(cè),以及北半球的預(yù)報技巧相對較高,且北半球的預(yù)報能力要優(yōu)于南半球,但歐亞大陸的技巧相對偏低,降水在熱帶地區(qū)的預(yù)報技巧明顯高于其他地區(qū)。另外,在東亞地區(qū),模式表現(xiàn)出在低概率低估、高概率高估的特征。在三分類事件中,模式對于溫度偏低和偏高事件的預(yù)報能力優(yōu)于正常事件,對降水正常事件的預(yù)報能力優(yōu)于其他兩類事件。模式集合預(yù)報的概率多集中在0.3-0.4,極少出現(xiàn)預(yù)報概率為1的高概率事件,說明模式對于預(yù)報事件發(fā)生的一致性較差。使用訓(xùn)練期建立的最優(yōu)權(quán)重模型預(yù)估中國地區(qū)21世紀未來氣候變化,發(fā)現(xiàn)在21世紀前期(2016-2035),三種不同溫室氣體排放情景下的預(yù)估結(jié)果差別不大,而在21世紀中后期(2046-2100)差別開始明顯。中國東北地區(qū)和西北地區(qū)的溫度和降水最先增加,這種變化在21世紀后期更為顯著。另外,概率預(yù)報的空間分布與確定性預(yù)報一致,并且隨著時間的增加,模式在偏低事件(BN)和正常事件(NN)的預(yù)報概率不斷減少,在偏高事件(AN)的概率不斷增加,尤其在RCP8.5的情景下增加速率最快,其中溫度在21世紀后期的概率接近1,降水則達到0.45,遠高于其他兩類事件。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P456.7

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本文編號：1264431