東亞夏季風、西太平洋副熱帶高壓和副熱帶西風急流是影響中國夏季降水主要的東亞大氣環(huán)流系統(tǒng)。本論文利用NCEP2、ERA-interim、MERRA、JRA-55四套再分析資料,評估了CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project phase 5)中的31個模式對東亞大氣環(huán)流的模擬能力。基于觀測中四項東亞大氣環(huán)流指數(shù)與長江中下游夏季降水的物理聯(lián)系,結(jié)合Taylor模式技巧評估方法,發(fā)展新的模式評估方法,并探討了CMIP5模式模擬、預估中國夏季降水和極端降水的不確定性問題。全文主要結(jié)論如下：一、夏季東亞大氣環(huán)流模擬能力評估評估了CMIP5模式對東亞大氣環(huán)流氣候態(tài)的模擬能力。研究發(fā)現(xiàn),多模式集合平均可以較好的再現(xiàn)850hPa和200hPa緯向風場以及850hPa位勢高度場氣候平均態(tài),而大部分模式對500hPa位勢高度場氣候平均態(tài)的模擬偏弱�；贑MP5模式對各氣象要素場的模擬能力,選取適合CMIP5模式評估的四個東亞大氣環(huán)流指數(shù)：東亞夏季風強度指數(shù)(EASM)、西太平洋副熱帶高壓強度指數(shù)(WPSHI)、南海副熱帶高壓強度指數(shù)(SCSHI)、副熱帶西風急流軸線指數(shù)(EASJI)。四套再分析資料在描述環(huán)流指數(shù)之間關(guān)系方面有較好的一致性,EASMI、WPSHI和SCSHI這三個環(huán)流指數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的,EASJI是獨立的環(huán)流指數(shù)。CMIP5模式對環(huán)流指數(shù)年際變化幅度模擬效果差異較大,多模式集合的結(jié)果與實況接近。二、CMIP5模式中大尺度環(huán)流與夏季區(qū)域降水的聯(lián)系觀測顯示,東亞大尺度環(huán)流與長江中下游夏季降水有顯著的、穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系,這種相關(guān)關(guān)系可以合理表征大尺度環(huán)流系統(tǒng)影響中國夏季降水的物理過程�；谟^測中東亞大尺度環(huán)流與長江中下游夏季降水的物理聯(lián)系,結(jié)合Taylor模式技巧評估方法,我們提出一種新的模式評估方法。該方法適用于模式對中國地區(qū)夏季降水的模擬及預估。模式對現(xiàn)代氣候的模擬能力是其對未來氣候變化情景預估的基礎(chǔ),因此在研究CMIP5模式預估未來中國地區(qū)夏季降水之前,首先必須評估模式對現(xiàn)代降水的模擬能力。本論文采用Taylor提出的技巧評估方法定量評估每個模式對中國夏季降水時空變化的模擬能力,發(fā)現(xiàn)該方法可以區(qū)分模式對降水的模擬能力,但不能減小模式對未來預估的不確定性。線性回歸分析發(fā)現(xiàn),模式模擬的四項大氣環(huán)流指數(shù)與長江中下游夏季降水的相關(guān)系數(shù)與Taylor模式技巧評分沒有顯著的相關(guān)關(guān)系,因此我們將兩者結(jié)合建立一套新的模式評估方法,根據(jù)模擬性能的優(yōu)劣將31個CMDP5模式分為三組：模擬最優(yōu)的前5個模式(Top5),模擬能力居中的21個模式(Middle21)和模擬能力最差的5個模式(Bottom5)。這樣選出來的能夠合理模擬東亞大尺度環(huán)流與長江中下游夏季降水物理聯(lián)系的模式對我國夏季降水也具有較好的模擬能力。通過比較三組模式對未來中國地區(qū)夏季降水預估的差異,發(fā)現(xiàn)該方法不但可以區(qū)分模式對現(xiàn)代氣候的模擬能力,還可以減小模式對未來中國夏季降水變化預估的不確定性。三、CMIP5模式對中國夏季極端降水的模擬及預估利用中國地區(qū)臺站逐日降水資料,考察CMIP5模式對4個極端降水指數(shù)的模擬能力,并對基于東亞大尺度環(huán)流與長江中下游夏季降水物理聯(lián)系的模式評估方法適用性問題進行探討。結(jié)果表明,CMIP5模式集合平均可以較好的模擬出中國地區(qū)夏季強降水量(R95pTOT)氣候態(tài)的空間分布,模擬的西北以外地區(qū)最長連續(xù)濕日數(shù)(CWD)較實況偏高,青藏高原東部至西南的最長連續(xù)干日數(shù)(CDD)較實況偏低。CMIP5模式整體對水文強度指數(shù)(HY-INT)的模擬能力較弱。對比三組模式集合平均對極端降水指數(shù)的模擬能力,發(fā)現(xiàn)能夠合理模擬東亞夏季風、西太平洋副熱帶高壓和南海副熱帶高壓與長江中下游夏季降水物理聯(lián)系的模式對中國地區(qū)R95pTOT具有較好的模擬能力,對CWD和CDD具有一定的模擬能力,但相對R95pTOT,CWD和CDD的模擬結(jié)果在所有模式中沒有特別突出的表現(xiàn)。進一步研究表明,該方法不但可以區(qū)分模式對中國地區(qū)R95pTOT的模擬能力,還可以減小模式對未來中國地區(qū)R95pTOT預估的不確定性。CMIP5模式預估未來CWD、CDD和HY-INT變化存在較大的不確定性。因此,從CMIP5模式集合成員預估性能的一致性角度出發(fā),通過分析中國地區(qū)每個格點模式集合成員預估極端降水指數(shù)一致增加或減少的概率,對未來中國地區(qū)極端降水變化進行合理預估。結(jié)果表明：21世紀末,60%以上的模式預估CWD在東北和華北部分地區(qū)增加,CDD在長江以南以及青藏高原東部部分地區(qū)一致增加。CMIP5模式成員預估中國地區(qū)HY-INT變化的一致性不高。
【學位單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：P426.6;P434
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 中國夏季降水以及極端降水模擬和預測的不確定性研究
    1.3 氣候模式評估和預估方法
        1.3.1 氣候模式評估方法
        1.3.2 氣候模式評估、預估方法——多模式集合
    1.4 中國夏季降水與大尺度環(huán)流的聯(lián)系
        1.4.1 觀測事實
        1.4.2 數(shù)值模擬研究
    1.5 內(nèi)容安排
    1.6 論文的創(chuàng)新點
    本章參考文獻
第二章 夏季東亞大氣環(huán)流模擬能力評估
    2.1 CMIP5模式和再分析數(shù)據(jù)
        2.1.1 CMIP5模式介紹
        2.1.2 再分析數(shù)據(jù)介紹
    2.2 CMIP5模式對東亞夏季大氣環(huán)流氣候態(tài)的模擬能力評估
    2.3 典型東亞夏季大氣環(huán)流指數(shù)評估
        2.3.1 東亞夏季大氣環(huán)流指數(shù)定義
        2.3.2 東亞夏季大氣環(huán)流指數(shù)評估
    2.4 總結(jié)
    本章參考文獻
第三章 CMIP5模式中大尺度環(huán)流與夏季區(qū)域降水的聯(lián)系
    3.1 資料和方法
        3.1.1 資料
        3.1.2 Taylor模式技巧評分方法
    3.2 再分析資料中大尺度環(huán)流與夏季區(qū)域降水的聯(lián)系
    3.3 CMIP5模式中大尺度環(huán)流與夏季區(qū)域降水的聯(lián)系
        3.3.1 CMIP5模式對中國夏季降水的模擬
        3.3.2 CMIP5模式對大尺度環(huán)流與夏季區(qū)域降水關(guān)系的模擬
        3.3.3 CMIP5中大尺度環(huán)流與夏季區(qū)域降水關(guān)系的穩(wěn)定性
    3.4 CMIP5模式對未來夏季降水的預估
    3.5 CMIP5模式對未來大氣環(huán)流的預估
    3.6 總結(jié)和討論
    本章參考文獻
第四章 CMIP5模式對中國夏季極端降水的模擬及預估
    4.1 極端降水指數(shù)定義
    4.2 新的模式評估方法在CMIP5模式模擬極端降水研究中的適用性分析
    4.3 CMIP5對中國夏季極端降水歷史模擬能力
    4.4 CMIP5對未來中國夏季極端降水的預估
    4.5 總結(jié)和討論
    本章參考文獻
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 討論和展望
    本章參考文獻
Refereed Publications
致謝

【相似文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 王蕾;基于大氣環(huán)流指數(shù)與區(qū)域降水關(guān)系的模式評估方法及其應用[D];南京大學;2015年

本文編號：2860335