CMIP5全球气候模式对中国降水模拟能力的评估

【摘要】气候系统模式是模拟和预估气候变化的重要工具和手段，其模拟结果已被水文、生态、环境、农业等领域的研究广泛应用。然而由于气候系统的复杂性，气候模式的结果仍然存在不确定性，且对降水模拟的不确定性更大。随着参加耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的模式陆续公开，这些模拟结果即将被各研究领域广泛应用。因此，对这些模式的模拟能力，特别是降水的模拟能力作全面、系统的评估，不仅可以为模式改进提供科学依据，更可以为多部门多领域应用气候模式的结果提供建议和参考。本文评估了46个CMIP5模式对中国地区降水的模拟能力。基于多套观测资料，利用多种指标定量分析和比较了CMIP5模式在不同时间、空间尺度上对中国地区平均降水和极端降水的模拟能力。此外还评估了模式对东亚夏季风环流平均状态和年际变化的模拟能力，从而更好地理解模式对中国东部地区夏季降水模拟的偏差。此外，在评估的基础上，根据多种指标挑选出较好的模式，然后预估中国地区平均降水和极端降水的可能变化，并比较了所有模式集合平均与较好模式集合平均之间的差异。本文主要结论总结如下：CMIP5模式可以较好地模拟出中国地区降水的时间变化和空间分布特征。对中国地区及8个子分区而言，多数模式可以模拟出与观测相近的年际变率强度。近半数模式可以再现与观测一致的周期变化的强度和年代际变化的相位。多模式集合平均可以模拟出与观测相似的季节和年平均降水空间分布特征，但过去CMIP3模式对青藏高原降水的高估以及华南地区降水的低估依然存在。多数模式对中国地区季节和年平均降水的EOF第一模态都有较好的表现，对冬季降水模态的模拟优于夏季。基于一套被广泛用来描述极端降水事件的指数，评估发现CMIP5模式对中国地区极端降水的时间变化趋势模拟能力有限。除了连续干旱日数和极端强降水量之外，观测到的极端降水指数的变化趋势难以被多数模式模拟出来。多模式集合平均结果与观测到的极端降水空间分布特征较为相似，但对西北地区和青藏高原存在高估，对华南地区存在低估。CMIP5模式对江淮地区夏季降水存在低估，这可能与模式对东亚夏季风环流模拟偏弱有关。模式对南海和热带太平洋向中国华南地区的水汽输送模拟偏弱，对副高强度和高空急流的强度也存在低估。这种偏差在季风偏强年份比季风偏弱年份更加明显，使得模式对东亚夏季风环流以及江淮地区夏季降水的年际变率强度的模拟产生低估。除了利用所有模式集合平均的结果外，本文还依据多个定量评估模式模拟能力的指标挑选了表现最好的5个模式作集合平均，并以此预估中国地区未来平均和极端降水的变化。所有模式集合平均与5个最好模式集合平均对未来中国地区平均降水的变化预估基本相似，均给出了与辐射强迫变化相一致的降水变化趋势。所有模式集合平均预估显示21世纪新疆以东地区和东北地区的降水将显著增加，5个最好模式集合平均预估了相似的变化，且局地特征更明显。所有模式和5个最好模式的集合平均结果均表明，中国地区在21世纪可能会发生更加频繁、强度更高的极端降水事件。
【作者】陈晓晨；
【导师】徐影；
【作者基本信息】中国气象科学研究院，气象学，2014，硕士
【关键词】CMIP5；降水；评估；预估；

【参考文献】
[1]孙雅明.基于粗糙集理论的数据挖掘模型对联的配电网故障定位诊断[A].中国科学技术协会、四川省人民政府.加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策（上册）[C].中国科学技术协会、四川省人民政府:,2002:1.
[2]高世宏.西部欠发达地区区域协调发展问题研究[D].内蒙古大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[3]丁丽娟.美洲商陆杀螨活性物质的追踪分离及作用方式研究[D].西南大学,农药学,2013,硕士.
[4]陈炳艳.从瘀论治输卵管性不孕的临床观察[D].黑龙江中医药大学,中医妇科学（专业学位）,2013,硕士.
[5]黄爽.从女性问题到女性解放[D].东北师范大学,国外马克思主义,2012,硕士.
[6]魏晓曦.拔牙与非拔牙矫治对安氏Ⅰ类患者颌面部软组织正面观的影响[D].吉林大学,口腔医学,2013,硕士.
[7]闫立光.新中国初期毛泽东的法制思想研究[D].吉林大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[8]张勇.寰枢椎脱位的外科治疗与活血化瘀的相关性研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[9]逯春雨.抗滑桩土拱效应数值模拟研究[D].长安大学,地质工程（专业学位）,2014,硕士.
[10]王兴洋.基于HLA的变电站培训仿真系统的开发研究[D].山东大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[11]梁栋.中国水泥装备企业国际化营销策略研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[12]吴舒怡.“营改增”航运企业税收筹划分析[D].广东财经大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[13]闫俊杰.营养钵苗嫁接机器人的研究[D].中国农业大学,农业机械化工程,2004,硕士.
[14]李广明,吴涛.库存管理系统评价研究[J].物流科技,2004,11:66-68.
[15]李抒忆.网络化管理与城市治理创新[D].复旦大学,行政管理,2012,硕士.
[16]李振.中国不同地域入侵植物一年蓬的生长和繁殖特征适应性[D].华中农业大学,园林植物与观赏园艺,2014,硕士.
[17]李唐卉.一种可溶性PPV的合成方法的优化及其应用[D].合肥工业大学,材料学,2013,硕士.
[18]王晓宾.就业促进视角下的失业保险制度完善研究[D].上海交通大学,公共管理,2013,硕士.
[19]常婷.甲状旁腺病变的超声诊断价值及多种影像学对比分析[D].苏州大学,影像医学与核医学,2014,硕士.
[20]孙昳.中国扬琴移植、改编外国音乐作品研究[D].吉林大学,音乐学,2014,硕士.
[21]林芳.城市轨道交通项目国民经济评价理论研究[D].西南交通大学,交通运输工程,2012,硕士.
[22]马金言.中国人口的社会分层和贫富差距研究[D].吉林大学,人口学,2004,硕士.
[23]傅莉群.水中微量有机物检测方法的建立与去除工艺研究[D].湖南大学,化学工程与技术,2012,硕士.
[24]杨洋.废弃塑料裂解炼油过程控制系统的研究与设计[D].杭州电子科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[25]李莉.山东联通接入网网管系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[26]高宁.流程工业CIMS中知识管理的应用研究[D].清华大学,控制理论与控制工程,2003,硕士.
[27]毛田,姚建刚,辛军,康童,邓道福,赵军毅.110kV配电网智能检修与安全校核管理系统[J].电力系统自动化,2013,02:125-129.
[28]李浩.基于小波变换的超高压输电线路雷电干扰识别判据的研究[D].华北电力大学,电力系统及其自动化,2012,硕士.
[29]李荣.制造商与零售商的库存合作管理[D].西南交通大学,2004.
[30]王延松.基于污染源普查数据的上海市工业能源碳排放清单[D].复旦大学,环境工程,2012,硕士.
[31]张海涛.大鼠吗啡戒断时TRPV1受体调节伏核谷氨酸能突触传递作用及机制研究[D].第四军医大学,外科学,2014,硕士.
[32]吴大威.采用64排螺旋CT扫描三维重建技术研究眶下管的形态结构[D].吉林大学,人体解剖与组织胚胎学,2014,硕士.
[33]沈金生.高技术产业集群化探析[D].河北师范大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[34]孙良丹.毛囊角化病的基因突变研究[D].安徽医科大学,皮肤病与性病学,2004,硕士.
[35]韩勇.过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共同激活因子-1α保护缺血性神经元及其机制探讨[D].南京医科大学,急诊医学,2013,硕士.
[36]王源,胡寿松.基于自组织模糊CMAC网络的非线性系统鲁棒自适应跟踪控制[J].自动化学报,2002,06:984-989.
[37]杨艳华.高中数学研究性学习指导研究[D].内蒙古师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[38]肖井泉.论哈罗德·布鲁姆的经典观[D].华中师范大学,文艺学,2013,硕士.
[39]丁茵.城市记忆的延续[D].中南林业科技大学,园林植物与观赏园艺,2014,硕士.
[40]闻雯.干红葡萄酒代谢产物的核磁共振分析及抗氧化性研究[D].扬州大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[41]王治海.基于遥感信息的区域农业干旱模拟技术研究[D].中国气象科学研究院,气象学,2013,硕士.
[42]李亚莉.基于用户个性化需求的服务发现技术研究[D].宁波大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[43]陈铭.建立上海市农村统计数据仓库的理论与实践[J].上海统计,2003,03:21-23.
[44]邢科义,李俊民,许祥秦,胡保生.点发序列问题的控制策略[J].自动化学报,1997,04:72-77.
[45]陈琼红.新型农村养老保险保障水平问题研究[D].江西财经大学,社会保障,2013,硕士.
[46]兰兰.苏日塔拉图作品乡土文学特色研究[D].内蒙古师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[47]万伟.基于嵌入式多核环境下的应用级软件性能监控的研究[D].华中科技大学,计算机技术,2013,硕士.
[48]白斌.普通小麦条锈病成株抗性QTL定位与白粉病成株抗性QTL聚合[D].西北农林科技大学,作物遗传育种,2014,博士.
[49]王欢.基于RFID技术的涉密载体安全保密管控系统的研究与实现[D].北京交通大学,2013.
[50]展飞.风投持股对IPO抑价是否有影响？[D].西南交通大学,金融学,2013,硕士.