CMIP6模式对青藏高原降水的模拟和预估

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青藏高原是全球气候变化的敏感区之一,准确模拟和合理预估青藏高原降水的时空变化十分重要。长期以来,合理再现青藏高原地区的降水特征一直是数值模拟面临的挑战。随着耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)的顺利开展,新一代全球气候模式的结果已经公布。较之CMIP5模式,参与CMIP6的模式考虑的过程更为复杂,且模式的分辨率明显提高。全面评估最新的CMIP6模式对青藏高原地区降水的模拟能力有助于理解模式的发展和不足,基于CMIP6模式对青藏高原地区降水开展预估研究可以为青藏高原气候和环境未来变化的科学评估提供参考。聚焦青藏高原降水,本文评估了低(~100km)、中(~50km)和高(~25km)三种不同分辨率大气环流模式对青藏高原降水小时尺度特征的模拟能力,分析了模式分辨率对小时尺度降水模拟的影响。在确定分辨率提升会带来模拟增值的情况下,评估高分辨率全球耦合模式(~100km)对青藏高原降水气候态及降水长期变化的模拟能力。最后预估了青藏高原降水在不同排放情景、未来不同时期的变化,并对降水预估存在的不确定性进行了分析和讨论。主要结论如下:CMIP6不同分辨率的大气环流模式均能够大体再现青藏高原地区降水量、频率和强度的空间分布特征,但模式高估了青藏高原地区降水量和降水频率,低估了降水强度,偏差大值区位于陡峭地形区。提高分辨率减小了模拟偏差,增强了对降水与地形海拔关联的刻画能力。从降水强度-频率分布来看,分辨率的提升并未有效改善弱降水频率高估的问题,但改善了最大降水强度和强降水发生频率低估的问题。在降水日变化的模拟上,提高分辨率能明显提升降水日变化振幅的模拟能力,也能再现降水日峰值更精细的空间分布特征,但对高原降水峰值时刻模拟偏早,且存在虚假午后降水峰值的问题。100km全球耦合模式表现出来和100km大气环流模式基本一致的气候态降水模拟特征。模式对降水量和频率的高估主要由日间降水贡献,对降水强度的低估更多受夜间降水影响。模式低估了1979–2014年青藏高原夏季降水线性增加的变化趋势,高估了降水的年际变率。观测中夏季降水变化趋势主要由夜间降水主导,而模式中以日间降水的变化为主。未来青藏高原区域平均降水在不同情景、不同时期均将增加,尤其是在SSP5-8.5情景下和21世纪末期,且年均降水的增加主要由日间降水贡献。高原降水增加的速率存在年代际波动。在SSP1-2.6情景下,降水增加速率逐渐减缓;在SSP2-4.5情景下,降水增加速率先快后慢。在SSP5-8.5情景下,降水增加速率逐渐加快。在空间分布上,高原西部降水增加最强,高原南部和东部在21世纪早期表现出一定程度的减少。降水对排放情景的敏感性在不同时期存在差异,表现为21世纪末期强于早期和中期。从降水预估的不确定性来看,模式和内部变率不确定性对降水预估的不确定性均有贡献,不确定性大值区位于高原西部。
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