CMIP5模式对欧亚阻塞高压模拟能力检验及阻高变化趋势预估

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:buyaowenwo123456
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自20世纪中叶以来,全球极端天气气候事件的强度和频率发生明显变化。相关研究表明,灾害性天气气候事件的发生往往与持续的阻塞高压事件有紧密的联系,如何准确地预估未来阻高的可能变化趋势是一个值得研究的科学问题。本文首先利用NCEP/NCAR再分析资料分析了北半球阻塞高压频发区不同强度、不同生命期阻塞高压的变化特征,以及近50年(1956-2005年)欧亚阻高的3个关键区不同阻高事件的发生频次及长生命期阻高的高度场、环流场特征,在此基础上,检验了CMIP5 (phase 5 of the Coupled Model Inter-comparison Project)的13个气候模式对欧亚阻高的模拟能力,并根据未来的不同排放情景,预估了欧亚阻高的可能变化趋势。主要研究结果如下:(1)就北半球而言,主要有三个阻高频发区(欧亚阻高区、太平洋阻高区和大西洋阻高区),其中,大西洋阻高出现总次数最多,欧亚阻高区发生总次数最少;三个阻高频发区强阻高次数均有减少趋势,以大西洋区最为显著;三个区弱阻高变化趋势均不明显。三个区长生命期阻高发生次数自2000年以来增加明显;短生命期阻高在太平洋区和欧亚阻高区增加,而在大西洋区减少。(2)欧亚阻高频发区又分为3个关键区(乌拉尔山关键区、贝加尔湖关键区和鄂霍次克海关键区)。其发生次数,乌拉尔山关键区最多,且冬半年(11月-4月)略多于夏半年(5月-10月);鄂霍次克海关键区次之,且冬半年明显多于夏半年;贝加尔湖关键区最少,而夏半年多于冬半年。长生命期阻高(简称长阻)发生次数,鄂霍次克海关键区最多,且冬季出现次数远多于夏季;乌拉尔山和贝加尔湖关键区较少。3个区在冬半年出现长阻典型月份(2月份)的北半球中高纬度500hPa高度距平场均呈“三正三负”的分布特征,但各区距平中心的位置和强度差异很大。夏半年乌拉尔山与鄂霍次克海关键区长阻出现典型月份(7月份),北半球东半球中高纬度500hPa高度距平场呈“双阻型”分布特征,即影响我国夏季东部降水的分布形势。(3)与NCEP/NCAR再分析资料相比,总体而言,本文使用CMIP5的13个模式中大部分低估了阻高发生天数;其中,夏半年的6-8月份阻高天数模拟13个模式均偏少;冬半年大部分区域仍以偏少为主,仅在120°-160°E区域有9个模式明显高估了阻高天数;总体上,大部分模式对冬半年的模拟能力要优于夏半年。13个模式等权集合结果显示,全年阻高天数是偏少的,仅在冬季鄂霍次克海地区模拟偏多。(4)大部分模式均能模拟出欧亚阻高天数的纬向分布特征,其中,冬半年呈“双峰一谷”型,而夏半年呈“三峰二谷”型;模式能模拟出冬半年阻高天数比夏半年多的特征,尤其在鄂霍次克海地区表现明显。Taylor图上的定量分析结果表明,以相关系数反映的模拟能力,冬半年优于夏半年,BCC-CSM1.1、 CanES2、CCSM4、CNRM-CM5、GFDL-ESM2G模式对阻高天数的纬向分布模拟能力最好。(5) CMIP5的13个模式中大部分均模拟出了阻高事件发生频次随阻高生命期呈指数递减的分布特征。与NCEP/NCAR再分析资料相比,大部分模式对乌拉尔山、贝加尔湖关键区夏半年和冬半年阻高事件发生频次模拟均偏少,但冬半年偏少程度小于夏半年;鄂霍次克海关键区在夏半年模拟与NCEP再分析资料结果接近,而冬半年的模拟是偏多的。其中,BCC-CSM1.1、CanESM2、CCSM4模式对3个关键区阻高事件的模拟较优。从阻高事件发生频次的逐年演变特征来看,3个关键区夏半年长生命期阻高呈显著增加趋势,而冬半年略微减少;大部分模式能模拟出近50年阻高事件发生频次的趋势变化,且对短生命期阻高的模拟略优于长生命期阻高,对乌拉尔山区冬半年变化趋势的模拟优于夏半年,而鄂霍次克海区模拟的趋势夏半年优于冬半年。(6)基于未来不同排放情景,预估了未来50年欧亚阻高天数的可能变化。模式集合结果表明,与NCEP/NCAR再分析资料相比,中排放情景(RCP4.5)下,阻高天数1-5月较明显增加,6-8月显著减少,9-12月略有增加。高排放情景(RCP8.5)下,阻高天数变化与中排放情景基本接近,但增加幅度较小,减少幅度较大。(7)与NCEP/NCAR再分析资料相比,两种排放情景下,乌拉尔山关键区、贝加尔湖关键区阻高事件发生频次均明显减少(尤其是短生命期阻高),而鄂霍次克海关键区略为增加。其中长生命期阻高,两种情景下,乌拉尔山区减少显著(约40%),鄂霍次克海区略增加(RCP4.5:5%;RCP8.5:2%)。在未来50年(2016-2065年)逐年演变特征为,乌拉尔山与鄂霍次克海区中长生命期阻高发生频次的变化趋势基本是一致的,冬半年在RCP4.5情景下均呈增加趋势,而RCP8.5情景为减少趋势,夏半年刚好相反,在RCP4.5排放情景下是减少的,RCP8.5情景下是增加的。上述研究结果可为预测未来亚洲地区的极端天气气候事件的变化趋势提供重要参考依据。
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