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目 录

1引言 5

2资料和方法 6

2.1资料简介 6

2.2极端降水指数简介 7

2.3增温阈值的确定 8

3降尺度前后模式模拟的极端降水对1.5℃增温的响应 8

3.1 RCP4.5排放情景下达到1.5℃增温中国极端降水的变化 8

3.2 RCP8.5排放情景下达到1.5℃增温中国极端降水的变化 12

3.3小结与分析 15

4不同增温阈值下中国区域极端降水的变化 16

4.1 1.5℃和2℃升温阈值背景下中国极端降水分布的变化 16

4.2 小结与分析 18

5总结与讨论 19

参考文献 20

致谢 22

基于多模式的不同增温阈值下中国极端

降水变化对比

侯淇耀

，China

Abstract: Based on the daily precipitation forecast data of 2006-2100 simulated by CNRM-CM5 and MPI-ESM-LR model participating Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5), as well as the two sets of downscaling data simulated by a variable-resolution atmospheric general circulation model LMDZ4, the change of the extreme precipitation indices in China is calculated under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios with 1.5 ℃ and 2 ℃ different temperature rise thresholds. The main results are as follows: Under the RCP4.5 scenario, the average results of the two models show the Mean climatological precipitation (Pav), Max no. consecutive dry days (CDD), Greatest 5-day total rainfall (R5d), Simple Daily Intensity (SDII) and No. of days precipitation gt;= 10mm (R10), change 10.21mm, 0.58d, 1.40mm, 0.09mm/d and 1.92d, respectively, which shows that the average precipitation in China is increasing with 1.5 ℃ warming, under the background of global warming, extreme precipitation intensity in china may increase, and drought will also increase. Compared with the global climate model, the downscaling model simulates a greater change in precipitation intensity and a more complex spatial variability. It is estimated that the frequency of extreme precipitation events will occur in the future. The spatial distribution and intensity of extreme precipitation in RCP8.5 scenario is similar to that in RCP4.5. The mean values of Pav, SDII, R10, R5d and CDD are increased by 46.09mm, 0.36mm/d, 0.97d, 22.94mm and 0.40d under two different temperature thresholds. The simulation results show that the average precipitation and extreme precipitation in China will increase in the future, and the frequency of extreme precipitation will be higher in the future, and the risk of flooding and drought will be greater.

Key words: extreme precipitation indices, temperature threshold, estimated, downscale

1引言

近年来，以气候变化为核心的全球变化是当今人类面临的最严峻的挑战之一。预计到21世纪末，由于温室效应导致的全球平均气温升高值将在1.7-6.3℃间^[1]。在全球变暖的背景下，极端气候事件发生的频率也在增加。一方面，由于全球气温升高，许多与温度相关的极端事件发生频率增加^[2]。另一方面，由于全球变暖加快了水循环以及大气环流的调整，导致干旱、热浪、冰冻、洪水、暴雪等极端天气气候事件频发，极端降水事件也增多^[3]。极端降水对全球和区域尺度的环境、经济、社会和人们的日常生活都带来了不可估量的影响。如2009年7月中国西南部的强降水事件^[4]，2010年中国西北区域强降水过程^[5]，严重影响了人们的生活，带来了巨大的经济损失。而极端降水事件在统计意义上属于不易发生的事件，而且与极端降水有关的事件，大多是由中小尺度天气系统引起的^[6]，所以给预报工作带来了很大的困难。因此，研究全球变暖背景下极端降水的变化规律，对未来极端降水事件进行模拟预估，这对于灾害预警防范、降低极端气候对人类经济社会的影响都有着十分重要的科学意义以及实际应用价值^[7]。

许多研究表明，在全球变暖的背景下，全球极端降水事件发生的频率变高，强降水事件增加^[8]，但在空间上的变化缺乏一致性。并且，冬季降水指数的变化较为明显，而夏季变化最小^[9]。中国极端降水的变化与全球趋势基本一致，主要表现为区域性和局地性明显^[10]。有研究表明，在大的尺度上，我国年降水和季节降水量在中国西部和东南部增加而在其他地区减少。其中西北部降水明显增长，表现为降水量的增多和降水日数的增加；华北地区的降水减少，表现为强降水日数减少^[11]；而东南地区的降水增多，表现为降水量的增加和极端降水天数增加^[12]。近年来，对极端降水预估研究已经有了一些工作。如Gao et al^[13]利用 Regcm2模式嵌套澳大利亚CSIRO R21L9 AOGCM模拟了中国区域极端气候事件变化；Zhang et al^[14]对简单降水强度以及五天最大降水量等指数进行分析，指出未来中国大部分地区极端降水事件将增加；江志红等^[15]评估了CMIP3模式对极端气候的模拟；杭月荷等^[16]对CMIP5多模式对中国极端降水模拟能力进行了评估以及未来情景预估。然而，对于达到全球变暖阈值时中国地区极端降水如何响应的研究却很少，Lang et al^[17]对2℃全球变暖背景下中国地区极端气候的响应进行了预估，指出变暖气候下中国地区极端气候事件发生的频次变高；姜大膀等^[18]对2℃全球变暖背景下中国未来气候变化进行了预估。但仍然需要进一步的研究完善这方面的工作。

本文基于CNRM-CM5和MPI-ESM-LR两个全球气候模式以及动力降尺度后的模拟结果^[19]，对中国地区5个极端降水指数在两种排放情景下较工业前时期达到1.5℃全球增温时的变化进行了预估，并将全球模式和降尺度模式的结果进行了比较。此外，还对比了1.5℃和2℃増温下，区域降尺度模式模拟的极端降水响应的区别。

2资料和方法

2.1资料简介

本文选用的模式资料是参与IPCC第五次评估报告中模拟全球气候变化的“耦合模式比较计划”(Coupled Model Intercomparison Project CMIP5)的2个全球气候模式CNRM-CM5和MPI-ESM-LR模拟的逐日降水资料，分为历史时段1986-2005年和预估时段2006-2100年。模式具体信息如表1所示。综合考虑利用区域平均时间序列相关系数和M2指数对各极端指数模拟情况的评估，这两个模式对全年各降水指数的模拟效果较好^[20]。

此外，还利用由法国国家科研中心（CNRS）动力气象实验室（LMD）研发和提供技术支撑的可变网格的大气模式LMDZ4，嵌套于这两个全球模式，得到的两套区域降尺度逐日降水资料。全球模式的分辨率较低，对极端事件的模拟经常存在许多问题。中国地区处于亚洲季风区，地形复杂，因此需要较高的分辨率。这套动力降尺度模式曾应用于地中海地区极端事件和中国季风区气候的模拟预估^[21]，取得了较好的效果。Zhou等^[22]的研究结果也表明，LMDZ4模式对区域气候有着比全球气候模式更好的模拟能力。选取LMDZ4模式的加密范围（5.6°N-54.8°N，85.9°E-134.5°E）内的中国区域，研究区域见图1。

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