【摘 要】
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受亚洲季风系统和多尺度地形的影响,中国东部地区时常遭受极端降水。全球变暖背景下,中国与世界其他地区一样经历了显著的气温变化,降水格局也因此受到影响。为了评估气候风险并制定缓解和适应气候变化的区域策略,需要更详细地预估未来中国东部极端降水特征。本文利用区域气候模式WRF对气候变化情景下中国东部日尺度和小时极端降水进行较为全面的预估,特别关注了极端降水与温度的依赖关系,以期对中国东部未来短时极端降水变
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受亚洲季风系统和多尺度地形的影响,中国东部地区时常遭受极端降水。全球变暖背景下,中国与世界其他地区一样经历了显著的气温变化,降水格局也因此受到影响。为了评估气候风险并制定缓解和适应气候变化的区域策略,需要更详细地预估未来中国东部极端降水特征。本文利用区域气候模式WRF对气候变化情景下中国东部日尺度和小时极端降水进行较为全面的预估,特别关注了极端降水与温度的依赖关系,以期对中国东部未来短时极端降水变化特征有较为全面的认识。首先利用观测资料CMORPH、CN05.1和ERA-interim对WRF模拟的当前气候(1998-2007年)进行评估检验。结果表明:WRF能较好地捕获低层环流特征,包括风速风向以及水汽辐合的空间分布格局。WRF模式能再现我国东部大部地区夏季平均降水量、频率和强度的主要空间分布特征,但高估了四川盆地夏季降水量,低估了黄河上游平原的湿时频率。WRF模拟冬季平均降水特征的能力不如夏季,它往往产生过多的降水事件,特别是在长江以南丘陵、山脉等复杂地形的地区。此外,模式对再现湿极端指数以及不同等级的小时降水强度和频率的空间格局方面表现出良好的能力。WRF模式总体上较好地模拟了我国东部地区降水的特征,为利用WRF模式预测未来极端气候提供了参考。然后,利用伪全球变暖(Pseudo-Global Warming,PGW)方法,对RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下东部地区极端降水进行模拟和预估。极端降水模拟预估分为两个部分,基于ETCDDI指数日尺度极端降水预估和基于指数与百分位的极端小时降水预估。日尺度极端降水预估表明:气候变暖增强了我国的夏季风环流,为东部地区带来了较强的水汽供应,冬季长江以南未来东北风更加盛行。大部分大陆地区都经历了季节性降水量的增强,夏季华北信号最强,冬季则为江淮流域。而华南冬季是个例外,该地会经历严重的干燥。湿极端指数R95p、R99p、R×1day和R×5day在整个东部地区,特别是华北出现了显著增加。而R10mm和R20mm除了华北地区有明显增加外,其他区域减少或变化不大。华北的湿润趋势可归因于超强降水频率(R20mm)的显著增加。华南和江淮的降水量增加不及华北可能是由于该地区强降水事件(R10mm)的减少部分抵消了极端强降水(R20mm)的增加。小时尺度极端降水预估表明:未来夏季降水日变化位相与当前相比几乎没有变化,但是日变化表明各位相上降水强度都在增强。在小时尺度上大雨、暴雨事件的频繁发生,增强了东部三个亚区的季节平均降水强度。未来我国东部地区降水偏少,极端降水事件增多,表明未来降水事件可能向短时而强烈的方向发展。同时还发现,每小时降水强度和频率增加,特别是在较高的百分位数,且RCP8.5比RCP2.6和RCP4.5有更清晰的增强。最后对极端降水与温度和大气水分的关系展开进一步研究。结果表明:峰状结构的降水-温度(Extreme Precipitation-Temperature,EP-T)关系在所有区域都存在。EP-T曲线沿着超克劳修斯-克拉伯龙标度(>7%K-1)轨迹向高温和高降水峰值移动,当达到一定温度时EP-T曲线标度在中国东部三个亚区开始转为负值。与当前模拟相比,未来气候模拟中EP-T标度由正向负的转变发生在更高的温度,约向右移动1-3℃左右,这意味着正标度率可以维持在更高的温度下,导致极端降水强度进一步增强。三个气候区的未来气候有两种类型的EP-T关系变化。与当前相比,华北EP-T曲线向右延伸,而在江淮流域及华南,EP-T曲线向右移动。极端降水的变化受气温和大气水分的共同影响,在升温初期大气可降水量与极端降水同时增加,在一定温度下环境水分的受限导致极端降水强度下降。
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