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《中国气象科学研究院》 2017年
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CMIP5全球气候模式对东亚冬季气候特征模拟能力评估与未来变化预估

王政琪  
【摘要】:全球气候模式是模拟和预估气候变化的重要工具和手段,其模拟结果已在众多研究领域广泛应用。然而由于东亚地区复杂的气候特征,气候模式的模拟结果仍然存在不确定性。评估全球气候模式对东亚气候的模拟能力,一方面可以为模式改进提供科学依据,另一方面可以为更多领域应用气候模式的结果提供建议和参考。本文利用观测数据和44个参与国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)全球气候模式的数值模拟结果,使用统计方法评估了多个全球气候模式对东亚冬季风的模拟能力,包括对东亚区域环流与温度的空间结构、以及对冬季风强度指数、冬季气候异常特征的模拟;根据上述评估结果,挑选出模拟效果较好的全球气候模式预估了东亚地区冬季风的可能变化。CMIP5模式对东亚地区地表气温和500 hPa位势高度场模拟效果最好,对200h Pa纬向风的模拟次之,而对海平面气压和850 hPa经向风的模拟相对较差。对于东亚冬季环流系统以及温度的气候态,多模式集合(MME)能够很好地模拟出低层西伯利亚高压与阿留申低压之间的纬向压力差、对流层低层的偏北风、对流层中层的东亚大槽、对流层高层的东亚西风急流以及地表气温的分布,但与观测结果变化的量级相比,MME模拟结果整体偏低。本文分别选取Jhun和Lee(2004)基于300 hPa纬向风定义的指数(IJhun)、王会军和姜大膀(2004)基于850 hPa风场定义的指数(IWang)、崔晓鹏和孙照渤(1999)基于500 hPa位势高度定义的指数(ICui),以及郭其蕴(1994)基于海平面气压定义的指数(IGuo)作为代表,来表征东亚冬季风强度。研究结果表明多模式集合(MME)对不同东亚冬季风指数所表征的冬季异常气候特征的模拟能力不同。对IJhun指数表征的异常特征模拟能力最好,无论是各要素异常变化的强度还是区域范围,均与观测结果有较高的一致性;而对另外三个指数的模拟较为相似,均是在200 hPa纬向风方面与观测差异较大。对未来东亚冬季风变化特征的预估结果表明:21世纪后期(2081—2100年)东亚冬季气候的变化主要表现为阿留申低压系统减弱并向北移动,西太平洋区域上空850 hPa风场出现异常反气旋性环流,在对流层中层东亚大槽区域500 hPa位势高度增加,高空急流中心风速加强,地表气温升高。多模式集合结果对不同东亚冬季风指数的预估结果不同,其中IJhun指数和ICui指数表现为冬季风减弱,而另外两个指数则为增强。未来冬季气候异常与当代相比,各环流要素的变化幅度均减小。
【关键词】:CMIP5模式 东亚冬季风 大气环流 评估 预估
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P467;P435
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-8
  • 第一章 引言8-14
  • 1.1 研究背景8-9
  • 1.2 研究进展9-12
  • 1.2.1 对东亚冬季风的研究9-10
  • 1.2.2 全球气候模式对东亚冬季气候模拟的评估10-11
  • 1.2.3 全球气候模式对东亚地区未来气候变化的预估11-12
  • 1.3 研究内容和章节安排12-14
  • 第二章 数据和方法14-20
  • 2.1 数据14-16
  • 2.1.1 观测数据14
  • 2.1.2 CMIP5模式模拟数据简介14-16
  • 2.1.3 数据处理方法16
  • 2.2 统计方法16-18
  • 2.3 东亚冬季风指数定义18-19
  • 2.4 强弱冬季风年复合偏差定义19-20
  • 第三章 CMIP5全球气候模式对东亚冬季环流与温度空间结构模拟能力评估20-34
  • 3.1 引言20
  • 3.2 CMIP5全球气候模式对各要素模拟能力评估20-25
  • 3.2.1 CMIP5全球气候模式对要素区域平均值模拟能力评估20-24
  • 3.2.2 CMIP5全球气候模式对要素空间分布模拟一致性评估24-25
  • 3.3 CMIP5全球气候模式对环流空间结构模拟能力评估25-31
  • 3.3.1 MME对环流主要模态模拟能力评估25-29
  • 3.3.2 MME对环流气候态的模拟能力评估29-31
  • 3.4 本章总结与讨论31-34
  • 第四章 CMIP5全球气候模式对冬季风指数及气候异常特征模拟能力评估34-42
  • 4.1 引言34
  • 4.2 CMIP5全球气候模式对东亚冬季风指数模拟能力评估34-35
  • 4.3 CMIP5全球气候模式对冬季异常气候模拟能力的评估35-40
  • 4.4 本章小结与讨论40-42
  • 第五章 CMIP5全球气候模式对未来东亚冬季气候变化趋势预估42-62
  • 5.1 引言42-43
  • 5.2 CMIP5全球气候模式对东亚冬季风环流与温度变化趋势预估43-48
  • 5.3 CMIP5全球气候模式冬季风强度指数变化预估48-57
  • 5.4 CMIP5全球气候模式对冬季风异常气候特征变化预估57-59
  • 5.5 本章小结和讨论59-62
  • 第六章 总结与讨论62-66
  • 6.1 主要结论62-63
  • 6.2 讨论63-66
  • 参考文献66-72
  • 致谢72-74
  • 个人简介74

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