CMIP5模式对全球季风年际变化的模拟和预估

摘要

全球三分之二以上的人口居住在季风区，季风降水的年际变化影响了数十亿人的生活。本文研究了参与耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的33个模式对全球季风降水(CMP)年际变化的模拟能力与未来预估。其中全球季风降水(GMP)定义为全球季风区单位面积的夏季平均降水量。全球季风降水年际变率以GMP年际标准差表示。33个模式的集合(MME)平均和最优的5个模式(B5)的集合平均都能较好地反演季风降水的年际变化情况。33个CMIP5模式的集合平均(MME)和B5模式推算出历史情境下(1979-2005)年GMP的年际标准差分别为单位面积上0.17mm/天和0.15mm/天，均十分接近观测结果（0.16 mm/天）。与观测结果一致，模式中在年际时间尺度上GMP与尼诺3.4区海表温度之间为负相关关系。 RCP4.5情境下33个CMIP5模式的预测表明，在未来变暖情境下湿季风年和干季风年将更频繁地出现。约67％的模式结果(20/33)显示与1979-2005年间相比，到21世纪末(2072-2098) GMP年际变化增强。B5模式的集合平均结果显示，从现今到21世纪末GMP的年际变率增长了20％。然而，33个模式集合平均的结果中GMP年际变率的增长比率相对较小（约6％），甚至小于单一模式之间的差异，这显示了33个模式中GMP年际变率的变化具有明显的不确定性。尽管在未来变暖情境下，33个CMIP5模式中的ENSO年际变化幅度显著不同，GMP年际变化仍然与ENSO紧密相连。GMP年际变率的增强可能是由与全球变暖相关的平均状态的湿度增加所致。而33个CMIP5模式中季风环流变化的动态效应则较为微弱。 全球季风中的西北太平洋季风(WNPM)、澳大利亚季风(AM)和印度季风(IM)的变化在年际尺度上有较强的位相相关关系。观测中发现北半球夏季时，较强的西北太平洋季风往往出现在南半球夏季较强的澳大利亚季风之后，但是会导致下一年南半球夏季出现较弱的澳大利亚季风;同时，西北太平洋季风和印度季风之间存在显著负相关关系。本文也评估了CIMP5模式对于三个区域季风位相关系的模拟情况，发现模式可以较好地掌握西北太平洋季风和印度季风之间的负相关关系，但是CMIP5模式对于模拟西北太平洋季风和澳大利亚季风之间的位相关系还有很大的不确定性。分析发现当模式能够较好模拟ENSO以及西北太平洋反气旋时，才可以较好模拟模拟三个区域季风之间的位相关系。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2研究进展

1．2．1全球季风概念的研究进展

1．2．2全球季风年际变化的研究进展

1．2．3 CMIP模式对全球季风的模拟

1．3区域季风年际变化的研究进展

1．4研究内容和章节安排

第二章数据和方法

2．1资料

2．1．1观测数据

2．2．2 CMIP 5模式资料

2．2方法

2．2．1全球季风区和全球季风降水的定义

2．2．2基于水分收支分析影响全球季风降水年际变率的因素

2．2．3亚澳季风强度的定义

2．2．4其他统计方法

第三章CMIP5模式对历史全球季风降水年际变化的模拟

3．1 CMIP5模式对历史全球季风降水气候态的模拟

3．2 CMIP5模式对历史全球季风降水年际变化的模拟

3．3基于CMIP5模式对历史全球季风的模拟选择最优模式

3．4本章小结

第四章CMIP5模式对未来全球季风降水年际变化的预估

4．1 CMIP5模式对未来全球季风气候态的预估

4．2 CMIP5模式对未来全球季风年际变化的预估

4．3未来全球季风降水年际变化的水汽收支诊断

4．4本章小结与讨论

第五章CIMP5模式中的亚-澳季风年际变化位相关系

5．1引言

5．2 CMIP5多模式集合平均对于亚澳季风的模拟

5．3单一模式对于区域季风位相关系的模拟

5．3．1西北太平洋季风与同期澳大利亚季风年际变化的位相关系

5．3．2西北太平洋与下一次澳大利亚季风年际变化的位相关系

5．3．3西北太平洋季风与同期印度季风之间年际变化的位相关系

5．4本章小结与讨论

5．4．1本章小结

5．4．2讨论

第六章总结与讨论

6．1全文总结

6．2所存在的问题与讨论

参考文献

致谢

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