中国区域极端降水变化的人为信号检测及其未来预估

摘要

本文使用中国区域台站的逐日降水资料，首先使用稳健的统计方法对中国区域极端降水变化中的人类活动显著影响信号进行检测。在确定了人类活动对极端降水影响的基础上，首先系统评估了参与第五次耦合模式比较计划（CMIP5）的全球气候耦合模式对中国区域极端降水变化的模拟能力。基于模式性能的秩加权方法给出中国区域极端降水的概率预估，同时进行了全球增温1.5℃和2℃背景下中国区域极端降水强度和概率的未来预估，重点给出半度增温对中国区域极端降水的影响。得到以下主要结论。 (1)基于“场显著性检验”的结果表明，由于观测资料样本的限制，无法从现有的极端降水变化中检测到人类活动的显著影响。由CMIP5未来排放情景的结果分析发现，极端降水变化中人类活动的信号大约到2035年左右能够被显著检测出来。当信号被检测出来的时候，极端降水风险已经发生了比较大的变化。当前气候下的区域平均20，50和100年一遇的极端降水事件分别变为15，34和63年一遇的降水事件。 (2) CMIP5模式在整个中国地区表现为湿偏差，尤其是在西部地区。CMIP5模式能够模拟出东部地区极端降水的变化特征，包括空间结构和年际变率，但是在西部地区，大部分模式很难模拟出极端降水指数变化的基本特征。模式对极端降水变化的空间结构和年际变率模拟一致性在东部地区要比西部地区好。东部地区综合模拟能力较好的模式有MRI-CGCM3，CMCC-CM，MIROC4H，HadGEM2-ES和HadGEM2-CC。而在西部地区，模拟能力较好的模式则是MRI-CGCM3，EC-EARTH，HadCM3和IPSL-CM5A-LR。相比于多模式集合，优选模式集合能够显著降低模拟的湿偏差。可能原因是优选模拟集合能够很好的模拟出与降水有关的水汽输送特征。 (3)与多模式等权预估方案相比，多模式加权方案能够提高未来预估的可信度。到21世纪末期，总降水来量(PRCPTOT)，降水强度(SDⅡ)和极端降水贡献率(R95T)增加超过10％的高可能性（概率超过50％）区域主要位于西北以及黄淮流域，因此这两个区域在未来降水更趋向于极端化。最大连续干日(CDD)的结果表明，北部地区干旱形势将得到缓解，在中国南部可能增加，但是CDD变化的可信度较低。 (4)当全球温度增加1.5℃和2℃时，中国区域平均极端降水强度相对于基准时间段（1986-2005年）分别增加了6％和11％。全球增温半度使得中国区域极端降水强度增加约为4％。重现期越长（越罕见）的极端降水事件未来发生的风险越高。100年一遇的极端降水事件在1.5℃和2℃增温背景下分别缩短至63年和46年一遇。半度增温使得100年一遇极端降水事件发生的概率增加1.4倍。并且在特定增温阈值下，区域平均的极端降水强度和风险的变化与CMIP5的RCPs排放情景无关。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1选题的目的和意义

1．2研究进展

1．2．1极端降水指数

1．2．2极端降水变化中人类活动信号检测

1．2．3多模式对中国区域极端降水模拟评估

1．2．4极端降水的未来预估及其不确定性

1．3存在的问题

1．4研究内容和章节安排

第二章中国区域极端降水变化的人类活动信号检测

2．1前言

2．2数据

2．2．1观测数据

2．2．2模式数据

2．3方法

2．3．1基于R-largest的极值理论分析

2．3．2场显著性检验

2．3．3风险比(PR)

2．4结果

2．4．1观测时段内人类活动信号的检测

2．4．2人类活动信号出现的时间

2．4．3人类活动信号出现时极端降水的变化

2．5结论与讨论

第三章CMIP5模式对中国极端降水变化的模拟评估

3．1引言

3．2数据和方法

3．2．1观测和模式数据

3．2．2极端降水指数

3．2．3模式评估指标

3．3模式评估

3．3．1东部和西部指数的区域平均

3．3．2空间变化的评估

3．3．3时间变率评估

3．3．4综合排序

3．4优选模式的模拟性能

3．5结论和讨论

第四章中国极端降水变化的概率预估

4．1前言

4．2数据和方法

4．2．1模式数据

4．2．2概率预估方案

4．3概率预估

4．3．1极端降水的概率预估

4．3．2预估可信度

4．4总结和讨论

第五章全球温度增温1．5℃和2℃下中国极端降水变化的预估

5．1引言

5．2数据和方法

5．2．1数据

5．2．2方法

5．3结果

5．3．1极端降水强度的变化

5．3．2极端降水概率的变化

5．4总结

第六章总结和展望

6．1主要结论

6．2论文主要创新点

6．3问题与展望

参考文献

在读期间科研情况

致谢