全球变暖背景下中国地区降水强度分布结构变化的特征分析

摘要

水资源作为气候资源的重要组成部分,在全球变暖背景下的变化特征值得高度关注。本文利用1961-2006年中国地区364个气象站完整的逐日降水资料,根据百分位数确定阈值的方法,分析了全球气温典型冷暖年里我国西北、东北、华北、江淮及华南五个不同区域降水强度的分布结构特征,对比了我国不同区域间降水强度分布结构对全球变暖响应的差异,同时利用LMDZ\IPSL变网格模式对江淮地区当前和高排放情景下未来的降水强度分布结构进行了对比分析;并进一步通过Gamma函数拟合日降水量分布,对不同区域冷暖年Gamma函数的形状参数Alpha和尺度参数Beta的变化进行了讨论。结果表明:
　　(1)全球变暖背景下中国不同区域各等级降水日数及总量的贡献率存在较一致的变化,且在全年、夏季以及冬季都有不同程度的体现。西北、东北、江淮和华南地区全年、夏季及冬季的降水强度分布结构在更暖的年里趋于两极分化,微量降水对总降水的贡献率减少,极端降水对总降水的贡献率增加。其中江淮地区变化幅度最大,暖年极端降水日数对总降水日数的贡献率比冷年增加30％以上,而微量降水日数的贡献率比冷年减少近60％,暖年极端降水总量对总降水量的贡献率比冷年增加13％左右,微量降水总量的贡献率比冷年减少了80％。LMDZ/IPSL模式基本证实了全球变暖所导致的江淮地区降水强度分布结构的这种变化。
　　(2)不同区域的降水强度分布结构对全球变暖的响应幅度存在一定差异。江淮和华南地区暖年的微量降水日数贡献率减少了40％以上,而东北和西北地区的减小幅度在30％以下。江淮和华南地区暖年极端降水日数贡献率的增加了25％以上,东北和西北地区的增幅不足20％,江淮、华南地区微量降水和极端降水的变化幅度普遍大于西北、东北地区;而从冬夏季的对比上来看,冬季微量降水和极端降水贡献率的变化幅度基本上都要大于夏季,且冬季不同区域间的微量(极端)降水的变化幅度的差异更为明显。全球气温暖异常年里华北地区微量降水贡献率减小,但极端降水贡献率变化不大,尤其夏季极端降水的贡献甚至减少,这与东北、西北、江淮和华南这4个区域的情况相反。
　　(3)降水强度分布结构的变化实际上是降水量概率分布发生了调整。K-S检验证实,我国西北、东北、华北、江淮和华南地区所有站点的全年、夏季及冬季日降水量分布均符合两参数Gamma分布。较暖年里日降水量分布的形状参数Alpha和尺度参数Beta都将变大,说明全球变暖后我国这5个区域的平均降水强度增大,且日降水量分布的离散度增大,极端降水事件趋于增多。但在不同的季节里,形状参数Alpha和尺度参数Beta的变化幅度又具有一定的区域性。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 全球变暖背景下降水变化的研究进展

1.2.1 降水变化的观测事实

1.2.2 变暖背景下降水强度分布结构变化及机理

1.2.3 日降水量概率分布的理论研究

1.3 本文的主要工作

第二章 资料和方法

2.1 资料介绍

2.1.1 观测资料

2.1.2 模式资料

2.2 理论和方法

2.2.1 降水等级阈值的确定

2.2.2 贡献率计算

2.2.3 冷暖年的选择及其差异的检验方法

2.2.4 gamma分布的拟合及其参数估计方法

第三章 全球变暖背景下江淮地区降水强度分布结构变化的特征分析

3.1 引言

3.2 江淮地区冷暖年降水强度分布结构的对比

3.2.1 极端等级阈值的分布及异常冷暖年的确定

3.2.2 江淮地区冷暖年的降水强度分布结构差异

3.3 区域分布结构

3.4 冷暖年微量降水和极端强降水贡献率的差异分布及对比

3.4.1 微量降水贡献率的差异分布及对比

3.4.2 极端强降水贡献率的差异分布及对比

3.5 未来变暖背景下降水强度分布结构的变化

3.6 本章小结

第四章 中国不同区域降水分布结构对全球变暖响应特征对比分析

4.1 不同区域降水阈值分布及冷暖年平均状况对比

4.1.1 微量降水及极端降水阈值分布

4.1.2 不同区域冷暖年降水总体特征对比

4.2 不同区域冷暖年各等级降水贡献率对比

4.2.1 不同区域冷暖年各等级降水日数(降水量)贡献率对比

4.2.2 不同区域冷暖年各等级降水日数(降水量)贡献率的季节特征

4.3 不同区域冷暖年微量降水和极端强降水日数贡献率的差异对比

4.3.1 不同区域冷暖年微量降水日数贡献率的差异

4.3.2 不同区域冷暖年极端强降水日数贡献率的差异

4.4 本章小结

第五章 全球变暖背景下降水概率分布变化的理论讨论

5.1 日降水量Gamma分布拟合及参数意义

5.2 变暖背景下Gamma分布形状参数和尺度参数变化特征

5.2.1 形状参数Alpha

5.2.2 尺度参数Beta

5.2.3 形状参数Alpha和尺度参数Beta变化特征对比

5.3 变暖背景下降水贡献率强度转变点的分析

5.4 本章小结

第六章 总结与讨论

6.1 主要结论

6.2 问题与展望

参考文献

致谢