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中亚地区极端降水变化特征及未来预估研究

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全球增暖背景下,极端天气及气候事件愈加频繁,对生态环境和人类生活产生了深远影响。作为气候变化的敏感区,中亚地区近百年来的增暖幅度远大于其他地区,从而面临更多极端气候事件的风险。因此,深入研究中亚极端降水的时空演变规律并预估其对未来气候变暖的响应,将有助于提高中亚极端降水形成机理的认识水平,为该区域科学应对和适应极端气候变化提供科学依据。 本文首先基于多种高分辨率的观测资料(GPCC、CRU、CPC),评估了6种新一代再分析降水资料(CFSR、CRA-40、ERA5、ERA-Interim、JRA-55和MERRA-2)在中亚极端降水的适用性,同时利用7个极端降水指数,从绝对量值、阈值百分位和持续时间等不同角度分析了极端降水的时空变化特征。其次,系统评估了最新的CMIP6多模式对中亚极端降水的模拟能力;最后,基于CMIP6多模式未来预估试验结果分析了中亚极端降水在不同未来情景下的演变及区域差异,进一步探讨其对未来区域增暖的响应。主要结论如下: (1)1979~2018年,不同观测资料显示的降水时空分布特征基本一致,降水高值区主要出现在中亚中部的高海拔山区;6种再分析资料存在不同程度的高估,从7种极端降水指数的变化趋势空间分布及区域平均时间序列的变化来看,对中亚区域极端降水变化的描述能力最好的再分析产品是MERRA-2,其次ERA5,最差的是CFSR。 (2)大多数CMIP6模式能够模拟出观测降水的空间分布,但山区降水偏多;模拟能力相对较好的模式有MRI-ESM2-0、MPI-ESM1-2-HR和MPI-ESM1-2-LR。而大多数模式不能模拟出中亚极端降水变化趋势的空间分布,且模式间存在较大差异。R95p和R99p在中亚中部地区分别增加10~40mm/10a和2~10mm/10a;最大连续干日(CDD)在中亚大部分地区减少1~10d/10a,而在东南部及西南部增加2~10d/10a。 (3)中亚地区未来(2015~2100年)强降水(R95p)发生频率在中等强迫情景(SSP2-4.5)和高强迫情景(SSP5-8.5)下,相对于历史时期(1981~2010年)分别增加5~7%和5~9%,并呈现从西北向东南增强的空间演变格局。强降水强度相对于历史时期增加80~160%,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的增幅分别为0.6和2.44(mm/10a),而在新疆地区分别为0.56和2.95(mm/10a)。中亚极端弱降水(R10p和R05p)发生频次及降水强度的变化明显小于极端强降水(R99p和R95p),其变化趋势的空间分布存在明显差异。极端降水的发生随气温升高愈加频繁,尤其在中亚中南部地区;1979-2100年,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,中亚强降水(R95p)发生频次随中亚区域平均气温升高分别增加0.87d/K和0.95d/K;最大连续干日(CDD)对气候变暖的响应特征具有较明显的区域差异,即在中亚东南部及西南部地区随温度升高而减少0.25~0.75d/K,其他地区则增加0.25~1.25d/K。中亚东南部干湿状况与其他地区相反,在未来不同排放情景下均体现出转湿的特征。

古再丽努尔·亚森

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极端降水 时空演变 气候预估 中亚地区

硕士

气象学

赵天保

2021

中国科学院大学

中文

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