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祁连山气候时空变化特征及未来预估

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祁连山是我国西部地区重要的生态安全屏障,也是河西走廊地区许多重要内陆河流的发源地和水源涵养区。在全球变暖背景下,近几十年来祁连山的基本气候特征也发生了显著变化,从而给该地区的水资源和生态环境带来了深刻影响。然而,由于祁连山特殊的地理环境,其不同区域对气候变化的敏感性存在较大差异。因此,准确模拟祁连山区域气候变化特征,并预估全球持续变暖背景下祁连山气候的未来变化趋势,对我国西部地区的生态安全和河西走廊的水资源安全具有重要意义。本文利用国家气象站观测数据评估了两个长时间尺度、高时空分辨率的再分析产品在1980~2018年祁连山区域气候模拟中的适用性。此外,利用气象站日尺度观测数据的空间插值结果来模拟历史时期(1970~2014年)祁连山气候的时空变化特征。为了评估空间插值结果的可靠性,利用验证站点的观测数据评估了插值结果,并与再分析产品的模拟结果进行对比。此外,基于观测数据验证了偏差校正算法(QDM)在提高CMIP6模式模拟精度方面的能力。最后,基于偏差校正的CMIP6模式预估了 2015~2100年祁连山平均气候和极端气候的变化趋势,重点分析了 21世纪中期(2041~2060年)和末期(2081~2100年)相较于基准期(1981~2010年)的变化。本文的主要结论如下: (1)再分析产品(CMFD和ERA5-Land)能很好地模拟祁连山气温和降水的空间分布模态,也能很好地模拟气温的变化趋势,但它们都不同程度地低估了祁连山的气温,而ERA5-Land严重高估了祁连山东段和中段的降水量。本研究中观测数据的空间插值结果能很好地模拟祁连山日平均气温、日最高气温和日最低气温的空间模态和变化趋势。气温的插值结果与验证站点观测值之间有很好的相关性。此外,空间插值结果能很好地模拟祁连山降水的空间分布格局,但对日降水量变化趋势的模拟性能较差。 (2)本研究中使用的CMIP6模式能较好地模拟祁连山月平均气温的变化趋势,但它们对气温的模拟存在不同程度的高估或者低估。偏差校正算法(QDM)明显降低了 CMIP6模式降水与站点观测值之间的偏差,校正的模式平均降水量与观测值之间有较好的相关性。整体上,偏差校正算法在CMIP6模式气温和降水的校正中表现出了积极的作用。此外,偏差校正算法对CMIP6模式关于极端气候指数的模拟性能也有明显的改善。 (3)1970年以来,祁连山夏季降水增长率在逐渐增大,其中2010~2018年增长最快,特别是祁连山中段的夏季降水表现出最显著的增长。而对于夏季气温,祁连山西段的升温速率是最快的。祁连山的霜冻日数和结冰日数显著减少,年均日最高气温和年均日最低气温显著升高,年降水天数逐渐增加,这与西北地区的暖湿化趋势是一致的。 (4)21世纪,祁连山的气温将持续升高,其年降水量将持续增长。在SSP126和SSP245情景下,2015~2100年祁连山的升温速率和降水量增长速率均低于历史时期。在SSP585情景下,2015~2100年祁连山升温速率与降水量增长速率则远高于历史时期,祁连山西段的冰川区将有最显著的升温。此外,随着SSP情景的增强,祁连山的年降水量将变得更加不稳定。 (5)21世纪祁连山的霜冻日数和结冰日数将明显减少,并且随着海拔的升高这一趋势更为明显。在21世纪中期和末期,祁连山的霜冻日数相较于基准期的空间变化模态基本一致,随着气温的升高,祁连山所有区域的霜冻日数都有减少的趋势,而减少最明显的区域是中部高海拔山区和祁连山的北坡。在SSP585情景下,祁连山冰川区的结冰日数在21世纪中期以后将急剧减少。21世纪,祁连山东段降水量的增长主要来自降水强度的增加和大雨日数的增多,祁连山中段降水量的增长主要是由于连续降水日数和大雨日数在高海拔山区明显增多。在SSP126情景下,祁连山西段的降水整体呈现年内降水分布更加不均衡。在SSP585情景下,祁连山西段的雨天总降水量(PRCPTOT)和强降水总量(R95p)增长幅度最大。

李延召

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气候变化 时空特征 未来预估 祁连山

博士

大气物理学与大气环境

秦翔

2023

中国科学院大学

中文

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