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中国极端降水对气候变化的热力学响应机理及洪水效应

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全球变暖改变了气候系统的热力和动力环境,影响了陆地-大气系统的能量收支和水循环过程,对降水、湿度、径流等水文要素产生显著影响.大气边界层水汽是降水形成的物质基础,现有研究主要关注饱和水汽压对极端降水的影响,发现了呈"抛物线"形状的Hook气候响应结构.但是未能定量阐明其形成原因,也较少分离大气热力和动力作用对极端降水演化的贡献分量,制约了未来气候灾害风险预测及水文过程模拟精度.本文以中国大陆和151个典型流域为研究区域,通过扩展的克劳修斯-克拉珀龙(Clausius-Clapeyron)方程评估了极端降水和地表径流对近地气温的响应强度,采用ERA5再分析数据集评估了整层气柱水汽含量、对流有效位能和相对湿度对极端降水的促进/抑制作用,基于能量收支和水分平衡分离了极端降水的热力项和动力项,并解释了Hook结构的形成原因;基于CMIP6框架下21个全球气候模式输出数据,通过偏差校正和流域水文模拟方法预估了未来气象水文过程,研究了Hook结构的迁移路径及其暴雨洪水效应.研究发现,动力学约束造成高温下极端事件的水汽输送能力受限,进而形成了Hook结构,但极端降水和地表径流的Hook结构并不稳定,其峰点温度未来随气候变暖升高3～5℃,造成响应曲线右移,可能使21世纪末中国暴雨、洪水量级增长20％～30％.
Thermodynamic response of precipitation extremes to climate change and its impacts on floods over China

尹家波、郭生练、顾磊、杨光、王俊、杨妍

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武汉大学,水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072

华中科技大学土木与水利工程学院,武汉430074

Department of Electronics,Information and Bioengineering,Politecnico di Milano,Milan 20133,Italy

中国测绘科学研究院,自然资源部测绘科学与地球空间信息技术重点实验室,北京100830

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极端降水 气候变化 水文响应 洪水 Clausius-Clapeyron方程

国家自然科学基金湖北省自然科学基金中国博士后科学基金中央高校基本科研业务费专项

520090912020CFB2392020M6824782042020kf0003

2021

10.1360/TB-2021-0438

科学通报
中国科学院国家自然科学基金委员会

科学通报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.269
ISSN：0023-074X
年,卷(期)：2021.66(33)
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