中国区域气候多尺度突变特征及成因分析

论文摘要

气候状态的突然变化普遍存在于多种时间尺度的气候变化中。认识历史时期不同尺度上气候突变的规律和成因,有助于提高预测未来气候突变的准确性,指导社会和经济可持续发展,减少气候突变造成的经济损失。本文基于性能领先的通用地球系统模式(Community Earth System Model,简称CESM)进行的八个过去2000年气候模拟试验(包括一个控制试验、四个单因子敏感性试验、两个组合因子试验和一个全强迫试验)资料,在验证模式模拟性能的基础上,分析了过去2000年中国区域百年尺度气候(地表气温和降水)的突变特征及其主控因子,以及中世纪暖期(Medieval Warm Period,简称 MWP)、小冰期(Little Ice Age,简称 LIA)、现代暖期(Present Warm Period,简称PWP)三个特征时期中国区域年代际尺度地表气温和降水的突变特征及其主控因子。首先,将CESM模拟结果与重建资料、观测/再分析资料和其他模式的模拟结果进行了对比,验证了 CESM对过去2000年中国区域气候的模拟能力。模式能较好地模拟出中国区域地表温度和降水的空间分布形态,能较好地模拟出过去2000年地表气温的冷暖变化情况,能较为准确地刻画出中国区域温度与降水在空间分布上的正相关关系,能比较准确地模拟出三个特征时期。第二,利用滑动t检验法分析了全强迫试验模拟的中国全区及其内部五个子区域(华北、西北、华中、华南、青藏高原)在过去2000年内百年尺度及在三个特征时期内年代际尺度上温度和降水的突变特征。研究发现:在百年尺度上,模式模拟的中国区域及其各子区域在过去2000年中的气候冷暖变化过程高度相似,干湿变化过程大体一致,中国全区的温度与降水变化存在显著的正相关关系。模拟的中国区域过去2000年温度和降水百年尺度突变时间与重建资料中的对应良好。中国内部不同区域在整个过去2000年中温度突变的数量、时间、方向和幅度都比较接近,降水突变的数量接近但突变的时间、方向和幅度差别较大。中国内部不同区域温度和降水发生百年尺度最大幅度突变的时间比较一致。同一区域内部,同一区域温度和降水百年尺度突变的特征相近,温度和降水的突变数几乎相等,温度和降水最剧烈突变的时间、方向和幅度都比较接近,温度和降水的最大幅度上升突变几乎同步,二者的最大幅度下降突变也几乎同时发生,都在小冰期内。在年代际尺度上,模拟的各特征时期内中国内部各区域冷暖阶段变化过程高度相似而干湿变化过程差异很大。对于中国全区来说,各特征时期内温度与降水的变化较为一致,正相关关系显著;而在五个子区域,不同特征时期和不同区域内温度与降水变化的关系差别很大。中国内部不同区域在同一特征时期内温度突变的时间、方向和幅度都比较接近,而降水突变的时间、方向和幅度差别较大。各特征时期内,各区域温度最大幅度同向突变的时间基本同步,气候最剧烈升温突变的时间基本一致,最剧烈降温突变也同步发生。不同于温度,各特征时期内全国各区域气候最剧烈变湿突变的时间不同步,气候最剧烈变干突变的时间也不一致。在同一特征时期内,同一区域温度和降水年代际同向突变的时间并不完全一致。第三,通过对比8个试验模拟的地表气温和降水时间序列,以最优指纹法和直接对比气候序列的方式探索了中国区域温度和降水百年尺度和年代际尺度上突变发生的原因。研究发现:在百年尺度上,自然因素主导了中国全区及其各子区域在2000年中绝大多数时段的温度与降水突变,其中温度突变受太阳辐射影响较大,降水突变受火山活动作用较大。19世纪以来,温室气体主导了中国大部分区域的温度突变,以及西北和青藏高原地区在20世纪后期的降水突变。在年代际尺度上,中世纪暖期内的温度和降水突变主要受太阳辐射和火山活动影响,还受到气候系统内部变率调制。小冰期内的温度和降水突变主要受火山活动控制。火山活动的影响主要表现为,火山活动增强引起气候的降温和变干突变,火山活动减弱引起气候的升温和变湿突变。现代暖期,升温突变主要受人类活动作用,降水突变受多种因素共同作用。20世纪后期,温室气体对多个区域的升温突变影响巨大,也使多个区域气候由干转湿突变。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 气候突变及其检测方法
•     1.2.2 基于观测/再分析资料的突变研究
•     1.2.3 基于代用指标和重建序列的突变研究
•     1.2.4 基于气候模拟资料的突变研究
•     1.2.5 中国区域气候的突变研究
•     1.2.6 现有研究中存在的不足
•   1.3 研究内容与创新点
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 创新点
•   1.4 论文结构
• 第2章 数据与方法
•   2.1 数据
•     2.1.1 模式和模拟试验
•     2.1.2 数据验证
•     2.1.3 研究区域
•     2.1.4 预处理
•   2.2 方法
•     2.2.1 滑动t检验
•     2.2.2 最优指纹法
•   2.3 本章小结
• 第3章 中国区域气候多尺度突变特征检测
•   3.1 中国区域气候百年际突变特征检测
•     3.1.1 温度的百年际突变
•     3.1.2 降水的百年际突变
•     3.1.3 百年尺度上温度和降水突变特征的联系与差异
•   3.2 特征时期中国区域气候年代际突变特征检测
•     3.2.1 温度的年代际突变
•     3.2.2 降水的年代际突变
•     3.2.3 年代际尺度上温度和降水突变特征的联系与差异
•   3.3 本章小结
• 第4章 中国区域气候多尺度突变成因分析
•   4.1 中国区域气候百年际突变特征成因分析
•     4.1.1 中国区域温度百年际突变成因分析
•     4.1.2 中国区域降水百年际突变成因分析
•   4.2 特征时期中国区域气候年代际突变特征成因分析
•     4.2.1 特征时期中国区域温度年代际突变成因分析
•     4.2.2 特征时期中国区域降水年代际突变成因分析
•   4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邱雅惠

导师: 刘健

关键词: 过去年,突变,检测归因,年代际百年际时间尺度,通用地球系统模式

来源: 南京师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京师范大学

分类号: P467

DOI: 10.27245/d.cnki.gnjsu.2019.000014

总页数: 83

文件大小: 7262K

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