非齊次隱馬爾可夫降尺度方法對(duì)江淮流域夏季日降水的模擬與預(yù)估.pdf

1、引入非齊次隱馬爾可夫模型(Nonhomogeneous hidden Markov model，NHMM)統(tǒng)計(jì)降尺度方法，利用1961-2002年江淮流域夏季逐日降水資料、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)ERA-40再分析資料建立NHMM降尺度模型，檢驗(yàn)其對(duì)東部季風(fēng)區(qū)（以江淮流域?yàn)榇恚┫募救战邓哪M能力，并進(jìn)行BCC-CSM1.1(m)、IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR模式NHMM降尺度前后模擬效果的對(duì)比。最后采用上

2、述3個(gè)氣候模式輸出的環(huán)流資料驅(qū)動(dòng)NHMM，對(duì)典型濃度路徑RCP4.5（Representative Concentration Pathway4.5）情景下江淮流域夏季降水在21世紀(jì)前期（2016-2035年）、中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)的變化進(jìn)行預(yù)估。得到以下主要結(jié)論:
　　(1)基于各環(huán)流變量與江淮流域夏季降水的年際相關(guān)系數(shù)，對(duì)不同環(huán)流變量組合建立的降尺度模型模擬效果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)500hPa位

3、勢(shì)高度、海平面氣壓、500hPa緯向風(fēng)場(chǎng)和500hPa相對(duì)濕度4個(gè)預(yù)報(bào)因子的組合，可作為江淮流域NHMM降尺度的最優(yōu)預(yù)報(bào)因子。
　　(2)獨(dú)立檢驗(yàn)期對(duì)NHMM模擬能力的評(píng)估表明，NHMM方法通過建立降水概率分布態(tài)間轉(zhuǎn)移參數(shù)與大尺度環(huán)流變量之間的聯(lián)系，對(duì)江淮流域逐日降水量具有較好的降尺度效果。模擬的各站的日降水量概率分布曲線(ProbabilityDistribution Function，PDF)與觀測(cè)非常接近，Brier評(píng)分(B

4、rier Score，BS)均小于0.11％，顯著性評(píng)分(Significance Score，Sscore)均大于0.84;夏季總降水量、降水日數(shù)、中雨日數(shù)、降水強(qiáng)度和95％分位降水量指數(shù)在大部分臺(tái)站的偏差百分率絕對(duì)值低于10％，空間相關(guān)系數(shù)高于0.75;各指數(shù)區(qū)域平均的模擬序列與觀測(cè)序列的年際相關(guān)系數(shù)均高于0.62。
　　(3)NHMM方法能夠有效提高氣候模式對(duì)江淮流域夏季日降水量的模擬能力。3個(gè)氣候模式及模式集合經(jīng)NHMM降

5、尺度后，BS值的中位數(shù)分別降低0.55％、0.29％、0.03％、0.15％，Sscore的中位數(shù)分別增加0.23、0.22、0.07和0.16，模擬的日降水量概率分布曲線更接近于觀測(cè);各降水指數(shù)氣候場(chǎng)的偏差百分率絕對(duì)值普遍降至10％以下，空間相關(guān)系數(shù)由小于0.6提高至0.8以上，均方根誤差則均小于0.75，與觀測(cè)值更為接近。
　　(4)RCP4.5情景下，未來江淮流域的夏季降水總體呈增加趨勢(shì)。根據(jù)多模式降尺度集合的模擬結(jié)果，21

6、世紀(jì)前、中、末期，區(qū)域平均夏季總降水量分別相對(duì)于當(dāng)前氣候情景（1986-2005年）增加9.57％、17.43％、19.16％;降水日數(shù)分別增加7.65％、13.54％、14.92％;降水強(qiáng)度分別增加1.77％、3.37％、3.52％;中雨日數(shù)分別增加9.21％、16.61％、18.54％;95％分位降水量分別增加2.11％、3.72％、3.85％;連續(xù)干日指數(shù)則分別減少-8.35％、-10.44％和-11.10％。
　　(5)各

7、降水指數(shù)在RCP4.5情景下的相對(duì)變化率（相對(duì)1986-2005年）空間分布表明，21世紀(jì)夏季總降水量、降水日數(shù)、降水強(qiáng)度、中雨日數(shù)、95％分位降水量在大部分臺(tái)站將增加，即極端降水將增加，連續(xù)干日則相對(duì)當(dāng)前氣候情景減少。各指數(shù)的相對(duì)變化幅度在21世紀(jì)前、中、末期逐步增大，且夏季總降水量、降水日數(shù)和中雨日數(shù)的變化幅度要大于連續(xù)干日、降水強(qiáng)度和95％分位降水量，即降水頻率增幅較大。另外，未來江淮流域夏季降水的臺(tái)站間差異將逐步增大，表明未來降