王浩院士文章:CMIP5和CMIP6多模式集合降水降尺度结果_ob欧宝体育在线官网登录|直播竞猜 
ob欧宝体育在线官网登录 / News
当前位置:首页 > ob欧宝体育在线直播 > 行业动态行业动态

王浩院士文章:CMIP5和CMIP6多模式集合降水降尺度结果

发布时间:2022-10-03 06:45:30 来源:ob欧宝体育在线官网登录 作者:ob欧宝体育直播竞猜
    浏览量:3 

  原标题:王浩院士文章:CMIP5和CMIP6多模式集合降水降尺度结果和观测数据的比较

  评估全球气候模式 (Global Climate Model,GCM) 的输出结果对于使用水文模型准确模拟未来水文循环至关重要。本研究以汉江流域为研究区,利用一种多站点统计降尺度方法对全球耦合模式比较计划CMIP5和CMIP6的多模式集合 (Multi-Model Ensemble,MME) 降水进行了时空降尺度,并与汉江流域 (HRB) 中14个气象站降水观测数据进行了比较,对比评估了CMIP5-MME和CMIP6-MME降尺度结果重现汉江流域降水空间格局、时间变化和季节变化的能力。

  以中国长江最大的支流汉江为研究区域,汉江流域14个气象站1970至2005年的日降水观测资料来源于中国气象数据网 (,数据经过了缺失值检测、极值检验等严格的质量控制。本研究选取了20个GCMs历史模拟的月降水输出数据进行分析,其中10个属于CMIP5,10个属于CMIP6。

  空间降尺度后,对比了偏差修正前后CMIP5-MME、CMIP6-MME、观测数据的月降水均值和标准差 (如图2)。经偏差修正后,CMIP5-MME、CMIP6-MME的月降水均值和标准差几乎与观测数据相等。

  图2. 偏差修正前后CMIP5-MME、CMIP6-MME和观测数据的月降水均值和标准差散点图。

  时间降尺度前后,各站点观测数据与CMIP5-MME、CMIP6-MME的日降水分位数 (Quantile-Quantile Plots,QQ) 对比如图3,分位数范围为0.5%到99.9%。经过时间降尺度后,CMIP5-MME和CMIP6-MME的日降水量与观测数据吻合较好。当降水量较低时,CMIP5-MME和CMIP6-MME的日降水量与观测数据具有很好的相关性。但随着降水量的增加,散点图点逐渐开始偏离1:1线,说明CLIGEN模型模拟极端降水的能力较弱。

  图3. 各站点日降水观测值与CMIP5-MME 和 CMIP6-MME时间降尺度数据的分位数散点图。

  shuffle前后,对比了CMIP5-MME、CMIP6-MME与实测数据的站间空间相关系数,如图4所示。shuffle前,CMIP5-MME和CMIP6-MME各站点之间的空间相关性与观测数据不一致;而shuffle后,站点间相关性等于或接近于观测数据。这表明,shuffle方法有效地恢复了CMIP5-MME和CMIP6-MME降尺度数据的空间相关性。

  在汉江流域,CMIP5-MME、CMIP6-MME和观测数据的降水呈现由东南向西北递减的分布态势 (如图5)。除WH气象站控制的区域外,CMIP5-MME和CMIP6-MME日降水偏差相似 (如图6),西部和中部地区降水偏多,东部地区降水较少。这表明,CMIP5-MME和CMIP6-MME降水模拟略微高估了HRB西部和中部地区的降水,而略微低估了HRB东部地区的降水 (WH站除外)。此外,CMIP6-MME的降水模拟偏差小于CMIP5-MME。

  总体而言,CMIP5-MME和CMIP6-MME的月降水与观测数据之间的偏差较小 (如图7),仅 CMIP5-MME在6月、7月、8月和9月的降水以及CMIP6-MME在7月和8月的降水与实际观测相差略大。这说明,降尺度后的CMIP6和CMIP5数据对强降雨的模拟效果不佳。而CMIP6-MME数据与观测数据在大部分月份的平均偏差小于 CMIP5-MME,表明CMIP6-MME数据重现汉江流域降水时间变化的能力优于CMIP5-MME。

  图7. 月降水偏差:(a) CMIP5-MME数据与观测数据的偏差以及 (b)CMIP6-MME数据与观测数据的偏差。

  CMIP6-MME、CMIP5-MME的季节降水与观测数据的空间分布格局基本一致 (如图8)。CMIP6-MME、CMIP5-MME与观测数据之间的线) 在冬季、春季和秋季的值均高于0.9,而在夏季的R2分别仅为0.77和0.72,表明降尺度后CMIP5和CMIP6模式对雨季降水的重现效果较差。

  图8. 1970-2005年CMIP5-MME、CMIP6-MME及观测数据在冬季、春季、夏季、秋季的平均季节降水 (R2为GCMs与观测数据之间的决定系数)。

  从GCMs降尺度数据与各站点观测数据之间的平均季节降水偏差来看 (如图9),与CMIP5-MME相比,在多数站点上CMIP6-MME在冬、春、秋三季的降水重现能力较强,而在夏季则较弱,即与CMIP5模式相比,CMIP6模式的季节降水重现能力有所提高。

  图9. 季节降水偏差:(a) CMIP5-MME数据与观测数据的偏差以及 (b) CMIP6-MME数据与观测数据的偏差。

  本研究采用一种多站点统计降尺度方法,对CMIP5-MME和CMIP6-MME的降水模拟输出进行了时空降尺度,并对降尺度结果重现汉江流域降水特征的能力进行了对比评估。结果表明,降尺度后,CMIP5-MME和CMIP6-MME可以捕捉汉江流域降水的空间格局、时间分布和季节变化,但高估了汉江流域西部和中部的降水量,低估了东部的降水量;相较于CMIP5-MME,CMIP6-MME降水在重现空间分布及时间变化的能力有所提高,且CMIP6-MME在冬、春、秋三季的降水重现能力也优于CMIP5-MME,而在夏季则较弱;CMIP5-MME和CMIP6-MME重现雨季降水的能力均较差,这可能与CLIGEN天气发生器有关。

  本研究为驱动水文模型的数据可靠性评估提供了参考,推动了流域未来水文循环模拟预测的发展。

  流域水循环模拟与调控国家重点实验室主任,中国水利水电科学研究院水资源所名誉所长。王院士长期从事水文水资源研究,创建了“自然-人工”二元水循环理论,构建了水资源监测与模拟、评价与配置、调度与管理成套技术体系,推动了水文水资源学科的发展;在对“自然-社会”二元水循环及伴生的水化学、水生态、水沙等过程耦合机理识别的基础上,创新研发了水循环多维调控、水资源量-质-效联合配置与调度、流域污染综合治理、河湖生态保护与修复等多项技术。上述技术广泛应用于水利、环保、林业、国土等部门管理工作,支撑了南水北调、三峡等重大工程规划与调度的运行管理,取得了显著的社会经济与生态环境效益。

  期刊研究内容涉及气溶胶、空气质量及其对人类健康的影响、空气污染控制、气象学、气候学、生物气象学、生物圈/水圈/陆地-大气相互作用、大气技术、仪器和建模的研究,以及高层大气和行星大气等。目前期刊已被SCIE、Ei Compendex、Scopus等数据库收录。