分析華北地區(qū)未來(lái)氣候變化的高分辨率數(shù)值模擬

史霖　魯鵬飛　邊君君

[摘要]隨著地球的自然環(huán)境不斷地惡化，氣候溫度出現(xiàn)異常變化的大環(huán)境背景下，我國(guó)華北地區(qū)的氣候變化將面臨著更加嚴(yán)峻的自然挑戰(zhàn)。通過(guò)實(shí)踐研究，分析具有東亞季風(fēng)區(qū)環(huán)境特點(diǎn)的華北地區(qū)氣候現(xiàn)象，運(yùn)用高分辨率的數(shù)值模擬區(qū)域氣候模式，更加有利模擬、還原其自然氣候現(xiàn)象變化的能力，為分析華北地區(qū)未來(lái)氣候變化提供更加可靠有利的數(shù)據(jù)。

[關(guān)鍵詞]華北地區(qū)氣候 高分辨率數(shù)值模擬 分析研究

[中圖分類號(hào)] P46 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-372-1

由于我國(guó)華北地區(qū)處于亞季風(fēng)區(qū)環(huán)境，常年的自然氣象災(zāi)害不斷，再加上全球氣溫的不斷攀升，促使華北地區(qū)氣溫不斷地提高，干旱少雨的天氣現(xiàn)象更為突出。如何運(yùn)用高分辨率數(shù)值模擬對(duì)華北地區(qū)未來(lái)的氣候變化進(jìn)行數(shù)據(jù)分析研究，具有更加深刻的借鑒意義。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

目前已經(jīng)比較成熟的國(guó)際氣象區(qū)域環(huán)境的分析理論可以為試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)基礎(chǔ)，該實(shí)踐理論已經(jīng)在我國(guó)多領(lǐng)域氣候環(huán)境研究方面獲得成功的運(yùn)用。下面將從試驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)境到具體的分析方法進(jìn)行逐一闡述。

（1）試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)。在區(qū)域模型設(shè)計(jì)試驗(yàn)中采用的模擬分布圖的范圍如下：首先選用分辨率在20KM；其次數(shù)據(jù)顯示時(shí)間段為1961年-1990年的RF值和2071年-2100年的RF值（其中該年份的顯示區(qū)域是基于A2較高的溫室排放情景下的數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)未來(lái)較高溫室排放情景）。華北地區(qū)地勢(shì)、地形分布呈現(xiàn)出的效果為模式垂直方向共18層，頂層最高的高度是100HPA，物理變化模式中采用NCAR CCM3方案，行星的邊界層面、海面表層通常量的參數(shù)化方案及積云對(duì)流的參數(shù)化方案將分別采用HOLTSLAG、ZENG及ARAKAWA、SCHUBER閉合假設(shè)條件下的GRELL的方案，而陸面過(guò)程則采用BATS的方案（如圖1所示）。

（2）分析方法。在高溫評(píng)價(jià)方面，通常采用最高氣溫不低于35攝氏度的日數(shù)以及充分考慮人體濕度、炎熱感的在35攝氏度以上日數(shù)的兩個(gè)指標(biāo)范圍進(jìn)行測(cè)算分析的方法論。

2模式對(duì)氣候模擬能力的檢驗(yàn)

通過(guò)表述，基本試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析模型已經(jīng)形成，接下來(lái)將對(duì)該模式對(duì)氣候的模擬能力進(jìn)行基本的檢驗(yàn)。

（1）平均氣溫。對(duì)以全球化、區(qū)域化模擬的華北地區(qū)的氣溫與觀測(cè)的分布情況相關(guān)系數(shù)、誤差標(biāo)準(zhǔn)差等進(jìn)行定量性檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)對(duì)全球化及區(qū)域化的模擬誤差進(jìn)行分析比對(duì)，區(qū)域模擬較全球模擬的氣溫高低描述更好，誤差均有一定的改善。

（2）降水情況。對(duì)以全球化、區(qū)域化為模擬的華北地區(qū)降水與實(shí)際觀測(cè)的分布情況相關(guān)系數(shù)、誤差標(biāo)準(zhǔn)差等進(jìn)行比對(duì)測(cè)量，以4-9月為標(biāo)例，區(qū)域化模式除2個(gè)月低于全球模式外，其他的月份都高于全球模式，而區(qū)域模擬降水的主要誤差主要是西北的山區(qū)偏大，南部平原偏??；高山地區(qū)也高于觀測(cè)點(diǎn)，未來(lái)通過(guò)收集更多的觀測(cè)資料來(lái)進(jìn)行氣候變化的高分辨率數(shù)值模擬。

（3）日最高氣溫。對(duì)以全球化、區(qū)域化為模擬的華北地區(qū)日最高氣溫與實(shí)際觀測(cè)的分布情況相關(guān)系數(shù)、誤差標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比對(duì)測(cè)量，區(qū)域化模擬采取日最高氣溫的形式比較好。從模擬值與實(shí)際觀測(cè)分布對(duì)比來(lái)看，氣溫低值部分分布相似，而峰值處的氣溫分布也比較相近。

（4）生長(zhǎng)季長(zhǎng)度。對(duì)以全球化、區(qū)域化為模擬的華北地區(qū)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度與實(shí)際觀測(cè)的分布情況相關(guān)系數(shù)、誤差標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比對(duì)測(cè)量，通過(guò)不同的測(cè)試手段測(cè)量得出未來(lái)華北地區(qū)的GSL將持續(xù)提升速度，霜凍日數(shù)將減少20D，GSL將增長(zhǎng)14-40D的區(qū)間。

3對(duì)未來(lái)的變化進(jìn)行分析

通過(guò)高分辨率數(shù)值模擬對(duì)未來(lái)變化進(jìn)行分析，從地面升溫、高溫及干旱事件等方面分析，分別總結(jié)出：未來(lái)升溫的情況是南低北高；未來(lái)華北地區(qū)的日照高溫天氣將增加，而且平均溫度都在30攝氏度以上，相對(duì)清涼的天氣將減少；未來(lái)的干旱面積將大幅度漫延，濕潤(rùn)地區(qū)將轉(zhuǎn)化為半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)，干旱及極端天氣將頻發(fā)。

4結(jié)束語(yǔ)

近些年華北地區(qū)更有極端的高熱的天氣現(xiàn)象發(fā)生，引起了業(yè)內(nèi)專家人士的高度重視，甚至有些地區(qū)的旱化程度更加嚴(yán)重，通過(guò)高分辨率數(shù)值模擬分析華北地區(qū)未來(lái)氣候變化走勢(shì)，對(duì)未來(lái)華北地區(qū)乃至全國(guó)地區(qū)的氣候變化規(guī)律提出了重要的預(yù)警性預(yù)測(cè)資料。

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