塔里木河流域极端气候事件模拟与RCP4.5情景下的预估研究

干旱区地理 ›› 2014, Vol. 37 ›› Issue (3): 490-498.

塔里木河流域极端气候事件模拟与RCP4.5情景下的预估研究

黄金龙¹，陶辉²，苏布达³，Marco Gemmer³，王艳君¹

（1 南京信息工程大学遥感学院，江苏南京 210044； 2 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，江苏南京 210008； 3 中国气象局国家气候中心，北京 100081）

收稿日期:2013-05-17 修回日期:2013-08-12 出版日期:2014-05-25
通讯作者: 陶辉（1981-），男，博士，主要从事气候变化对水资源影响研究. Email：htao@niglas.ac.cn
作者简介:黄金龙（1989-），男，硕士研究生，主要从事气候变化对水资源影响研究. Email：huangjl_2012@163.com
基金资助:
新疆维吾尔自治区科技支撑项目（201331104）；国家自然科学基金项目（41101023）?

Simulation of climate extreme events in the Tarim River Basin and projection under the RCP4.5 scenario

HUANG Jin-long¹，TAO Hui²，SU Bu-da³，Marco GEMMER³，WANG Yan-jun¹

（1 School of Remote Sensing, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, Jiangsu, China; 2 State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, Jiangsu, China;3 National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China）

Received:2013-05-17 Revised:2013-08-12 Online:2014-05-25

摘要/Abstract

摘要： 利用塔里木河流域1986-2005年气温、降水逐日格点数据和MPI-ESM-LR模式驱动的CCLM区域模式模拟数据，评估了CCLM模式对塔里木河流域极端气候事件的模拟能力。同时采用EDCDF法对最高气温、最低气温和降水预估数据进行偏差校正，并计算了2016-2035年极端气候指数。结果表明：该区域气候模式对塔里木河流域年平均最高气温、最低气温和降水的空间分布具有较强的模拟能力，特别是气温空间相关系数在0.97以上；该模式对于极端气候事件也有着较强的模拟能力，大部分极端气候指数的空间相关系数达到了0.01的显著性水平。通过偏差校正，有效地提高了气候要素及相应的极端气候指数的模拟精度。预估未来RCP4.5情景下，塔里木河流域未来（2016-2035年）极端暖事件（暖期持续指数、气温日较差、暖昼、极端最高气温）有增加的趋势，未来流域中部的干旱可能更严重，而流域内环塔里木盆地区域将变湿。

关键词: 塔里木河流域, 极端气候, 区域气候模式, RCP4.5

Abstract: Reduction of uncertainty in simulations and projections of regional climate models is a critical issue for regional climate impact studies， especially in context of climate extremes. Based on daily grid datasets （1986-2005） of precipitation， maximum and minimum temperature that interpolated by observed data and simulated by regional climate model CCLM， 12 climate extreme indices recommended by the CCI/CLIVAR/JCOMM-ETCCDMI are calculated and the climate extreme simulation ability of CCLM is evaluated for Tarim River Basin （TRB） for the period 1986-2005. To improve the availability of simulated data， the systematic bias between observations and model projections are corrected by the equidistant CDF matching method （EDCDFm）. Then the projected change of the climate extreme is studied by the climate extreme indices calculated by the bias-corrected simulated data. The results show that the regional climate model CCLM can reproduce the spatial distributions of annual mean maximum temperature， minimum temperature， precipitation and climate extreme indices. The spatial correlation of temperature can arrive 0.97. The spatial correlations of most climate extreme indices are significant at 0.01 significance level. The application of the bias correction has shown that it effectively improves the bias in climate variables and most of the corresponding climate extreme indices of the TRB. However，the percentile-based tem- perature indices （Tx90p，tn10p，WSDI） are not simulated and improved well. But their bias and root-mean-square- error are improved by using the bias-correction method. Under RCP4.5 scenario， extreme warm events （WSDI，DTR，Tx90p，TXx） will increase. The annual total precipitation （PRCPTOT） will increase mainly in the edge of TRB. Extreme precipitation events （Rx1day，R95pTOT，SDII） have a decreasing trend. According to the spatial distribution of CDD and CWD，middle part of Tarim River basin will get drier and the edge of Tarim River Basin will get wetter during 2016-2035.

Key words: Tarim River Basin, climate extreme, regional climate model, RCP4.5

中图分类号:

K871.11

黄金龙，陶辉，苏布达，Marco Gemmer，王艳君. 塔里木河流域极端气候事件模拟与RCP4.5情景下的预估研究[J]. 干旱区地理, 2014, 37(3): 490-498.

HUANG Jin-long，TAO Hui，SU Bu-da，Marco GEMMER，WANG Yan-jun. Simulation of climate extreme events in the Tarim River Basin and projection under the RCP4.5 scenario[J]. , 2014, 37(3): 490-498.

参考文献

［1］ SILLMANN J，ROECKNER E. Indices for extreme events in projections of anthropogenic climate change［J］. Climate Change，2008，86：83-104.

［2］ FIELD C B，BARROS V，STOCKER T F，et al. IPCC，2012：Managing the risks of extreme events and disasters to advance climate change adaptation［M］. Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA：Cambridge University Press，2012：39-44.

［3］王澄海，吴永萍，崔洋. CMIP研究计划的进展及其在中国地区的检验和应用前景［J］. 地球科学进展，2009，24（5）：461-468.

［4］陶辉，白云岗，毛炜峄. CMIP3气候模式对北疆气候变化模拟评估及未来情景预估［J］. 地理研究，2012，31（4）：589-596.

［5］高超，姜彤，翟建青. 过去（1958-2007）和未来（2011-2060）50年淮河流域气候变化趋势分析［J］. 中国农业气象，2012，33（1）：8-17.

［6］许崇海，沈新勇，徐影. IPCC AR4模式对东亚地区气候模拟能力的分析［J］. 气候变化研究进展，2007，3（5）：287-292.

［7］ TAYLOR K E，STOUFFER R J，MEEHL G A. An overview of CMIP5 and the experiment design［J］. Bull Am Meteorol Soc，2012，93：485-498.

［8］ SILLMANN J，KHARIN V V，ZHANG X，et al. Climate extremes indices in CMIP5 multi-model ensemble：Part 1. Model evaluation in the present climate［J］. Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2013，118：1-18.

［9］ SILLMANN J，KHARIN V V，ZWIERS F W，et al. Climate extreme indices in the CMIP5 multi-model ensemble. Part 2：Future climate projections［J］. Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2013，doi：10.1002/jgrd.50188．

［10］陈敏鹏，林而达. 代表性浓度路径情景下的全球温室气体减排和对中国的挑战［J］. 气候变化研究进展，2010，6（6）：436-442.

［11］曹丽格，方玉，姜彤，等. IPCC影响评估中的社会经济新情景（SSPs）进展［J］. 气候变化研究进展，2012，8（1）：74-78.

［12］李新周，刘晓东. 未来全球变暖情景下华东地区极端降水变化的数值模拟研究［J］. 热带气象学报，2012，28（3）：379-391.

［13］高学杰. 中国地区极端事件预估研究［J］. 气候变化研究进展，2007，3（3）：162-166.

［14］赵勇，房永杰，黄有志. RegCM3模式对新疆1996年降水和气温的数值模拟分析［J］. 沙漠与绿洲气象，2012，6（4）：38-43.

［15］任国玉，封国林，严中伟. 中国极端气候变化观测研究回顾与展望［J］. 气候与环境研究，2010，15（4）：337-353.

［16］ MARCO G，FISHER T，JIANG T，et al. Trends in precipitation extremes in the Zhujiang River Basin，South China［J］. Journal of Climate，2011，24：750-761.

［17］苏布达，姜彤，任国玉，等. 长江流域1960-2004年极端强降水时空变化趋势［J］. 气候变化研究进展，2006，2（1）：9-14.

［18］周雅清，任国玉. 中国大陆1956～2008年极端气温事件变化特征分析［J］. 气候与环境研究，2010，15（4）：405-417.

［19］刘学华，季致建，吴洪宝，等. 中国近40年极端气温和降水的分布特征及年代际差异［J］. 热带气象学报，2006，22（6）：618-624.

［20］江志红，丁裕国，陈威霖. 21世纪中国极端降水事件预估［J］.气候变化研究进展，2007，3（4）：202-207.

［21］ WANG H，CHEN Y，CHEN Z，et al. Changes in annual and seasonal temperature extremes in the arid region of China，1960-2010［J］. Nat Hazards，2013，65：1913-1930.

［22］姚玉璧，肖国举，王润元，等. 近50年来西北半干旱区气候变化特征［J］. 干旱区地理，2009，32（2）：159-165.

［23］杨霞，赵逸舟，李圆圆，等. 乌鲁木齐极端天气事件及其与区域气候变化的联系［J］. 干旱区地理，2009，32（6）：867-873.

［24］辛渝，张广兴，张新，等. 新疆博州地区近46年来的气候变化特征［J］. 干旱区地理，2006，29（2）：193-200.

［25］陶辉，白云岗，毛炜峄. 塔里木河流域气候变化及未来趋势预估［J］. 冰川冻土，2011，33（4）：738-743.

［26］刘兆飞，徐宗学，刘绿柳，等. 塔里木河流域未来最高和最低气温变化趋势［J］. 干旱区地理，2008，31（6）：822-829.

［27］ LI Hongjun，MAO Weiyi，ZHAO Yong，et al. Trends and abrupt changes in surface vapor content over Tarim Basin during the last 50 years［J］. Journal of Arid land，2012，4（3）：260-270.

［28］陶辉，宋郁东，邹世平. 开都河天山出山径流量年际变化特征与洪水频率分析［J］. 干旱区地理，2007，30（1）：43-48.

［29］ GAO X，SHI Y，ZHANG D，et al. Uncertainties in monsoon precipitation projections over China：results from two high-resolution RCM simulations［J］. Climate Research，2012，52：213-226.

［30］ LI H，SHEFFIELD J，WOOD E F. Bias correction of monthly precipitation and temperature fields from Intergovernmental Panel on Climate Change AR4 models using equidistant quantile matching［J］. J Geophys Res，2010，115，D10101，doi：10.1029/2009JD01 2882.

[1]	张齐飞, 陈亚宁, 孙从建, 向燕芸, 郝海超. 塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估[J]. 干旱区地理, 2024, 47(1): 1-14.
[2]	穆佳薇, 乔保荣, 余国新. 新疆塔里木河流域县域农业低碳生产率时空格局及影响效应研究[J]. 干旱区地理, 2023, 46(6): 968-981.
[3]	刘鑫, 亢燕铭, 辛渝, 陈勇航, 周海江, 秦汉, 何清, 王智敏. RegCM4.6两种积云参数化方案在东亚模拟结果的评估[J]. 干旱区地理, 2023, 46(1): 23-35.
[4]	张久丹, 李均力, 包安明, 白洁, 刘铁, 黄粤. 2013—2020年塔里木河流域胡杨林生态恢复成效评估[J]. 干旱区地理, 2022, 45(6): 1824-1835.
[5]	刘夏,张曼,徐建华,郭英,段伟利,沈彦军. 基于系统动力学模型的塔里木河流域水资源承载力研究[J]. 干旱区地理, 2021, 44(5): 1407-1416.
[6]	杨维涛, 孙建国, 康永泰, 马恒利, 徐睿择 . 黄土高原地区极端气候指数时空变化[J]. 干旱区地理, 2020, 43(6): 1456-1466.
[7]	孙天瑶, 李雪梅, 许民, 张萌生. 2000—2018年塔里木河流域植被覆盖时空格局 [J]. 干旱区地理, 2020, 43(2): 415-424.
[8]	焦伟, 刘新平, 张琳, 梁玲霞. 塔里木河流域土地开发的生态响应研究[J]. 干旱区地理, 2018, 41(6): 1396-1404.
[9]	王光焰, 王远见, 桂东伟. 塔里木河流域水资源研究进展[J]. 干旱区地理, 2018, 41(6): 1151-1159.
[10]	陈亚宁, 李卫红, 陈亚鹏, 朱成刚. 科技支撑新疆塔里木河流域生态修复及可持续管理[J]. 干旱区地理, 2018, 41(5): 901-907.
[11]	魏光辉, 桂东伟, 赵新风. 不同水平年塔里木河流域“四源一干”可承载灌溉面积研究[J]. 干旱区地理, 2018, 41(2): 230-237.
[12]	韩强, 薛联青, 刘远洪, 任磊. 塔里木河中上游土地利用变化的径流响应[J]. 干旱区地理, 2017, 40(6): 1165-1170.
[13]	苟娇娇, 王飞, 于恩涛, 金凯. 黄土高原地区土地覆盖变化对气候的反馈作用数值模拟[J]. 干旱区地理, 2017, 40(4): 850-859.
[14]	邓铭江, 樊自立, 徐海量, 周海鹰. 塔里木河流域生态功能区划研究[J]. 干旱区地理, 2017, 40(4): 705-717.
[15]	张鹏飞, 古丽·加帕尔, 包安明, 孟凡浩, 郭辉, 郭浩, 罗敏, 黄晓然. 塔里木河流域近期综合治理工程生态成效评估[J]. 干旱区地理, 2017, 40(1): 156-164.