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GCMs在黄土高原的适用性评估

作　者: 沈红
导　师: 刘文兆
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 土地资源与空间信息技术
关键词: 大气环流模式气象要素空间分布黄土高原适用性
分类号: P462
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

作为全球变化研究的核心内容,气候变化问题日益受到全社会关注。在计算机技术的支持下,气候模式应运而生,被作为定量评估气候变化及其影响效应的重要手段。大气环流模式虽可较好地模拟大尺度下大气环流的平均特征,但不同模式对气候系统物理过程的构建及参数化方法不同,其反馈机制也有所差别,因而即使对同一地区同一气象要素的时空分布特征及变化趋势进行模拟,结果可能存在较大差异,为此需具体考察不同大气环流模式在不同区域模拟的适用性,为评估区域性气候变化以及农林产业、生态、水文水资源等领域对其产生的潜在响应提供基础资料。本研究基于空间尺度上延的原理,将气象要素的空间化方法与大气环流模式的区域可靠性评估相结合,分别采用反距离权重直接插值法(DIDW)、“多元线性回归+残差内插”法(MLR)以及“趋势面模拟+残差内插”法对黄土高原地区的实测月均温度和降水资料进行空间化,在GCMs网格尺度下,将空间化后的结果作为基准值与IPCC第四次评估报告(the 4th Assessment Report,AR4)中提供的4种GCMs(CGCM3、FGOALS、ECHAM5和CSMK3)输出进行比较,从而实现GCMs在黄土高原的适用性评估,并预测了该地区未来2021-2050年可能发生的气候变化。经分析和总结,所得结论如下:(1)温度和降水的多元线性回归方程的显著性检验和偏回归系数检验结果显示,经度、纬度和海拔高度对黄土高原温度空间分布的作用性很强,决定作用在94 %以上,并且3种宏观地理因子中,海拔高度是影响黄土高原地区气温空间分布的主要地理因素;对降水量的作用性相对较弱,决定作用仅介于59.8~82.8 %之间,纬度对研究区降水量的空间分布作用性最强,其次为经度,海拔高度的作用性较弱;区域范围内,温度随着经纬度、海拔高度的增加而降低,降水量则随纬度的升高、经度和海拔高度的下降而减少;(2)为获得空间化精度较高的温度和降水量空间分布,文章对反距离权重直接插值法(DIDW)、“多元线性回归+残差内插”法(MLR)以及“趋势面模拟+残差内插”(TSS)分别进行了站点验证。3种空间化方法对研究区月均温度的模拟精度为:“趋势面模拟+残差内插”法(MAE值介于0.242~0.509℃)>“多元线性回归+残差内插”法(MAE值介于0.485~0.776℃)>直接插值法(MAE值均大于1.0℃),说明考虑经度、纬度及海拔高度影响并采用残差内插订正的数学模型可以有效地提高温度的空间化精度。但两类模型却不能显著提高月均降水要素的空间化精度,与直接插值法一样,仅能基本反映出年均降水量在不同地区的分布差异。(3)“趋势面模拟+残差内插”法用于估算地势起伏较大地区的温度空间分布时,其精度相对较高,但若针对地势较为平坦、海拔高度差异不大的地区,该方法与“多元线性回归+残差内插”法均可获得精度较高的空间温度分布数据;对趋势面模型进行逐步回归分析虽然有利于简化模型,但其空间化精度在一定程度上有所降低,拟合效果介于“多元线性回归+残差内插”法和未经逐步回归分析的“趋势面模拟+残差内插”法之间。(4)与黄土高原地区月均温度和年均降水量的基准值相比较,4种GCMs对该区月均温度的模拟误差大小依次为:CGCM3>FGOALS,CSIRO>ECHAM5,ECHAM5模式的误差分布相对最为稳定且较接近于x轴,因此可认为该模式对研究区月均温度的模拟输出较为可靠;对黄土高原地区年均降水量的估算,4种环流模式的模拟结果均比基准值要明显偏大,但ECHAM5和CSIRO模式能够基本模拟出区内降水量空间分布特征,且CSIRO模式的误差相对最小,可认为CSIRO模式对研究区年均降水量的模拟输出具有一定适用性。(5)ECHAM5和CSIRO模式在A2情景下分别对黄土高原未来温度和降水量变化趋势的预测结果为:相较于1971-2000年,未来30年内黄土高原的气温将有所上升,年平均增幅约为1.23℃,其中以冬季上升最为显著,且高纬度地区的温度增幅大于低纬度地区,西部大于东部;年均降水则可能以下降趋势为主,变化率介于4.08~ -13.51 %。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-13
第一章绪论  13-19
  1.1 研究的目的与意义  13-14
  1.2 国内外研究进展  14-19
    1.2.1 GCM 简介  14
    1.2.2 GCM 在国内外的运用概况  14-16
    1.2.3 GCMs 的评估概况  16-17
    1.2.4 气象要素空间化方法的研究概况  17-19
第二章研究内容和方法  19-29
  2.1 研究区概况  19-21
  2.2 研究内容  21-22
  2.3 研究方法  22-26
    2.3.1 气象要素空间化  22-24
    2.3.2 空间化精度的检验  24-25
    2.3.3 评估GCMs 在黄土高原的适用性  25-26
    2.3.4 GCMs 对黄土高原未来温度和降水量变化趋势的预估  26
  2.4 研究资料的收集  26-29
    2.4.1 数据来源及处理  26-27
    2.4.2 站点选取及分布  27
    2.4.3 环流模式的选取及介绍  27-29
第三章黄土高原气象要素的空间化方法研究  29-37
  3.1 不同搜索半径对IDW 直接内插精度的影响  29-30
  3.2 多元线性回归的统计分析  30-32
    3.2.1 多元线性回归模型的显著性检验  30-31
    3.2.2 多元线性回归模型的偏回归系数检验  31-32
  3.3 趋势面模型的统计分析  32-33
    3.3.1 趋势面模型的显著性检验  32-33
    3.3.2 趋势面模型的逐步回归分析  33
  3.4 站点检验  33-37
    3.4.1 检验站点月均温度的误差分析  33-35
    3.4.2 检验站点月均和年均降水量的误差分析  35-37
第四章 GCMS 在黄土高原的适用性  37-39
  4.1 四种GCMS 对研究区月均温度的模拟评估  37
  4.2 四种GCMS 对研究区年均降水量的模拟评估  37-39
第五章黄土高原未来温度及降水量变化趋势的预估  39-42
  5.1 黄土高原未来温度变化预估  39-40
  5.2 黄土高原未来降水量变化预估  40
  5.3 预测结果的讨论  40-42
第六章结论与展望  42-44
  6.1 全文总结  42-43
  6.2 讨论与展望  43-44
参考文献  44-48
致谢  48-50
附录1  50-54
附录2  54-55
附录3  55-56
作者简介  56

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