近百年亚洲降水变化特征及其不确定性分析

近百年亚洲降水变化特征及其不确定性分析大气降水是陆地水循环的重要组成部分之一。全球变暖背景下,降水的长期变化对自然界具有重大的影响。

亚洲地区的降水量具有明显的时空分布差异。研究其近百年来的降水长期趋势变化规律,对于理解水循环过程及其对全球气候变暖的响应和反馈,具有重要意义。

在当前地面降水观测资料的完整性和准确性仍存在不足的情形下,区域降水变化的研究结论对所采用的研究方案非常敏感。不同资料、不同分析方法和不同降水指标的应用,会使研究结论出现显著差异,是当前研究不确定性的重要来源之一。

本文利用不同来源的降水观测资料,在台站资料最为可靠的中国地区探讨最优区域平均降水计算方法,解决台站空间分布不均匀引起区域平均降水估算不确定性问题;探讨降水指标的适用性,解决降水量气候场差异大和台站数据时间完整性对大尺度降水变化估计的影响问题;对资料完整性和准确性较好的东亚区域,分析雨季进退长期变化,讨论不同时段的资料应用产生的不确定性问题;对地形最为复杂的大喜马拉雅地区近几十年的降水和极端降水变化进行分析,确定研究亚洲地区长期降水变化所应用的资料和方法;利用均一化订正后的最新资料对亚洲各个区域以及亚洲整体的近百年降水变化特征进行分析,对仍存在的不确定性问题进行了讨论。主要得到以下结论:(1)以“中国地面与CMORPH融合逐日降水产品(V1.0)”作为参照数据,利用中国地面2425站降水观测数据,采用不同区域平均方法计算中国平均降水量及其不同距平指标的时间序列,对各种计算方法所得序列的平均值、线性回归趋势以及标准差同参考值进行比较,发现在时间上数

据基本无缺失的1998-2012年,2.5度和5.0度经纬度网格面积加权区域平均方法所得到的中国平均降水量变化趋势和离散程度同参考值最为接近,对区域降水平均值的计算也较为准确,是最优的区域平均方案。

网格过疏或过密都会使区域平均结果出现较大误差。直接平均方法的区域平均结果误差明显偏大,应尽量避免在大尺度降水研究之中应用。

(2)对1951-2016年全国、中国西部、中国东部不同降水指标的5.0度经纬度网格区域平均序列进行对比分析,发现选用不同降水指标对区域平均降水变化趋势估计结果具有很大差异。1951-1957年由于较为干燥的中国西部台站数据缺失较多,全国区域平均降水量、降水日数、降水强度的原始值都出现了明显的虚假偏高,使1951-2016年线性趋势估计出现较大偏差。

在中国西部地区,区域平均降水量距平百分率时间序列会出现明显偏大的波动。距平和标准化距平则在不同数据缺测情况、不同气候值背景下都较为稳定。

全国区域平均的降水量、降水日的原始值和距平值变化基本是中国东部湿润地区降水变化的反映,而距平百分率的变化主要由中国西北等干燥区域的降水变化引起,标准化距平指标则可以折中反映湿润地区和干燥地区的降水变化情形。

(3)利用GHCN-D和CGP-D两套不同的逐日降水数据集,采取5.0度经纬度网格面积加权区域平均方法,依据候降水量定义雨季起讫时间,分析东亚地区站点以及区域平均雨季开始、结束和持续时间的气候变化特征。

结果表明:1951-2009年,GHCN-D和CGP-D的区域平均变化趋势存在较大差异:基于GHCN-D数据的区域平均雨季开始及结束时间均提前,雨季持续时间增加,但基于CGP-D数据的区域平均雨季开始时间推迟,雨季持续时间减少。不同资料的应用会使得部分研究结论出现反转,是研究结论不确定性的主要因素,其原因可

能来自于GHCN-D数据2000年之后的完整性问题。

研究时段的变化对线性趋势估计值的大小存在影响,是不确定性的次要因素。不同数据集不同时段的资料应用,对站点变化趋势空间分布的影响较小。

(4)利用CGP-D逐日降水数据,选取2.5度经纬度网格面积加权区域平均方法,分析大喜马拉雅地区(HKH region)近几十年的降水和极端降水指数变化。研究发现,1951-2013年大喜马拉雅地区平均年降水量和降水强度显著增加。

其中中国青藏高原地区降水量、日数和强度都显著增加,印度大部分区域降水日数显著增加而降水强度显著减少;中国西南地区和中亚南部高山区域则降水日数显著减少而降水强度显著增加。1961-2012年大喜马拉雅地区平均弱降水量和频率、强降水量和频率都有显著增加的趋势,但弱降水强度有所减小,短期持续暴雨和连阴雨日数显著增加。

2000年之前,各种极端降水指数的距平百分率和标准化距平的增减变化差

异不大,但2000年之后距平百分率指数出现了异常显著的增加趋势,标准化距平的增加则不很明显。(5)以经过降水测量偏差订正的俄罗斯数据集为参考数据,

对CGP的俄罗斯地区资料进行订正处理,选取降水量的标准化距平指标,采用5.0度经纬度网格面积加权区域平均方法对亚洲地区1901-2016年的降水变化特征

进行分析。

主要发现:近百年来,亚洲区域平均降水量呈现增加趋势,20世纪40-50年代北亚和中亚区域冷季降水量的突然增加对总体趋势贡献最大;2005年之后亚洲

大部分子区域的降水量也出现了明显增加,其他时段亚洲区域平均降水量以波动为主,增减趋势不明显。亚洲春秋季降水量的变化趋势接近于年降水量,冬季降水量呈现多-少-多的变化,夏季降水量增加趋势较小且不显著。

近百年来,北亚和中亚地区夏季降水量占比一致性显著减少,其他三个季节的降水量及占全年降水的比例都有不同程度的增加。中亚地区降水资料的潜在非均一性问题有可能导致降水的虚假增加,给研究结论带来了部分不确定性。

总之,本文完成了近百年来亚洲地区降水变化的分析工作。但由于当今亚洲区域降水数据仍存在一定完整性和可靠性问题,本文的研究结论还存在一些不确定性,有待继续深入分析解决。