气候变化背景下汉江流域极端降水时空演变及预估研究

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在气候变化背景下,1963年以来汉江流域的极端降水量占全年降水量的比例呈现出一定的上升趋势,极端降水阈值也呈现出上升趋势,降水的极端化趋势一定程度上增加了气象灾害风险。汉江是长江最大的支流,上游是南水北调中线工程的水源,在区域发展总体格局中具有重要地位。因此,研究气候变化背景下汉江流域极端降水的变化趋势对汉江流域的水资源、跨区域调水和可持续发展及应对区域气候变化和防灾减灾工作具有重要意义。虽然许多学者从不同的角度分析了汉江流域极端降水的变化特征,并取得了一定的研究成果,但缺乏全面的角度,且在对未来汉江流域极端降水的预估研究较缺乏。为更全面地研究历史时期和未来气候变化情景下极端降水的变化特征,本文依据国家气候中心的日平均格点化观测数据集CN05.1分析了1961-2014年极端降水和此时段内汛期极端降水的变化特征,并应用跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)的5个CMIP5全球气候模式模拟的历史和未来逐日降水数据,在评估模式模拟能力的基础上,从极端降水强度、频率和持续时间三个角度选取极端降水指标,分析RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下2020-2099年汉江流域极端降水的变化特征,并分析了预估的不确定性。论文的主要结论如下:(1)在历史时期,从整个时间轴来看,各降水指标均在1960s初、1980s至1990s初和21世纪初数值较高。总体来看,历史时期汉江流域极端降水指数波动变化明显,但极端降水强度指标呈现出不显著的上升趋势,中雨日数(R10)和持续湿期(CWD)呈现出不明显的下降趋势,大雨日数(R20)和暴雨日数(R50)呈现出不显著的上升趋势。而从未来预估结果来看,除了RCP8.5情景下的持续湿期呈现出一定的下降趋势外,其余极端降水指数在未来三种情景下均呈现出一定的增长趋势,RCP2.6情景下的变化趋势多数不显著,但RCP4.5和RCP8.5情景下的变化趋势均通过了显著性检验。通过三种情景下的变化对比,可以发现排放浓度越高,各指数的变化趋势越明显。(2)空间变化上,历史时期在流域西南部的镇巴地区和钟祥以下的下游地区通常为变化最为显著的地区,单日最大降水量(RX1d)、连续5日最大降水量(RX5d)、极端降水量(R99p)、降水强度(SDII)、大雨日数和暴雨日数以该地区增长趋势最大,中雨日数以该地区减少趋势最大,表明在降水偏多的流域东南部和西南部变化幅度普遍较大,其降水极端化的趋势也更加明显。未来预估的空间变化上,在RCP2.6和RCP4.5情景下极端降水强度指数上均以钟祥以下地区降幅最大,空间变化特征可以归纳为“两头变化大,中间变化小”的特征,如RX1d、R99p和SDII,或者“两头下降,中间上升”的特征,如RX5d;在RCP8.5情景下极端降水强度指数随着时间的推移,指标数值上升的区域开始不断扩大。在不同情景下仍以钟祥以下的下游地区为变幅最大的地区,流域西南的镇坪、镇巴地区也是变幅较大的地区。(3)预估的不确定性分析上,持续湿期以RCP4.5情景下的不确定性最大,其余极端降水指数以RCP8.5情景下的不确定性最大。降水强度的不确定性最小,暴雨日数的不确定性最大。空间上,强度指数的不确定性在流域东部要大于流域西部,频率指数的不确定性流域北部要大于流域南部,CWD以南阳和钟祥以下的下游地区不确定性较大。
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