文摘

本研究评估未来地表径流的变化由于气候变化在朝鲜使用区域气候模型(RCM),即全球/区域集成模型体系(的),(RMP)区域模型项目。RMP迫于未来气候情景,即aib的政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告(的事)。RMP满意地再现了观察到的季节性均值和当前气候模拟的地表径流的变化。分布的季风降水相关的径流是RMP充分捕捉到。在未来(2040 - 2070)模拟,结果表明,温度具有显著的增加趋势对intra-annual径流变化的影响。在夏季径流增加的可变性;此外,加强检测到极端的可能性发生在未来的气候。本研究表明,未来气候预测,包括地表径流及其变化在韩国,可以充分解决RMP试验台。此外,这项研究表明,全球变暖会影响当地的水文周期主要通过改变水预算组件。本研究提出,径流的重要性不应该被忽略在区域气候研究中,淡水循环的和更复杂的演示需要关闭在rcm水文循环。

1。介绍

地表径流的主要组件之一是陆地水循环与降水和蒸发,从而影响人类活动通过确定供水。由于水循环响应气候变化(1),随之而来的对地表径流的影响导致各种社会问题可用性或无水的变化,例如,洪水或干旱(例如,2,3])。对区域政策的制定预防可能的水资源问题,预测未来的地表径流条件及其变化是需要优先。

广泛使用的方法之一来评估未来气候变化对地表径流的影响采用全球气候模型与气候变化(GCMs)投影场景(4]。有三种不同的接近方法的地表径流GCM结果:(1)使用直接GCM包括地表模型的输出(LSM)或简单的水预算(例如,5- - - - - -7]),(2)适应水文单一列模型,计算表层和次表层的水预算,统计上缩减规模GCM数据(例如,8- - - - - -10]),和(3)动力降尺度嵌套区域气候模型(RCM)等目标区域流域(例如,11,12])。

GCM是一个有价值的工具,用于未来气候预测;然而,它粗糙的空间分辨率(一般> 100公里)限制表面异常强迫的适当的表示。GCM不足以代表的直接输出区域范围内的水文循环。上述第二和第三方法调研GCM克服这些限制。这是言之成理的哪一个显示区域气候学高重现性;然而,统计降尺度可能未来气候模拟的不当,因为僵化的实证关系GCM-simulated循环和地方特性,难以适应未来气候的如果有一个循环的重要变更(13]。这一错误结果穿透水文单一列模型,不断下降的水文特性的可预测性。相反,动力降尺度方法可能是应对大规模气候变化甚至未来的模拟,因为它显式地表示RCM中尺度过程和地形影响的(例如,(14- - - - - -17])。

随着计算增长了rcm的昂贵的计算是一个动力降尺度的弱点,rcm密集适应研究有关气候变化对地表径流的影响。例如,Kjellstrom和林德(12]研究变化的水预算使用罗斯比中心区域大气气候模型在北欧迫于GCM此前政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告(AR4)场景和显示,该地区的水文周期可能会在未来变得更加强烈。Sanchez-Gomez et al。11]研究了变化在地中海的水预算使用multimodel合奏的rcm GCM IPCC AR4场景的运行。他们预测进步干燥的地中海地区,因此增加了地中海的盐度。施等。18)评估未来的水文变化预算使用RegCM3模型在青藏高原。这些研究表示,rcm提供可靠的代表当前的地表径流和评价其未来变化的能力。

在这项研究中,一个过渡的地表径流未来气候变化对亚洲和韩国使用RCM调查。我们执行动力降尺度的区域模型程序(RMP)全球/区域集成模型系统(严峻;(19版本5])与欧洲中心汉堡(ECHAM5;(20.)作为一个大规模的强迫。实验进行的当前(1980 - 2000)和未来(2040 - 2070)的气候。作为未来气候变化的先决条件评估,RMP的能力评估提供区域范围内嵌入一个低分辨率的全球模型细节,因此,未来的气候学是比当前的气候学。本文组织如下。模型描述和实验装置2。部分3提供了缩减规模的评估结果RMP当前气候。未来和当前气候的比较提出了部分4。最后,总结和结论出现在部分5。

2。模型和实验装置

2.1。区域气候模式

在这项研究中,GRIMs-RMP(以下简称RMP)应用RCM。RMP的谱表示是一个二维余弦级数对压力扰动,散度温度和混合比,但一系列二维正弦扰动涡度的。的线性计算水平扩散和semi-implicit调整仅视为扰动,因此错误的重新评价线性强迫从基本字段将被淘汰21,22]。RMP的物理包采用简化Arakawa-Schubert (SAS)对流计划(23对流参数化),诊断微观物理学计划(24延世大学),行星边界层(YSUPBL)方案25),国家环境预报中心(NCEP)俄勒冈州立大学美国空气Force-National水文气象局办公室发展(诺亚)地表模型(LSM) (26,27),和短波(28和长波29日辐射参数化。为了防止大规模字段的失真,修订后的量表选择性偏差纠正(SSBC)方法,这有助于提高性能的降水模拟RMP (30.]。这个模型已成功地用于许多区域气候研究,尤其是对东亚季风研究(例如,31日- - - - - -33])和GCM降尺度研究未来气候预测(34)和附加价值识别(35]。

2.2。实验设计

模型域包括东亚、印度,太平洋西部,澳大利亚北部,如图1。气候学分析在分析区进行,而东北亚技能成绩表。Intra-annual变异是在朝鲜(图分析1)。在笛卡尔坐标网格点的数量是241(西)198(南北)名义50公里水平分辨率。28-level地形跟踪(σ)垂直网格。RMP实验是进行电流(1980 - 2000年以后20 c)和未来(2040 - 2070年以后aib)气候。横向边界和海表面温度(SST)条件从ECHAM5 RMP模拟仿真结果在六小时间隔。未来变化的辐射强迫遵循特殊的aib排放情况报告排放场景(sr)的政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告(AR4) [36]。详细描述实验设置,建议参考Chang和香港37]。

2.3。评估数据

计算模拟径流的诺亚LSM RMP。诺亚LSM的汇总地表径流使用简单的水平衡模型(38]。它定义了地表径流作为一个净降水量降水率的区别和渗透;也就是说,,在那里是决定土壤湿度的函数和纹理26]。模拟径流从RMP获得20 c实验相比regridded观察分析数据集,也就是说,国际卫星陆地气候学项目,计划二世(ISLSCP II),和新罕布什尔大学(中)/全球径流数据中心(GRDC)复合月径流([39];可以在http://daac.ornl.gov/cgi-bin/dsviewer.pl?ds_id=994;以下ISLSCP2)。ISLSCP2数据生成基于卫星和空间站的一个复合观测和部分调整使用水平衡模型。这个数据集包含月径流分析的空间分辨率和全球土地覆盖地区。它提供了一个详细的径流分布。自ISLSCP2部分涵盖了20 c实验,模拟月径流是1986 - 1995年期间的评估。ISLSCP2数据将被内插到RMP模型网格的评估。

3所示。评估当前的气候模拟

通常同意缩减规模表面变量如降水和温度应该与观察相同的为了预测场景被认为是可信的(40,41]。因为Chang和香港(37)证实了RMP代表降水和地表温度的能力,我们专注于评估地表径流从RMP获得20 c实验。

图2比较了季节性平均地表径流从ISLSCP2获得数据集,由RMP模拟。很明显,径流的空间分布模式与降水高度相关。现在夏天,June-July-August环流),两大强径流区域观察到;在热带地区,一个是,另一个是扩展从中国南部到韩国和日本,这是有关东亚夏季季风降水(图(EASM)2(a))。RMP捕获EASM相关径流模式,而盈余径流通常出现在大陆地区,和缺乏径流出现在热带地区(数据2(b)和2(c))。另一方面,强径流地区西部的印度和印度支那足够RMP(图复制2(b))。整个模型领域,普遍高估,相关系统的湿偏差是由于过度的模拟降水RMP(见图- - - - - -在[37])。的冬天,December-January-February (DJF), RMP充分捕捉径流模式在中国南方,韩国,和日本虽然一般出现高估。这里,给定年DJF指定当年的12月至次年2月。热带径流由RMP复制的模式,但其空间偏差比这大得多的观察(图2(f))。尽管通常出现湿偏见在夏季和冬季,模拟径流的空间格局对ISLSCP2复制数据。

图3显示了径流气候学领域以及图2,但他们从ECHAM5获得仿真结果。比较RMP结果图2,很明显,ECHAM5显示了RMP劣质的性能。对环流,径流是高估了在东北亚和径流集中分布在印度西海岸和印度支那半岛不是被ECHAM5 (cf数据2(一)和3(一个))。DJF,径流是低估了特别是中国南方(cf数据2(d)和3 (b))。通常,ECHAM5-simulated径流分布太平滑捕捉观察气候学。

表1总结了基本统计模式相关性(PC)和均方误差(RMSE)径流字段,从ECHAM5 RMP, ISLSCP2数据集。计算技能成绩,ISLSCP2半解析-经度网格数据插值到ECHAM5 RMP模式网格大约180公里,50公里分辨率,分别。RMSE分数似乎轻微RMP的ECHAM5比;然而,电脑有明显区别分数RMP和ECHAM5之间。RMP的电脑上面0.7环流和DJF,而电脑是ECHAM5结果低于0.5。这一结果表明,RMP模式结果的可靠性远高于ECHAM5结果。

4所示。未来的气候变化

评估未来气候变化对径流,缩减规模场景ECHAM5-A1B排放RMP分析从2040年到2070年。根据Chang和香港(37),近地表温度显示明显增加在未来的气候环流和DJF,而降水未来的气候学与当前关于东亚的气候相似。结果的基础上Chang和香港(37),分析重点是水预算组件和径流的变化模式在韩国在这个研究。未来气候实验(aib)相比从当前气候实验(20 c),分别。

研究温度变化对径流的影响,季节性径流差异达到20 c气候学分析如图4。有显著增加径流在印度和印度支那,而西北印度的一部分,中国南部的内陆地区,和韩国在夏季(图显示减少径流4(一))。然而,中国南部东海岸,韩国和日本南部海岸显示增加径流,EASM相关(图4(一))。在DJF,大陆地区显示轻微的减量的径流,径流增加在韩国和中国南海岸(图4 (b))。热带地区显示在环流和DJF径流增加。关注朝鲜,这是非凡的,相反的方向变化出现在环流和DJF。

图5显示了水的定量变化主要组件预算在朝鲜。在环流,径流和蒸发增加了9.1%和5.9%,分别,而降水下降了20.7%。在DJF,径流和降水增加7.9%和80.9%在未来气候,而蒸发下降了1.6%。这里,径流的增加是明显受到很大的降水增加。另一方面,增量比例看起来太大,由于小降水的绝对值。这些结果表明,水文循环的模式在未来的气候变化。

月度变化建模的水预算组件:降水、蒸发和径流在当前和未来的气候在朝鲜在图所示6。显然表明径流变化与降水变化(cf高度相关。数字6(一)和6 (b))。有显著强化峰值点7月达到此实验对径流和降水,在8月和9月下降相比20 c实验(数字6(一)和6 (b))。相反,在5月和6月径流是加剧(数据6(一)和6 (b))。在未来气候、蒸发(图8月5月普遍增加6 (c)),它是一种自然的结果温度上升(见图- - - - - -在[37])。这意味着温度变暖对intra-annual径流的分布有很大的影响。此外,在夏天它增加径流的变化,显示了加强极端事件的可能性。因为这些结果来自50公里分辨率模拟和数量area-averaged在韩国,他们不能提供准确的定量变化的价值。然而,通过这些比较分析当前和未来的气候学,它能够访问相对变化的水预算模式组件由于气候变化。

5。摘要和结论

本研究调查潜在的未来气候的变化在朝鲜与关注地表径流及其intra-annual变异。为此,当前气候和未来气候预测场景动态使用GRIMs-RMP缩减规模。达到此场景由ECHAM5 RMP模拟仿真提供大规模强迫,都配置了一个大约50公里网格在亚洲和热带地区。模拟进行了当前(1980 - 2000)和未来(2040 - 2070)气候。

作为未来的径流变化的评估的先决条件,从当前气候模拟模型获得的地表径流与基于评估通过比较再分析数据集,即ISLSCP2。自再现性RMP的降水和近地表温度在Chang和香港确认37),我们专注于分析模拟的地表径流。评价结果表明,RMP能够繁殖的气候学径流分布的主要特征,即使是湿的偏见。

识别潜在的未来气候变化,达到此场景产生的IPCC AR4 ECHAM5缩减规模,而当前的气候。在这里,我们专注于变化的水预算组件包括径流、降水、蒸发和intra-annual变异对朝鲜地区。增加温度未来气候趋势表明,他们对intra-annual径流变化有显著影响。夏季径流的变化是增加,此外,加强检测到极端的可能性发生在未来的气候。

这项研究的结果表明,全球变暖会影响当地的水文周期主要通过改变水预算组件。考虑一些基本的局限性这study-uncertainties全球和区域气候模型,低水平分辨率的模型,只考虑一种未来气候情景假设稳定的变暖在未来没有过度,和关注朝鲜地区,很难保证未来径流变化将发生在我们的研究中一样。然而,本研究提出,径流的重要性不容忽视的区域气候研究。径流是河道流量的主要输入组件,因此,河流流入海洋降低盐度和海洋表面温度的变化。当然,不同海洋大气环境影响。在区域范围内海洋和大气的耦合模型是区域气候研究社区,在婴儿期阶段和热通量是一个主要关心的交互界面的海洋和大气。它是强调完整的水文循环过程的加载包括径流和河卸货应该为下一代的目标区域气候建模。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢匿名审稿人(s)有价值的意见和建议来提高文章的质量。他们也感谢Hyun-Soo金女士在匹兹堡大学的帮助作者修改。这项工作是由韩国科学技术信息研究所(KISTI)批准号K-14-L01-C04-S01。使用从KISTI计算系统(项目没有。ksc - 2013 - g3 - 003)也大大赞赏。