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两种统计降尺度方法在秦岭山地的适用性

刘甲毅 邓丽姣 傅国斌 白红英 王俊

刘甲毅, 邓丽姣, 傅国斌, 等. 两种统计降尺度方法在秦岭山地的适用性. 应用气象学报, 2018, 29(6): 737-747. DOI: 10.11898/1001-7313.20180609..
引用本文: 刘甲毅, 邓丽姣, 傅国斌, 等. 两种统计降尺度方法在秦岭山地的适用性. 应用气象学报, 2018, 29(6): 737-747. DOI: 10.11898/1001-7313.20180609.
Liu Jiayi, Deng Lijiao, Fu Guobin, et al. The applicability of two statistical downscaling methods to the Qinling Mountains. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(6): 737-747. DOI:  10.11898/1001-7313.20180609.
Citation: Liu Jiayi, Deng Lijiao, Fu Guobin, et al. The applicability of two statistical downscaling methods to the Qinling Mountains. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(6): 737-747. DOI:  10.11898/1001-7313.20180609.

两种统计降尺度方法在秦岭山地的适用性

DOI: 10.11898/1001-7313.20180609
资助项目: 

国家林业公益性行业科研专项 201304309

详细信息
    通信作者:

    刘甲毅, 邮箱: 945910906@qq.com

The Applicability of Two Statistical Downscaling Methods to the Qinling Mountains

  • 摘要: 基于ASD(automated statistical downscaling)统计降尺度模型提供的多元线性回归和岭回归两种统计降尺度方法,采用RCP4.5(representative concentration pathways 4.5)和RCP8.5情景下全球气候模式MPI-ESM-LR输出的预报因子数据、NCEP/NCAR再分析数据和秦岭山地周边10个气象站观测数据,评估两种统计降尺度方法在秦岭山地的适用性及预估秦岭山地未来3个时期(2006-2040年、2041-2070年和2071-2100年)的平均气温和降水。结果表明:率定期和验证期内,两种统计降尺度方法均可以较好地模拟研究区域的平均气温和降水的变化特征,且多元线性回归的模拟效果优于岭回归。在未来气候情景下,两种统计降尺度方法预估的研究区域平均气温均呈明显上升趋势,气温增幅随辐射强迫增加而增大。降水方面,21世纪未来3个时期降水均呈不明显减少趋势,但季节分配发生变化。综合考虑两种统计降尺度方法在秦岭山地对平均气温和降水的模拟效果和情景预估结果,认为多元线性回归降尺度方法更适用于秦岭山地气候变化的降尺度预估研究。
  • 图  1  秦岭山地高程

    Fig. 1  Location of meteorological stations in the Qinling Mountains

    图  2  率定期秦岭山地两种统计降尺度方法模拟与观测的月平均气温(a)和标准差(b)比较

    Fig. 2  Comparison of monthly mean value(a) and standard deviation(b) of temperature between the observed and the simulated by two statistical downscaling approaches in the Qinling Mountains during calibration period

    图  3  率定期秦岭山地两种统计降尺度方法模拟与观测的降水量各特征量比较

    Fig. 3  Comparison of different climate variables of precipitation between the observed and the simulated by two statistical downscaling approaches in the Qinling Mountains during calibration period

    图  4  验证期秦岭山地两种统计降尺度方法模拟与观测的平均气温(a)和标准差(b)的比较

    Fig. 4  Comparison of mean value(a) and standard deviation(b) of temperature between the observed and the simulated by two statistical downscaling approaches in the Qinling Mountains during validation period

    图  5  验证期秦岭山地两种统计降尺度方法模拟与观测的降水各特征量比较

    Fig. 5  Comparison of different climate variables of precipitation between the observed and the simulated by two statistical downscaling approaches in the Qinling Mountains during validation period

    图  6  两种统计降尺度方法预估的不同情景下秦岭山地未来3个时期平均气温变幅

    (a)多元线性回归,(b)岭回归

    Fig. 6  Future mean temperature change in the Qinling Mountains generated by two statistical downscaling approaches under different scenarios in different periods

    (a)the multiple linear regression, (b)the ridge regression

    图  7  两种统计降尺度方法预估的不同情景下秦岭山地未来3个时期降水量变化

    (a)多元线性回归,(b)岭回归

    Fig. 7  Future precipitation change in the Qinling Mountains generated by two statistical downscaling approaches under different scenarios in different periods

    (a)the multiple linear regression, (b)the ridge regression

    表  1  NCEP/NCAR和MPI-ESM-LR预报因子

    Table  1  Predictors used for NCEP/NCAR and MPI-ESM-LR

    序号 变量
    1 500 hPa相对湿度
    2 700 hPa相对湿度
    3 850 hPa相对湿度
    4 海平面气压
    5 500 hPa温度
    6 700 hPa温度
    7 850 hPa温度
    8 近地面温度
    9 500 hPa纬向风速
    10 700 hPa纬向风速
    11 850 hPa纬向风速
    12 近地面纬向风速
    13 500 hPa经向风速
    14 700 hPa经向风速
    15 850 hPa经向风速
    16 近地面经向风速
    17 500 hPa位势高度
    18 700 hPa位势高度
    19 850 hPa位势高度
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    表  2  多元线性回归的解释方差和均方根误差

    Table  2  Explained variance and root mean square error of the multiple linear regression in calibration period

    站点 气温 降水量
    解释方差 均方根误差 解释方差 均方根误差
    宝鸡 0.969 0.0060 0.208 0.648
    西安 0.968 0.0063 0.182 0.569
    华山 0.919 0.0093 0.241 1.14
    略阳 0.961 0.0043 0.266 2.30
    汉中 0.958 0.0053 0.227 2.08
    佛坪 0.956 0.0053 0.184 0.955
    商县 0.973 0.0040 0.196 0.826
    镇安 0.962 0.0059 0.153 1.24
    石泉 0.964 0.0075 0.297 1.95
    安康 0.957 0.0082 0.204 1.21
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    表  3  岭回归的解释方差和均方根误差

    Table  3  Explained variance and root mean square error of the ridge regression in calibration period

    站点 气温 降水量
    解释方差 均方根误差 解释方差 均方根误差
    宝鸡 0.969 0.0157 0.207 0.899
    西安 0.968 0.0188 0.179 0.749
    华山 0.919 0.0164 0.240 1.35
    略阳 0.961 0.0227 0.267 2.55
    汉中 0.959 0.0256 0.234 2.73
    佛坪 0.956 0.0180 0.182 1.18
    商县 0.973 0.0175 0.196 1.12
    镇安 0.962 0.0211 0.155 1.61
    石泉 0.962 0.0231 0.297 2.02
    安康 0.957 0.0253 0.204 1.97
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  • [1] 白红英.秦巴地区森林植被对环境变化的响应.北京:科学出版社, 2014.
    [2] 张莉, 丁一汇, 吴统文, 等.CMIP5模式对21世纪全球和中国年平均地表气温变化和2℃升温阈值的预估.气象学报, 2013, 71(6):1047-1060. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb201306005
    [3] 傅抱璞, 李兆元.秦岭山地的气候特点.陕西气象, 1983(1):1-11. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10697-1011088067.htm
    [4] 刘洪滨, 邵雪梅.秦岭南坡佛坪1789年以来1~4月平均温度重建.应用气象学报, 2003, 14(2):188-196. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2003.02.006
    [5] 高翔, 白红英, 张善红, 等.1959-2009年秦岭山地气候变化趋势研究.水土保持通报, 2012, 32(1):207-211. http://www.cqvip.com/QK/95720X/201201/41131757.html
    [6] 叶笃正, 曾庆存, 郭裕福.当代气候研究.北京:气象出版社, 1991.
    [7] 董敏, 吴统文, 王在志, 等.BCC_CSM1.0模式对20世纪降水及其变率的模拟.应用气象学报, 2013, 24(1):1-11. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2013.01.001
    [8] 汪方, 丁一汇.全球气候模式对东亚地区地表短波辐射的模拟检验.应用气象学报, 2008, 19(6):749-759. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.06.015
    [9] 陈丽娟, 顾伟宗, 伯忠凯, 等.黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测.应用气象学报, 2017, 28(2):129-141. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20170201&flag=1
    [10] 高超, 张正涛, 陈实, 等.RCP4.5情景下淮河流域气候变化的高分辨率模拟.地理研究, 2014, 31(3):467-477. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dlyj201403006
    [11] 周鑫, 李清泉, 孙秀博, 等.BCC_CSM1.1模式对我国气温的模拟和预估.应用气象学报, 2014, 25(1):95-106. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20140110&flag=1
    [12] Sun Q H, Miao C Y, Duan Q Y.Projected changes in temperature and precipitation in ten river basins over China in 21st century.Int J Climatol, 2015, 35(6):1125-1141. doi:  10.1002/joc.2015.35.issue-6
    [13] IPCC.Climate Change 2014:The Physical Science Basis.Contribution of Working Group Ⅲ to the Fifth Assessment Report of the Intergovenmental Panel on Climate Change.Cambridge & New York:Cambridge University Press, 2014.
    [14] 赵宗慈, 罗勇, 黄建斌.评估43个CMIP5模式模拟全球能量平衡能力.气候变化研究进展, 2015, 11(3):227-230. doi:  10.3969/j.issn.1673-1719.2015.03.010
    [15] 刘昌明, 刘文彬, 傅国斌, 等.气候影响评价中统计降尺度若干问题的探讨.水科学进展, 2012, 23(3):427-437. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/skxjz201203019
    [16] 李巧萍, 丁一汇, 董文杰.SRES A2情景下未来30年我国东部夏季降水变化趋势.应用气象学报, 2008, 19(6):770-780. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.06.017
    [17] 丁梅, 江志红, 陈威霖.非齐次隐马尔可夫降尺度方法对江淮流域夏季逐日降水的模拟及其评估.气象学报, 2016, 74(5):757-771. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb201605008
    [18] Maraun D, Rust H W, Osborn R J.Synoptic airflow and UK daily precipitation extremes:Development and validation of a vector generalised linear model.Extremes, 2010, 13(2):133-153. doi:  10.1007/s10687-010-0102-x
    [19] Christensen J H, Christensen O B.A summary of PRUDENCE model projections of changes in European climate by the end of this century.Clim Change, 2007, 81(1):7-30. http://treephys.oxfordjournals.org/external-ref?access_num=10.1007/s10584-006-9210-7&link_type=DOI
    [20] 陈丽娟, 李维京, 张培群, 等.降尺度技术在月降水预报中的应用.应用气象学报, 2003, 14(6):648-655. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2003.06.002
    [21] Chu J T, Xia J, Xu C Y.Statistical downscaling the daily precipitation for climate change scenarios in Haihe River basin of China.Journal of Natural Resources, 2008, 23(6):1068-1077. http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-ZRZX200806012.htm
    [22] 曾晓青, 王式功, 刘还珠, 等.统计降尺度方法在青海省冬季最低温度预测中的应用.高原气象, 2009, 29(6):1471-1477. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gyqx200906027
    [23] Giorgi F, Mearns L O.Calculation of average, uncertainty range, and reliability of regional climate changes from AOGCM simulations via the "reliability ensemble averaging" (REA) method.J Climate, 2002, 15(10):1141-1158. doi:  10.1175/1520-0442(2002)015<1141:COAURA>2.0.CO;2
    [24] 刘永和, 郭维栋, 冯锦明, 等.气象资料的统计降尺度方法综述.地球科学进展, 2011, 26(8):837-847. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkxjz201108007
    [25] Maraun D, Wetterhall F, Ieson A M, et al.Precipitation downscaling under climate change:Recent developments to bridge the gap between dynamical models and the end user.Rev Geophys, 2010, 48(3):633-650. doi:  10.1029/2009RG000314/full
    [26] 白红英, 马新萍, 高翔, 等.基于DEM的秦岭山地1月气温及0℃等温线变化.地理学报, 2012, 67(11):1443-1450. doi:  10.11821/xb201211001
    [27] Tallapragada V.Overview of the NOAA/NCEP Operational Hurricane Weather Research and Forecast (HWRF) Modelling System.Advanced Numerical Modeling and Data Assimilation Techniques for Tropical Cyclone Prediction.Springer Netherlands, 2016.
    [28] 陈晓晨, 徐影, 许崇海, 等.CMIP5全球气候模式对中国地区降水模拟能力的评估.气候变化研究进展, 2014, 10(3):217-225. doi:  10.3969/j.issn.1673-1719.2014.03.011
    [29] 唐慧琴, 曾刚, 黄悦.BCC_CSM1.1(m)模式对热带太平洋潜热通量的评估.应用气象学报, 2016, 27(4):463-472. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20160409&flag=1
    [30] Huth R.Statistical downscaling of daily temperature in central European.J Climate, 2002, 15(13):1731-1742. doi:  10.1175/1520-0442(2002)015<1731:SDODTI>2.0.CO;2
    [31] Huth R.Sensitivity of local daily temperature change estimates to the selection of downscaling models and predictors.J Climate, 2004, 17(3):640-652. doi:  10.1175/1520-0442(2004)017<0640:SOLDTC>2.0.CO;2
    [32] Hessami M, Gachon P, Ouarda T B, et al.Automated regression-based statistical downscaling tool.Environmental Modeling and Software, 2008, 23(6):813-834. doi:  10.1016/j.envsoft.2007.10.004
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-11
  • 修回日期:  2018-08-23
  • 刊出日期:  2018-11-30

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