CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估.pdf

罗蒙，徐非，李蒙，等.CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估J.热带气象学报，2023，39(4):484-496.文章编号：1004-4965(2023)04-0484-13CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估罗蒙1,2，徐非3，李蒙1,2，马思源1,2，杨鹏武1,2，黄玮2(1.云南省气候中心，云南 昆明 650034；2.云南省大湄公河次区域气象灾害与气候资源重点实验室，云南 昆明 650000；3.云南省气象台（云南省气象信息中心），云南 昆明 650034)摘要：21世纪以来，云南频繁发生全省性干旱过程，造成严重的灾害。未来在气候变化背景下云南全省性干旱过程将如何变化尚未得到充分研究。基于16个第六次耦合模式比较计划(CMIP6)的模式结果和区域性干旱过程监测评估方法，研究了云南省区域性干旱过程历史时期的特征和未来不同排放情景下的可能变化。结果显示，适当订正后的CMIP6模式能较好地模拟出近54年云南省区域干旱事件的特征，模式偏差主要表现为夏季降水偏多、1011月降水偏少。未来54年在三种排放情景下，云南省区域性干旱过程发生次数将增加1.14.7次，持续日数将增加2.64.0日，影响范围将增加0.20.6站，累计强度将增加0.10.2。未来发生在干季内的干旱过程次数将减少，但持续日数、影响范围、累计强度都将增加；由干季延伸至雨季的干旱过程次数、持续时间、累计强度都将增加；发生在雨季内的干旱过程次数和影响范围将增加、累计强度将减小。滇西北、滇东北等受干旱过程影响较轻的地区未来也将更容易受到干旱过程的影响。上述结果表明未来云南省全省性干旱过程将加强。关键词：云南；气象干旱综合指数(MCI)；区域性干旱过程；CMIP6；未来预估中图分类号：P467文献标志码：ADoi：10.16032/j.issn.1004-4965.2023.044收稿日期：2022-07-15；修订日期：2023-06-08基金项目：中国气象局创新发展专项(CXFZ2021J056)；云南省科技厅重大科技专项计划(202102AE090020)；云南省科技厅重点研发计划社会发展专项(202203AC100005)；云南省气象局自筹科研项目(YZ202103、QZ202105)；云南省气象局创新团队项目(2022CX05)；云南省自然科学基金（202302AN360006）共同资助通讯作者：李蒙，男，云南省人，研究员级高级工程师，从事气候变化及监测评估研究。E-mail：第39卷 第4期2023年8月热 带 气 象 学 报JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGYVol.39,No.4Aug.,20231 1 引引言言干旱是最常见的自然灾害，也是造成经济损失最多、影响人数最多的自然灾害1。21世纪以来云南省发生了一系列严重干旱，如2005年春季2、2009年秋季至2010年春季3-4、2011年夏季5、2019年春末夏初6等。全省范围的持续性干旱过程造成了严重的损失，据统计，20092010年的干旱过程造成超过1 600万民众和1 100万牲畜饮用水短缺，直接经济损失约为190亿元7。相较于局地干旱，影响范围大、持续时间长的区域性干旱过程往往造成更严重的损失，因此受到研究者的高度重视。早期关于云南省区域性干旱过程的研究大多关注具体个例，主要从环流分析角度研究干旱成因。近10年，一些学者采用客观识别的方法判定区域干旱过程的开始、结束及空间演变，取得了较好的效果8-10。针对云南的区域干旱过程客观识别研究显示，云南干旱多发于12月、1月和3月，持续时间一般为1545天，中部地区干旱偏多偏重；全省区域干旱过程的频次、强度和影响站次均呈上升趋势11；云南是西南地区区域干旱过程频次和强度的高值中心12。2021年，中国气象局发布了区域性干旱过程监测评估第4期罗蒙等：CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估方法行业标准(QX/T 597-2021)，为定量衡量区域尺度干旱过程提供了很好的参考。已有一些研究参照该标准分析了湖南13、长江中下游地区14的区域性干旱过程。该标准已经在云南区域气象干旱监测业务中应用多年，对于云南区域干旱过程的描述能力较好，较符合旱情实际发展情况。在全球变化背景下预估未来干旱变化是一个重要的研究方向。已有一些学者基于第五阶段国际耦合模式比较计划(CMIP5)的模式结果对未来云南干旱变化进行了预估研究，结果显示21世纪前期云南省降水将减少，中期和后期将有所增加，潜在蒸发随着气温增加而增加，云南中东部干旱将加强，西北部山区干旱将减弱15。基于 CMIP5模式的动力降尺度预估也显示在 RCP8.5情景下云南干旱化趋势将持续并加重，尤其是在干季16。目前第六阶段耦合模式比较计划(CMIP6)的试验已经完成，与之前的CMIP相比，CMIP6拥有最多的参与模式和最为完善的试验设计17-18，且CMIP6模式模拟的东亚气候平均态19、极端气候指数20、东亚夏季季风降水21等诸多方面都更接近于观测，显示出CMIP6模式的优越性。尽管已有一些研究分析了历史时期云南区域干旱过程的变化特征8,11-12，预估了未来云南省干旱趋势变化15-16，但关于模式对云南省区域干旱过程的模拟能力评估及未来预估的研究仍然很少，尤其缺少关于最新的CMIP6模式对云南地区干旱的模拟能力评估及预估的研究。另外，云南地区干湿季分明，干季和雨季的干旱过程可能具有不同的特征，以往的研究较少考虑根据发生的季节对干旱过程的种类进行细分11。基于上述现状，本文以观测资料和最新的CMIP6模式结果为基础，利用区域性干旱过程监测评估方法(QX/T 597-2021)研究气候模式对云南全省区域性干旱过程的模拟能力，根据区域性干旱过程的发生时间、持续时间将其划分为 5种类型，并预估未来云南区域不同类型干旱过程的变化情况。2 2 资料来源与方法介绍资料来源与方法介绍2.1 数据本文采用以下规则筛选CMIP6模式：模式需要同时具有 Historical 试验以及 SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5 试验 r1i1p1f1 成员中的逐日平均气温、逐日降水量、地形高度等数据，去除每年为360日的部分模式，共有26个模式满足条件。有研究表明，部分CMIP6模式存在“过热”问题，即气候敏感度偏高22。为避免不合理的气候敏感度对预估结果可能造成的影响，本文首先参照相关研究22，筛选出瞬时气候敏感度在1.42.2 的模式，最终共有16个模式入选(表1)。经评估发现，对云南区域而言，未筛选前26个模式集合平均的气温较观测值偏低、降水较观测值偏多。经过瞬时敏感度筛选后的16个模式集合平均较未筛选结果的气温略微偏高、降水略微偏少，更接近于观测值(图略)，说明经过气候敏感度筛选后的模式结果可能更加合理。本文的观测数据使用中国气象局在云南省设立的国家观测站的日气温和降水数据，剔除了缺测较多及站址迁移的站点后共有121个站。为方便研究，用线性插值将不同分辨率的模式数据统一插值到121个观测站点上。由于云南地区地形较为复杂，在进行气温插值时考虑了地形高度订正23。2.2 方法2.2.1 模式订正模式结果一般与观测存在较大的系统偏差，尤其对于复杂地形区域，常表现为降水总量偏多、降水日数偏多、气温偏低等，因此在分析前需要进行模式偏差订正。本文参照相关文献24-25，采用降水日数订正和分位数映射订正法对CMIP6模式的历史和未来模拟结果进行订正(模拟_QM)。为了比较订正方法对结果的影响，本文也评估了无订正(模拟_raw)，以及使用另一种月均值订正法26(模拟_mon)的结果(表2)。2.2.2 干旱指数本文选用 气象干旱等级 国家标准(GB/T20481-2017)推荐的逐日气象干旱综合指数(MCI)作为衡量干旱的指标，该指数已在国家级和省级气象干旱监测业务中应用多年，可较好地监测干旱的演变过程，且在月尺度上对西南地区干旱的监测能力要好于标准化降水指数(SPI)和帕默尔干旱指数(PDSI)等常用干旱指数27。MCI的计算方法如下：485热 带 气 象 学 报第39卷该指数根据逐日气温和降水进行计算，考虑了近60天内的标准化权重降水指数(SPIW60)、30天内的相对湿润指数(MI30)、近90日和近150日的标准化降水指数(SPI90、SPI150)的综合影响。其中a、b、c、d为权重系数，根据研究区域所在地理位置和气候取值，云南地区取值分别为0.3、0.5、0.3、0.2。Ka为季节调节系数，根据不同季节各地主要农作物生长发育阶段对土壤水分的敏感度确认，云南地区Ka值3月为1.1，4月、6月、7月、8月为1.2，其余各月为1.0。MCI-0.5时表示出现干旱，负值越大表示干旱越严重。经评估检验，基于订正后的CMIP6模式计算的MCI指数在年内尺度、年尺度、长期趋势等方面都与观测较为一致(图略)，说明使用订正后的 CMIP6模式数据计算 MCI指数评估云南干旱是可行的。2.2.3 区域干旱过程本文参照中国气象局发布的区域性干旱过程监测评估方法行业标准定义云南省区域性气象干旱过程(QX/T 597-2021)。首先计算单一站点的逐日干旱指数序列。然后根据区域平均干旱指数判断区域干旱过程：当云南区域平均干旱指数达到轻旱(MCI-0.5)并持续 15日以上，且至少有 1日达到中旱级别(MCI-1)，则定义为一次区域干旱过程；若连续5日区域平均干旱指数达到无旱，则定义为一次区域干旱过程结束。本文主要采用4个指标评估区域干旱过程，分别为过程次数、持续时间、影响范围、累计强度。过程次数指一段时间内云南省发生的区域干旱过程次数。持续日数指从区域平均干旱指数第一天达到轻旱到最后一天达到轻旱之间的日数。影响范围为干旱过程期间每日达到轻旱以上级别站数的平均值。累计强度综合考虑了干旱强度和持续时间，可用于定量衡量区域干旱过程的强度，即，D(n)=na-1i=1nId(i)(2)其中D(n)为区域累计干旱强度，n为区域干旱过程日数，Id(i)为第i天区域平均干旱强度的绝对值(区域平均干旱强度为当日达到轻旱以上站点的干旱指数之和除以区域总站数)，a为权重系数，取0.5。MCI=Ka(a SPIW60+b MI30+c SPI90+d SPI150)(1)序号12345678910111213141516模式名称ACCESS-CM2ACCESS-ESM1-5BCC-CSM2-MRCESM2-WACCMCMCC-CM2-SR5CMCC-ESM2CNRM-ESM2-1FGOALS-g3GFDL-ESM4INM-CM5-0MIROC6MIROC-ES2LMPI-ESM1-2-HRMPI-ESM1-2-LRMRI-ESM2-0NorESM2-LM水平分辨率1.875 1.250 1.875 1.250 1.125 1.125 1.250 0.938 1.250 0.938 1.250 0.938 1.406 1.406 2.00 2.25 1.25 1.00 2.0 1.5 1.406 1.406 2.812 2.812 0.938 0.938 1.875 1.875 1.125 1.125 2.500 1.875 模式在云南的格点数14143129292915727121543710318表1本文使用的CMIP6模式486第4期罗蒙等：CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估由于云南地区干季和雨季分明(本文将云南省干季定义为11月次年4月，雨季定义为510月)，不同季节的区域干旱过程特征有所差异，本文根据过程开始、终止时间以及持续时间将云南省区域干旱过程分为5个类型：干季型(始于干季、终于干季)、雨季型(始于雨季、终于雨季)、干季偏长型(始于干季、终于雨季)、雨季偏短型(始于雨季、终于干季)、极端型(持续时间大于180天)。本文分析的历史时期为19612014年，未来预估时期为20222075年，两个时段长度相等，均为54年。分析模式结果时采用16个模式的算数平均值。3 3 主要结果主要结果3.1 云南省历史时期的区域干旱过程模拟评估首先评估CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟能力(表2)。根据观测，19612014年期间云南共发生60次区域干旱过程，平均持续时间为68.6天，平均影响范围覆盖91.7个站点，平均累计强度为7.8。由于本文根据全省平均干旱指数判断过程起止，识别出的干旱均为全省性过程，因此比用OITREE等方法11识别的干旱过程次数更少、范围更大、强度更强。若不进行任何订正，CMIP6模式模拟的干旱过程次数、持续时间、累计强度均明显低于观测，而影响范围高于观测值；造成偏差的主要原因可能是模拟的降水量偏多、降水站点偏少，导致区域干旱过程次数偏少、强度偏弱、影响范围偏大。采用月均值订正后，模拟的过程总次数与观测较为接近，但平均持续时间和累计强度仍明显低于观测值，影响范围误差甚至进一步扩大。采用降水日数和分数位映射方法订正后，虽然总过程次数略多于观测，但平均持续时间和累计强度均与观测值更为接近，影响范围误差虽略大于未订正值，但小于月均值订正值。对于5种细分的干旱过程类型，用降水日数和分数位映射法订正的模拟结果也比其他两种处理结果更好(图表略)。因此下文的分析均基于经过降水日数和分数位映射方法订正后的模式结果开展。图 1 显示了观测和模拟的近 54 年(19612014年)云南省5种区域干旱过程多年平均的起始月和终止月，干季型过程一般起始于11月次年3月，起始月份分布较为均匀，一般结束于4月(共8 次)。雨季型过程多起始于 5 月(7 次)和 6 月(4次)，多结束于6月和7月(均为5次)。干季偏长型过程主要起始于3月(8次)和4月(5次)，主要结束于 5 月(10 次)。雨季偏短型个例较少，在 7 月、9月、10月都有发生，但4次过程均终止于11月。极端型过程大多起始于 911 月，终止于 46 月。CMIP6模式基本可模拟出各种类型干旱过程的起始月、终止月分布，但模拟的10月雨季偏短型过程发生次数明显偏多(后文会讨论)。进一步分析 5 种区域干旱类型特征发现(表3)，云南省区域干旱过程出现次数最多的类型为干季型(共发生20次)，其次为雨季型和干季偏长型，这三种类型占全部类型的85%，雨季偏短型和极端型相对较少。发生在干季或雨季内的区域干旱过程平均持续时间较短，一般在50日以内；跨越干季雨季的区域干旱过程持续时间偏长，平均为5773日；极端型过程平均持续时间可达 210日以上。极端型过程的影响范围最大，约影响99站；干季偏长型过程中心范围最小，约影响88.8站；其余类型中心范围相差较小，在92.495.9站之间。在5种干旱过程中，极端型的累计强度最强，其次为干季偏长型，再次为雨季型，干季型和雨季偏短型累计强度最弱。表2观测和使用不同订正方法处理的CMIP6模式模拟的19612014年云南省区域性干旱过程数据来源观测模拟_raw模拟_mon模拟_QM过程次数6041.759.063.3持续时间/天68.643.351.559.0影响范围/站91.798.299.298.5累计强度7.86.66.97.4487热 带 气 象 学 报第39卷CMIP6模式可基本模拟出不同类型过程次数的差异，但模拟的干季型和雨季偏短型过程偏多、极端型过程偏少；模拟的雨季型过程持续时间偏短、雨季偏短型过程持续时间偏长，对其他类型过图1观测(a、c)和模拟(b、d)的近54年(19612014年)云南5种区域性干旱过程的起始月(a、b)和终止月(c、d)表3观测和模拟的19612014年云南省5种类型的区域性干旱过程特征统计参数过程次数持续时间/天影响范围/站累计强度数据来源观测模拟观测模拟观测模拟观测模拟干季型20.026.249.249.192.599.66.26.3雨季型16.013.446.632.892.495.06.65.7干季偏长型15.013.972.969.488.899.08.48.7雨季偏短型4.08.657.085.395.999.56.28.9极端型5.01.2212.8212.399.0107.717.118.2876543210次数76543210次数起始月(观测)起始月(模拟)1234567891011121234567891011121234567891011121234567891011121086420次数1086420次数终止月(观测)终止月(模拟)(a)(b)(c)(d)月份月份干季型雨季型干季偏长型雨季偏短型极端型488第4期罗蒙等：CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估程长度模拟较好；模式模拟的干旱过程影响范围偏大；模拟的过程累计强度偏差主要表现为雨季型过程强度偏弱、雨季偏短型过程强度偏强。总体而言，CMIP6模式基本可再现不同类型区域干旱过程的多种特征。后文会对模式偏差的可能原因进行讨论。图2为根据观测和模拟值计算的近54年云南发生的历次区域干旱过程平均的累计MCI值空间分布，负值越大的地区受区域干旱过程影响越明显。云南受到区域性干旱过程影响最明显的区域位于云南中部，其外围区域随距离增加而受区域干旱过程的影响越小，西北部和东北部的高海拔地区受区域干旱过程影响最弱。CMIP6模式可以反映出云南中部干旱强于其他区域的特征，但干旱中心区强度低于观测，且中心位置偏南。以上结果说明在选择适当订正方法的前提下，CMIP6模式可以较好地模拟出云南省区域性干旱过程的各种特征，为使用模式预估未来干旱过程变化提供了保障。3.2 不同未来情景下云南省气温、降水、潜在蒸发变化预估在预估云南区域干旱过程变化之前，首先给出CMIP6模拟的云南区域平均气温、降水和潜在蒸发变化。如图3所示，经过订正后，模式模拟的近54年云南区域平均气温和降水的多年平均值和变化趋势与观测值十分接近。模拟的气温和潜在蒸发逐月分布也与观测十分接近；模拟的降水逐月分布呈现出一定偏差，主要表现为春、秋季模式降水少于观测，夏季模式降水多于观测。模式的降水偏差一定程度上可解释区域干旱过程特征的偏差。例如，模拟的 1011 月降水明显偏少(图3d)，可能是造成模拟的雨季偏短型过程发生次数偏多、持续日数偏多、累计强度偏强的主要原因(图1b，表3)。而模拟的夏季降水偏多(图3d)，可能是造成模拟的雨季型过程持续日数偏短、累计强度偏弱的主要原因(表3)。未来在3种不同排放情景下，云南全省平均气温均有所升高，在低排放情景(SSP1-2.6)下气温约于20602080年之间达到峰值，之后略微下降，至本世纪末(20712100年)相较于上世纪末(19712000年)增温约1.6；在中排放情景(SSP2-4.5)下云南地区气温将持续上升，但增速在2050s以后放缓，至本世纪末增温约 2.3；在很高排放情景(SSP5-8.5)下气温呈持续上升趋势，至本世纪末增温约3.9。气温增加在全年都比较明显，其中夏季增温略强于其他季节。未来云南年降水也有所增加，在低、中、很高三个排放情景下在本世纪末降水增加幅度分别为 116.0 mm、113.8 mm、241.0mm。降水增加主要集中在夏季。由于气温升高，未来云南潜在蒸发也随之升高，在低、中、很高排放情景下本世纪末增幅分别达到77.0 mm、121.3图2观测(a)和模拟(b)的近54年(19612014年)历次云南区域性干旱过程平均的轻旱以上站点的累计MCI值28N26N24N22N97.5E100.0E102.5E105.0E28N26N24N22N观测模拟-90-80-70-60-50-40-30(a)(b)97.5E100.0E102.5E105.0E489热 带 气 象 学 报第39卷图3观测和CMIP6模拟的云南区域逐年气温(a)、降水(c)、潜在蒸发(e)序列以及多年平均气温(b)、降水(d)、潜在蒸发(f)的逐月分布a、c、e中的阴影为historical(灰色)和SSP1-2.6(绿色)、SSP2-4.5(蓝色)、SSP5-8.5(红色)多模式模拟结果的范围。b、d、f中观测和historical模拟值的多年平均时段为19612014年，SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5模拟值的多年平均时段为20222075年。未来54年云南省气温、降水、水分盈余变化也存在较明显的空间差异(图 4)。未来云南全省年平均气温都将升高，模式间一致性较高，且增温幅度随温室气体排放量增加而增大，其中北部边缘增温幅度最大，南部边缘增温幅度最小。未来云南全省年累计降水也将增加，大部分区域的模式间一致性较高，在中排放情景下增加最少，在很高排放情景下增加最多，其中云南西部、西北部等地降水增加幅度相对其他地区更大。未来云南省年水分盈余变化存在较大空间差异，在低排放情景下云南中部的局部地区年水分盈余有所减少，其余地区有所增加，但大部地区的模式间一致性较低；在中排放情景下，云南西部、西北部、南部边缘年水分盈余有所增加，其余大部地区有所减少，减mm、266.0 mm，潜在蒸发增加主要出现在 49月。可见，未来尽管云南区域降水量有所增加，但潜在蒸发也有所增加，且在中、很高排放情景下，潜在蒸发增加量大于降水增加量，表明云南地区的年水分盈余将有所减少。2422201816气温/252015105气温/(a)(b)3 0002 5002 0001 5001 000500降水/mm3002001000降水/mm潜在蒸发/mm2 0001 5001 000500潜在蒸发/mm150100500197520002025205020752100123456789101112197520002025205020752100123456789101112197520002025205020752100123456789101112年份月份(c)(d)(e)(f)观测historicalSSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5观测historicalSSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5490第4期罗蒙等：CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估少最明显的区域位于云南中部，云南中部的模式间一致性也较高；在很高排放情景下的变化模态与中排放情景下类似，但年水分盈余负距平区域有所减小，负值中心强度有所增加，模式间一致性较高的范围也有所减小。上述结果与前人基于CMIP5的预估结果较为一致15。图5反映了未来3种情景下云南降水量、降水时间、降水站数以及水分盈余的逐月变化情况。未来不同情景下，云南在干季和雨季转换期的5月降水量都将减少，雨季的 610月降水量都将增多。未来在低排放情景下，降水日数变化相对较小；而在中、很高排放情景下，所有月份的降水时间都将减少。在低排放情景下，1月、9月、10月降水站数将增加，其他月份将减少，而在中、很高排放情景下各月降水站数都将减少。气温升高导致潜在蒸发随之升高，进而导致10月次年5月的图4CMIP6模拟的未来54年(20222075年)三种情景下云南区域年平均气温(ac)、降水(df)、降水-潜在蒸发(gi)相对于近54年(19612014年)的空间变化打点区域表示达到或超过75%的模式变化符号一致。28N26N24N22N97.5E 100.0E 102.5E 105.0E-2.5-2.0-1.5-1.0-0.500.51.01.52.02.528N26N24N22N28N26N24N22N97.5E 100.0E 102.5E 105.0E97.5E 100.0E 102.5E 105.0E()SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.528N26N24N22N28N26N24N22N28N26N24N22N28N26N24N22N28N26N24N22N28N26N24N22N97.5E 100.0E 102.5E 105.0E97.5E 100.0E 102.5E 105.0E97.5E 100.0E 102.5E 105.0E97.5E 100.0E 102.5E 105.0E97.5E 100.0E 102.5E 105.0E97.5E 100.0E 102.5E 105.0E-15.0-12.5-10.0-7.5-5.0-2.502.55.07.510.0 12.5 15.0(%)-100-80-60-40-20020406080100(mm)491热 带 气 象 学 报第39卷水分盈余持续减少。可见，尽管未来云南年降水量有所增加，但干季雨季转换期的降水有所减少，降水在时间和空间上的分布更加不均匀，干季的水分盈余持续减少。这些变化势必会造成区域干旱事件的明显变化。图5CMIP6模拟的未来54年(20222075年)不同情景下云南省降水量(a)、降水日数(b)、降水站数(c)、降水-潜在蒸发(d)的逐月变化(相对于19612014年)3.3 不同情景下云南省区域干旱过程变化预估未来 54 年(20222075 年)在不同排放情景下，云南省区域性干旱过程变化情况见表4。未来云南区域性干旱过程发生次数将增加，在低、中、很高排放情景下将分别增加1.1、4.7、4.4次，在中、很高排放情景下模式一致性超过50%。过程持续时间将增加，在低、中、很高排放情景下将分别增加2.6、3.3、4.0日，三种情景下模式一致性均超过50%，很高排放情景下达到 75%。过程影响范围在低、中、很高排放情景下将分别增加0.4、0.2、0.6站，在低排放情景下模式一致性超过50%。过程累计强度将增加，在低、中、很高排放情景下将分别增加0.2、0.1、0.2，在低、很高排放情景下模式一致性超过50%。不同类型区域干旱过程变化特征存在明显差异。未来干季型过程的发生次数在三种情景下将减少0.84.1次(低排放情景下模式一致性较低)，持续日数将增加1.13.9日，影响范围将增加0.10.5站(低、很高排放情景下模式一致性较低)，累计强度将增加0.10.2；干季型过程次数减少一部分原因可能是5月降水量、降水日数、水分盈余减少导致部分干季型过程转变为干季偏长型过程，2520151050-5单位:mm210-1-2-3-4-5单位:站数单位:mm单位:日数1050-5-10-150.50-0.5-1.0(a)降水量(b)降水日数(c)降水站数(d)降水-潜在蒸发123456789101112123456789101112123456789101112123456789101112月份月份SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5492第4期罗蒙等：CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估另一部分原因可能是干季水分盈余减少使得一些较短较弱的干旱过程倾向于合并为更长更强的过程，过程持续时间和累计强度增加可能主要与干季水分盈余持续减少有关，而影响范围增加可能与降水站数减少有关(图5)。参数过程次数持续时间/天影响范围/站累计强度情景SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5干季型-0.8-1.3*-4.1*1.1*3.4*3.9*0.10.5*0.10.2*0.2*0.1*雨季型0.83.2*4.6*-0.7*-3.7*0.61.7*1.6*1.5*-0.1-0.4*-0.1*干季偏长型1.0*1.4*1.6*4.9*5.9*7.7*0-0.21.9*0.2*0.3*0.6*雨季偏短型-0.3*0.61.6*3.0*5.4*-1.1*-1.1*0.20.10.1*0.3-0.2*极端型0.4*0.8*0.8*10.2-1.89.8-2.8-2.1-1.1-1.1-1.5-0.4全部过程1.1(-4.54.5)4.7*(07)4.4*(-111)2.6*(-2.97.9)3.3*(-1.17.7)4.0*(1.58.9)0.4*(-0.71.8)0.2(-0.81.3)0.6(-0.61.7)0.2*(-0.30.6)0.1(-0.20.2)0.2*(-0.10.5)表4不同情景下未来54年(20222075年)云南省区域性干旱过程相对于近54年(19612014年)变化雨季型过程次数变化在三种排放情景下将增加0.84.6次(在低排放情景下模式一致性较低)，持续时间在低、中排放情景下将分别减少0.7、3.7日，在很高排放情景下增加0.6日(模式一致性较低)，影响范围将分别增加1.51.7站，累计强度将减少0.10.4(在低排放情景下模式一致性较低)；由于雨季型过程多起始于5月(图1)，该类型过程次数增多可能主要与干旱过程起始阶段的5月降水量、降水日数及水分盈余量的一致减少有关，影响范围增加可能与雨季多数月份降水站数减少有关，持续日数减少和累计强度减弱可能与干旱过程发展阶段的69月水分盈余增加有关(图5)。干季偏长型过程次数在三种情景下将增加1.01.6次，持续时间将增加 4.97.7日，影响范围变化在低、中排放情景下将减少00.2站(模式一致性较低)，在很高排放情景下将增加1.9站，累计强度将增加0.20.6；因为干季偏长型过程主要起始于 34月、终止于 5月(图 1)，所以造成上述变化的主要原因可能是35月水分盈余量减少，且很高排放情景下35月降水站数明显减少(图5)。雨季偏短型过程次数在低排放情景下将减少0.3次，在中排放情景下将增加0.6次(模式一致性较低)，在很高排放情景下将增加1.6次，持续时间在低、中排放情景下将分别增加3.0、5.4日，在很高排放情景下将减少1.1日，影响范围在低排放情景下将减少1.1站，在中、很高排放情景下将增加0.10.2站(模式一致性较低)，累计强度在低排放情景下将增加0.1，在中排放情景下将增加0.3(模式一致性较低)，在很高排放情景下将减少0.2；可见，雨季偏短型过程的未来变化不仅模式间一致性相对较低，且不同情景下结果差异较大，预估结果可能有较大的不确定性，这可能与雨季偏短型过程相对较少的频次以及CMIP6模式对该类型区域性干旱过程较大的模拟误差有关(表2)。极端型过程次数在三种情景下将增加 0.40.8次，由于极端型过程次数过少，且部分模式无法同时在历史和未来时期模拟出极端型过程，故过程持续时间、影响范围、累计强度的变化模式一致性较低，预估结果具有较大不确定性。图6显示了未来不同情景下历次干旱过程平均的干旱站点累计MCI值相对于历史时期的变化情况。可见，未来云南地区受干旱过程影响的程度都将增强，且增幅随温室气体排放量而增加。注：未做标识的数值表示与集合平均值变化符号一致的模式未超过一半。“*”表示与集合平均值变化符号一致的模式超过一半(8个)。“*”表示与集合平均值变化符号一致的模式达到或超过3/4(12个)。全部过程括号中的数值为16个模式变化值的25分位数和75分位数范围。493热 带 气 象 学 报第39卷图6不同情景下未来54年(20222075年)历次云南区域性干旱过程平均的轻旱以上站点的累计MCI值相对于近54年(19612014年)的变化打点区域表示达到或超过75%的模式变化符号一致。在低排放情景下，受区域性干旱过程影响加强最明显的地区是云南东部，其中云南东南部的模式间一致性较高(达到或超过 75%)；在中排放情景下，受区域性干旱过程影响加强最明显的地区是云南西北部、东北部、以及南部部分地区，这些地区的模式间一致性也较高；在很高排放情景下，受区域性干旱过程影响加强最明显的地区是云南西北部，其次为云南西部、中部、东北部等地，全省除中部和西南部部分地区模式间一致性相对较低外，其余大部地区均有较高的模式间一致性。未来不同排放情景下上述地区会更强烈地受到区域干旱过程的影响。根据图4和前人基于CMIP5的预估结果15，云南西部、西北部年水分盈余将增加，而图6显示这些受到区域性干旱过程的影响反而加强，似乎有所矛盾。进一步分析表明，尽管云南西部、西北部年水分盈余将增加，但这些区域干季水分盈余将减少(图略)，干季降水增加幅度也小于雨季，且这些区域的干旱也主要发生于干季，可能是造成这些区域尽管年水分盈余有所增加、但受到区域性干旱过程影响将更明显的主要原因。这表明未来年内水分分布可能将更加不均匀，且会加强全省性区域干旱过程的影响。4 4 讨论与结论讨论与结论干旱是具有多时间尺度的复杂过程，干旱特征会随指标的选择呈现明显差异，本文的方法主要关注云南全省性区域干旱过程，故无法呈现过程早期在局地的发展情况。本文计算MCI时使用Thornthwaite法估计潜在蒸发28，该方法在湿润地区估计的潜在蒸发较实际偏大29，可能会对 MCI的结果产生一定影响。虽然在本文关注的云南全省性干旱过程这一尺度上CMIP6模式可大致反映出干旱过程的发生次数、持续时间、影响范围、累计强度等指标，但由于CMIP6模式分辨率相对较粗，对于更小尺度(如州、市行政区尺度)的干旱特征变化预估可能存在较大的不确定性，这可能会对预估结果产生一定影响。CMIP6模式预估结果存在一定不确定性，主要包括由模式动力框架、物理过程、参数化方案等造成的模式不确定性，由人类排放路径造成的情景不确定性，和模拟的气候系统内部变率不确定性等30。本文基于气象观测数据、CMIP6多模式结果等资料评估了CMIP6模式对云南省区域性气象干旱过程的模拟能力，并预估了未来不同温室气体排放情景下云南省区域干旱过程的变化情况。(1)19612014年，云南省共发生全省性区域干旱过程60次，平均持续近69天，平均影响近92个站点，平均累计过程强度为7.8。按照干旱过程起止月份和持续时间，可将其分为干季型、雨季型、干季偏长型、雨季偏短型、极端型5类。CMIP6基本可模拟出19612014年期间云南全省性区域干旱过程的发生次数、持续时间、影响范围、累计强度、起止月份等各项特征。模式偏差表现为模拟的雨季偏短型过程次数偏多、持续时间偏长、强度偏强，雨季型过程持续时间偏少、强度偏弱，可28N26N24N22N97.5E 100.0E 102.5E 105.0ESSP1-2.6SSP2-4.5(a)(b)SSP5-8.5(c)97.5E 100.0E 102.5E 105.0E97.5E 100.0E 102.5E 105.0E28N26N24N22N28N26N24N22N-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10494第4期罗蒙等：CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估能分别与模拟的10月降水较观测偏少以及夏季降水偏多有关。模式订正对评估结果有明显影响，采用分数位订正法的结果要明显好于不订正或采用月均值订正的结果。(2)未来54年(20222075年)，不同排放情景下云南省气温、降水、潜在蒸发都将增加；降水日数、降水站数将减少；10月次年5月期间的水分盈余将持续减少，其中5月减少最明显。未来在三种排放情景下，云南省区域干旱过程发生次数将增加 1.14.7次，持续时间将增加 2.64.0日，影响范围将增加0.20.6站，累计强度将增加0.10.2。最常见的干季型过程次数将减少 1.34.1次，持续时间将增加1.13.9日，影响范围将增加0.10.5站，累计强度将增加0.10.2；干季偏长型过程次数将增加1.01.6次，持续时间将增加4.97.7日，累计强度将增加0.20.6；雨季型过程次数将增加 0.84.6 次，影响范围将增加 1.51.7站，累计强度将减少0.10.4；极端型过程次数将增加 0.40.8次；雨季偏短型过程的不确定性较大。未来全省各地都会更明显地受到区域干旱事件的影响，其中云南西北部、东北部等地的模式间一致性较高。参考文献：1 HE B,LVA F,WU J J,et al.Drought hazard assessment and spatial characteristics analysis in ChinaJ.J Geogr Sci,2011,21(2):235-249.2 晏红明，段