中国极端降水对气候变化的热力学响应机理及洪水效应

摘要：

全球变暖改变了气候系统的热力和动力环境,影响了陆地-大气系统的能量收支和水循环过程,对降水、湿度、径流等水文要素产生显著影响.大气边界层水汽是降水形成的物质基础,现有研究主要关注饱和水汽压对极端降水的影响,发现了呈"抛物线"形状的Hook气候响应结构.但是未能定量阐明其形成原因,也较少分离大气热力和动力作用对极端降水演化的贡献分量,制约了未来气候灾害风险预测及水文过程模拟精度.本文以中国大陆和151个典型流域为研究区域,通过扩展的克劳修斯-克拉珀龙(Clausius-Clapeyron)方程评估了极端降水和地表径流对近地气温的响应强度,采用ERA5再分析数据集评估了整层气柱水汽含量、对流有效位能和相对湿度对极端降水的促进/抑制作用,基于能量收支和水分平衡分离了极端降水的热力项和动力项,并解释了Hook结构的形成原因;基于CMIP6框架下21个全球气候模式输出数据,通过偏差校正和流域水文模拟方法预估了未来气象水文过程,研究了Hook结构的迁移路径及其暴雨洪水效应.研究发现,动力学约束造成高温下极端事件的水汽输送能力受限,进而形成了Hook结构,但极端降水和地表径流的Hook结构并不稳定,其峰点温度未来随气候变暖升高3～5℃,造成响应曲线右移,可能使21世纪末中国暴雨、洪水量级增长20％～30％.

关键词：极端降水;气候变化;水文响应;洪水;Clausius-Clapeyron方程

所属期刊栏目：66

分类号：U416.217;P467;O657.3

资助基金：国家自然科学基金;湖北省自然科学基金;中国博士后科学基金;中央高校基本科研业务费专项

在线出版日期：2021-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：4315-4325