基于多陆面模式集合研究中国干旱演变趋势

Drought is one of destructively natural disasters. It is very important to investigate the tempo-spatial evolution of drought, and then predict drought occurrence and trend. Most current studies on drought in China are focused on analyzing the construction of drought indices based on the in situ measured meteorology and hydrology variables, such as precipitation and air temperature，while few studies have used the numerical models or model outputs. Due to the shortcomings inherent in the in-situ measurements (e.g., uneven distribution of stations, short-time observation period, etc.), the drought indices over some regions are poorly spatial and temporal representation, which are not suitable to study the long-term trend of drought. In this proposal, we intend to investigate drought in China based on the outputs of the multi-land surface models. Firstly, based on our developed multi land models ensemble approach and the observation-based atmospheric forcing data in China (after 1950), the land surface hydrological variables (i.e., soil moisture, runoff, and evapotranspiration etc.) are produced. Through advanced drought analysis approaches, the antecedent drought characteristics and evolution in China are then reconstructed by those surface hydrological variables; and secondly, based on the IPCC AR5 multi-climate model outputs in 21 century under different scenarios, the atmospheric forcing data would be composed using a statistical downscaling method. The multi models ensemble approach is then used to generate the surface hydrology variables, which are utilized to estimate future drought evolution in China. The purpose of this project is to 1) to provide a high quality land surface hydrology variable for future studies; 2) to provide a drought prediction in China during 21 century.

干旱是一个具有巨大破坏力的自然灾害，客观的研究干旱过程，揭示其时空发展变化的规律，预测其演变趋势，是当前非常重要的研究课题。我国的干旱研究主要是基于观测资料构建的干旱指数，而利用数值模式的研究很少。但是，由于观测数据的本身的缺陷导致干旱指数的空间代表性不好,时间尺度相对比较短，不利于长时间干旱演变趋势的研究。本项目提出：1）基于申请人建立的多个陆面模式框架，模拟得到我国地表水文变量（如土壤含水量、蒸散发、和径流），以此来研究我国自1950年以后干旱的时空变化特征和演变规律；2）基于IPCC AR5气候模式模拟的21世纪我国近地面气象场资料和统计降尺度方法构建陆面模式的驱动数据，然后利用多陆面模式模拟的地表水文变量，来预估未来我国干旱的可能演变趋势。本项目最终目标是：基于多模式模拟结果构建一套高质量的地表水文数据，供将来干旱及各种地表水相关的研究使用；并提供我国未来干旱可能演变趋势的预估。

干旱一直是影响人类生活和工农业生产的主要气象灾害之一。研究干旱发生、变化特征、以及干旱的成因对于干旱的预测及预警非常重要。国内外关于干旱的研究关注于降水和气温主导的气象学干旱，而对于土壤湿度、径流、蒸散发相关的研究较少。本项目研究主要是利用陆面过程模式研究中国大陆干旱。为此，首先，收集了多种近地面气象水文资料，调研了国际上关于干旱、陆面模式方面的研究，在此基础上开展了陆面模式模拟试验，然后利用模拟结果进行干旱研究。其次，研究了气候内部变率和外部强迫对干旱的特征的影响，揭示出历史时期，二者对干旱的影响存在明显的区域性，而在未来温室气体加剧的背景下，以变暖为主外部强迫对干旱变化起主导作用。第三，构建了中国大陆（和全球）上陆面过程模式所需的长时间尺度大气外强迫数据和小时分辨率的地表气温数据集，改善了通用陆面模式对地表温度的模拟。第四，本项目的开展和完成，对于利用陆面模式在干旱研究中应用有了更深入的了解，可为将来在极端气候和水文事件的研究提供基础。最后，项目在执行过程中，我们在国内外际知名的地学杂志上发表了10多篇高质量的文章，也充分与国内外同行进行合作交流，多人/次参加国内外相关学术交流会议，并进行口头报告交流。