增暖背景下北半球陆地夏季极端降水年际变率的变化研究

Theoretical, observational and modeling evidence consistently demonstrates an overall intensification in extreme precipitation globally under global warming. Meanwhile, changes in the interannual variability of extreme precipitation is an important aspect of climate change, which directly affects the occurrences of high-impact, disastrous and rare events. Nevertheless, studies on the variability changes of extreme precipitation, as well as the possible mechanisms are limited so far. In this project, we aim to reveal the historical long-term changes in the interannual variability of summer extreme precipitation over the Northern Hemispheric land region and the possible role of anthropogenic warming based on observations and multimodel simulations. We will also investigate the response of extreme precipitation variability to future warming by using multimodel projections. In addition, we will explore and quantify the dynamic and thermodynamic contributions to changes in the extreme precipitation variability, as well as the inter-model uncertainty. From the perspective of interannual variability, it provides new insights into understanding and projecting extreme precipitation changes, and will be useful for disaster risk management and adaptation activities.

理论、观测和模拟研究均表明，全球尺度上极端降水随着全球增温而整体增强。同时，极端降水年际变率的变化也是气候变化的一个重要方面，它直接影响到位于极值分布尾部的高影响力、高致灾性、罕见的极端事件，因而其研究具有迫切的科学和社会需求。但目前国际上关于极端降水年际变率变化的研究尚处于起步阶段，其历史和未来的变化特征，以及可能的物理机制尚不清楚。本项目拟采用观测和多模式模拟结果，揭示北半球陆地夏季极端降水年际变率的历史变化以及人为强迫在其中的作用；利用多模式预估结果考察极端降水年际变率对未来增温的响应；在此基础上理解极端降水年际变率变化的热力和动力机制，给出二者的相对贡献及其对预估结果模式间离差的影响。从年际变率角度，这为理解和预估极端事件的变化提供了新的认识，进一步对于灾害风险管理和适应具有重要的科学和社会价值。

在全球增暖背景下，全球大部分地区的极端降水随着增温而增强，带来严重的社会经济影响。围绕着极端降水和多时间尺度降水的变率随着全球增暖的变化，目前在变化特征、机理及其影响方面的认识仍然有限。本项目通过分析多源观测资料和多模式模拟试验，力图理解极端降水和多时间尺度降水的变率对全球增暖的响应。本项目开展了如下两方面的研究工作：（1）围绕历史气候变化，通过分析多套观测降水数据，研究了过去百年来全球陆地极端降水及其年际变率、以及多时间尺度降水变率的长期变化趋势；并利用多模式分离强迫试验开展了检测归因研究，阐明了人为强迫的贡献；（2）围绕未来气候预估，通过分析多模式模拟试验，研究了全球陆地极端降水及其年际变率、以及多时间尺度降水变率的未来变化及其物理机制，分析了极端降水的预估不确定性并发展了涌现约束方法，系统评估了未来极端降水变化对人口暴露度的影响。本项目的重要研究结果如下：（1）在历史变化方面，过去百年来全球季风区极端降水已呈现出系统性增强趋势，并可检测到人为气候增暖的作用；过去百年间全球大部分陆地区域多时间尺度降水变率呈增强趋势，且全球尺度上降水变率的增强可归因于温室气体强迫；但全球各区域的极端降水年际变率尚无系统性的、统计显著的变化；（2）在未来气候预估方面，全球绝大部分陆地区域极端降水的年际变率和多时间尺度降水变率将随未来增温而增强，降水变率的增强由热力作用主导；发展了基于观测的涌现约束方法从而减小了极端降水预估不确定性、提高了预估结果可靠性。本项目的研究成果提升了对极端降水和多时间尺度降水变率变化的科学认识，关于检测归因和预估约束的成果有望为应对极端气候变化提供重要的科学依据。