动态植被过程对中国区域气候变化影响的模拟研究

Based on the comparison and analysis from several numerical experiments, objectives of the project include deeply understanding the impact of dynamic vegetation on climate over China and providing the climate change information in the future. First of all, performance of the simulations driven by individual models and the Ensemble-based Reconstructed Forcing (ERF) which derives initial and boundary conditions from the ensemble average of multiple GCMs, respectively, will be evaluated and therefore better forcing data will be selected. Meanwhile, using a regional climate model RegCM version 4.3.4 coupled with the Community Land Model (CLM) version 4.5 including modules of carbon-nitrogen cycling (CN) and vegetation dynamics (DV), experiments with various combinations of physics options over CORDEX-EA domain are conducted to obtain the best model configuration in reproducing present day climate. Furthermore, using two different versions of the model, that is, RegCM4-CLM4 which prescribes leaf area index and fractional coverage of different plant functional types (PFTs), and RegCM4-CLM4-CNDV which predicts both phenology and PFTs coverage, multi-decadal (1980-2100) climate change simulations will be performed over CORDEX-EA domain with a grid spacing of 50km. Finally, through the comparison of the numerical experiments, the impact of dynamic vegetation on climate over China will be analyzed. As limited relevant researches over the region have been reported so far, implementation of the project will further help us to understand the vegetation-climate feedback mechanism over china.

项目拟通过数值试验结果的对比及分析，深入认识动态植被过程对中国区域气候变化的影响，并在此基础上，预估中国区域未来气候变化趋势。首先，综合评估和对比在集合平均的全球模式和单个全球模式驱动下的区域模式模拟结果，选择其中模拟效果较好的驱动场资料。同时使用耦合碳氮循环和动态植被过程的区域模式进行CORDEX-EA区域不同参数化方案组合的测试，通过对模拟结果进行偏差分析，获得模拟效果较好的参数设置。在此基础上，使用优选的全球模式驱动场资料，分别强迫耦合和未耦合碳氮循环和动态植被过程的区域模式，进行CORDEX-EA区域50km水平分辨率、1980-2100年的长期连续积分。最后通过两组试验的对比，重点分析动态植被过程对中国区域未来气候变化的影响，并给出中国区域未来高分辨率气候变化信息。鉴于目前国内外相关研究报道较少，预计本项目的及时开展可以加深对中国区域植被-大气相互反馈机制的理解。

在综合评估不同全球模式及其集合平均结果驱动下，区域模式对CORDEX-EA区域（包括中国及其周边地区）当代气候模拟能力的基础上，优选模拟效果较好的全球模式，分别驱动耦合和未耦合碳氮循环（CN）和动态植被过程（DV）的区域模式，进行了CORDEX-EA区域RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种排放情景下、50km高水平分辨率的积分模拟，科学评估了动态植被过程对中国区域当代和未来气候变化的影响，结果表明：.（1）与传统的集合平均方法相比，将全球模式驱动场先进行集合平均再驱动区域模式模拟的方法，虽然在其他区域的模拟结果与传统方法的结果基本一致，但在东亚区域的适用性相对较差。.（2）对耦合和未耦合碳氮循环和动态植被过程的区域模式在中国区域模拟结果的对比分析显示，耦合模式（RegCM4-CLM-CN-DV）模拟的冬季气温冷偏差更为显著，夏季气温偏差则在东部大部分地区有所减小。其中冬季冷偏差的增大与引入CN（DV）后使叶面积指数（地表反照率）增大有关；模拟夏季气温在东部地区的偏差主要是由于叶面积指数增大从而使得局地有个蒸发冷却效应，而在西部地区，仅耦合CN的模式仍主要受叶面积指数的影响，但RegCM4-CLM-CN-DV则主要是由于净辐射的减少，从而使得模拟气温偏低。.（3）对未来气候变化预估结果的分析显示：不同排放情景、不同季节下中国区域气温变化对动态植被的响应表现有较大差异，降水变化的响应则较为类似。其中气温的响应在RCP2.6和RCP4.5情景下以弱的升温为主，在RCP8.5情景下主要以降温为主。年平均降水响应较为显著的地区分别位于青藏高原和东北北部，且在高排放情景下更为显著；冬季降水变化在整个中国区域较小，青藏高原东部是变化相对较为显著的地区；夏季降水的变化在中国东部和青藏高原地区为增加和减少的相间分布，西北地区则变化不大。.项目所取得的预估数据，除在项目负责人所在单位的决策服务材料、专业气候服务及国家级和区域级科学评估报告编写中得到了广泛应用外，还提供给了多个省级业务单位和科研院所进行气候变化相关研究。