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CMIP6降尺度方法

气候变化关系到农业、生态系统、社会经济和人类生存与发展，是当今世界关注的重点问题之一。IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）第6次评估报告指出，自 20 世纪 50 年代以来，从全球平均气温和海温升高、大范围积雪和冰川融化，以及全球海平面的上升可知，气候变暖已是不争的事实。

国际耦合模式比较计划进入新的阶段——第六阶段（CMIP6），这将为气候变化研究领域提供更丰富的全球气候模式数据。相比于 CMIP5，CMIP6 模式有两个主要的特点：一是 CMIP6 考虑的过程更为复杂，很多模式实现了大气化学过程的双向耦合；二是大气和海洋模式的分辨率显著提高，其中大气模式的最高水平分辨率可达到全球25km。除此，CMIP5 的 RCP 情景只考虑了未来100年达到稳定CO2浓度以及相应辐射强迫的目标，并没有针对特定的社会发展路径，而CMIP6中的新的共享社会经济路径充分考虑了这一点，提供了更加多样化的排放情景，可以对减缓适应研究以及区域气候预估提供更加合理的模拟结果，因此在很大程度上弥补了CMIP5中RCP情景的不足。

在国际耦合模式比较计划中，GCM 为构建气候变化提供了全球大尺度的信息，但是在针对区域尺度开展气候研究时，相对较低的分辨率信息对区域气候变化预估产生较大偏差.降尺度方法在将大尺度信息转化为区域尺度上发挥着重要作用，包括动力降尺度、统计降尺度以及二者相结合的方法等。

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赠送数据

l 赠送CMIP6月数据（500G+）

  • 包含变量：温压湿风辐射降水

  • 包含情景：historical、ssp126、ssp245、ssp370、ssp585

l 赠送CMIP6日数据（1.8T+）

  • 包含变量：温压湿风辐射降水

  • 包含情景：historical、ssp126、ssp245、ssp370、ssp585

l 赠送全球VIPPHEN物候数据（40G+）

  • 时间：1981-2014，年数据

  • 空间分辨率：5.6km

l 赠送 ERA5-LAND 陆面再分析数据（5T 左右）

  • 时间：1951.1.1-2021.12.31 时间分辨率：hourly

  • 空间分辨率：0.1°（等角 lonlat 投影+wgs84）

  • 包含 11 个变量：温度、气压、辐射、蒸发、降水、湿度【详情见数据说明文件】

详情：

CMIP6中的模式比较计划

GCM介绍

CMIP6降尺度方法_第1张图片

​相关比较计划介绍

CMIP6降尺度方法_第2张图片

​

方法一：手动人工

CMIP6降尺度方法_第3张图片

​

利用官方网站

方法二：自动

利用Python的命令行工具

CMIP6降尺度方法_第4张图片

​方法三：半自动购物车

利用官方网站

​裁剪netCDF文件

基于QGIS和CDO实现对netCDF格式裁剪

CMIP6降尺度方法_第5张图片

​

QGIS中的操作

CMIP6降尺度方法_第6张图片

裁剪效果

处理日期非365天的gcm

以BCC为例

基础知识

3.1基础知识

Python基础

l Numpy基础

l Scipy基础

l Pandas基础

3.2CDO基本操作

CDO（Climate Data Operator）是大气科学中常用的处理工具。

l 文件操作

l 重采样

l 统计计算

3.3Xarray的基本操作

Xarray是基于Python体系的针对netCDF常用的工具，可以方便实现处理、可视化等操作。

l Netcdf文件的读写

l 统计计算

可视化

单点降尺度

4.1 Delta方法

CMIP6降尺度方法_第7张图片

​4.2统计订正

CMIP6降尺度方法_第8张图片

​4.3机器学习方法

l 建立特征

l 建立模型

l 模型评估

​4.4多算法集成方法

CMIP6降尺度方法_第9张图片

CMIP6降尺度方法_第10张图片

​

统计方法的区域降尺度

5.1 Delta方法

CMIP6降尺度方法_第11张图片

5.2 基于概率订正方法的

基于WRF模式的动力降尺度

6.1制备CMIP6的WRF驱动数据

利用cdo工具对gcm的输出文件进行重新编码制备wrf的驱动数据

6.1.1针对压力坐标系的数据制备

6.1.2针对sigma坐标系GCM数据制备

6.1.3 WPS处理

CMIP6降尺度方法_第12张图片

​

6.2 WRF模式运行

6.3 模式的后处理

l 提取变量

l 变量的统计

l 变量的可视化

CMIP6降尺度方法_第13张图片

​

CMIP6降尺度方法_第14张图片

典型应用案例-气候变化1

7.1针对风速进行降尺度

CMIP6降尺度方法_第15张图片

7.2针对短波辐射降尺度

CMIP6降尺度方法_第16张图片

​

典型应用案例-气候变化2

ECA极端气候指数计算

l Consecutive dry days index

CMIP6降尺度方法_第17张图片

​

l Consecutive frost days index per time period

CMIP6降尺度方法_第18张图片

l Consecutive summer days index per time period

CMIP6降尺度方法_第19张图片

l Consecutive wet days index per time period

CMIP6降尺度方法_第20张图片

​

典型应用案例-生态领域

预估生长季开始和结束时间

1、建立气象数据与VIPPHEN遥感物候数据中生长季开始和结束

2、在未来气候情景下预估生长季长季开始、结束和长度

典型应用案例-水文、生态模式数据

l SWAT数据制备

l Biome-BGC数据

Biome-BGC是利用站点描述数据、气象数据和植被生理生态参数，模拟日尺度碳、水和氮通量的模型，其研究的空间尺度可以从点尺度扩展到陆地生态系统。案例中以单点模拟方式制备CMIP6的气象数据。

CMIP6降尺度方法_第21张图片

​

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