基于格网的GCM数据修订分析未来海南岛农业水热资源的变化特征

以海南岛为研究区域,选用5个大气环流模式(GCMs)1970-1999年的逐日输出数据和同期地面气象观测数据,使用空间插值降尺度到0.5°×0.5°格网.以格网单元为基础,应用系统误差修订(修正值法或比值法)和多模式集合平均方法(贝叶斯模型平均法BMA或等权重平均法EW),训练与验证GCMs输出值并进行综合修订.在此基础上,分析RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,未来海南岛近期(2020-2059年)和远期(2060-2099年)农业水热资源,包括年平均气温、1月平均气温、≥10℃积温、≥20℃积温、年降水量、1月降水量和≥20℃界限温度生长期间降水量的变化特征.结果表明:GCMs输出值的系统误差和BMA权重系数在格网间存在较大的空间差异,且GCMs输出值低估逐日最高气温约3.55℃,高估逐日最低气温约1.19℃,逐日降水量仅为观测值的54.35％.基于格网的综合修订,可有效降低GCMs输出值在空间上的不确定性,BMA与EW的修订结果相似,均优于单一GCM模式.通过格网BMA综合修订后,最高气温、最低气温和降水量在验证期的相关系数r分别约提升0.10、0.07和0.06;均方根误差RMSE分别约降低2.38℃、1.01℃和1.01mm;较单一GCM相对观测值的偏差平均约减少3.25℃、1.13℃和25.67mm.未来海南岛农业热量资源在空间上主要表现为从中部向外围逐渐升高,高温主要分布在南部至西部沿海地区,年平均气温的增幅全岛较为接近,1月平均气温、≥10℃积温和≥20℃积温的增幅分别表现为由东向西、由北向南和由中部向外围递减.在时间上,RCP8.5情景下所有农业热量资源均为极显著增加且增温最快,RCP4.5情景为先增加后平缓,RCP2.6情景较为平缓,远期无显著增温.未来海南岛降水资源在空间上转为由东向西逐步递减的格局,南部和北部沿海地区降水变率增加,西部和中部降水变率减少,在时间上无显著变化趋势.随着未来海南岛气候变暖和降水格局的改变,农作物适宜种植面积扩大,会对农业生产带来巨大挑战,应提前布局,做好趋利避害.