CMIP6模式对中国近海气象要素模拟评估与预测

为了研究第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中新提出的“情景模式比较计划”(ScenarioMIP)下中国近海气象要素的变化情况, 本文选取了其中6个海气耦合模型, 对其模拟的风速、气温、降水进行评估与预测。评估结果表明选取的模式对中国近海模拟效果整体都不错, 但在菲律宾群岛附近模拟结果相对欠佳。模型平均预估结果表明未来21世纪中叶4个情景下渤黄海风速夏季增加、冬季减弱; 至21世纪末, 研究海域夏季15°N以北(南)风速主要呈增加(减小)的趋势, 冬季25°N以北(南)风速主要呈减小(增加)的趋势。4个未来情景下的中国近海气温都将持续升高, 高纬区域增幅大于低纬。可持续发展情景(SSP1-2.6)能有效减缓升温, 其他放任温室气体大量排放的情景(如SSP5-8.5), 则会加剧升温。未来中国近海降水变化总体上呈增加趋势, 渤黄海与东海降水增幅在SSP5-8.5情景下最大, 世纪末分别增加约15.87%与5.61%; 南海降水增幅在SSP2-4.5情景下最大, 世纪末增加约4.84%。     

德州60a雨日和雨量及雨强变化特征

分析德州1951—2010年各类降水日数和降水量等资料,计算线性变化趋势系数和相关系数,结果表明:历年降水量平均10a减少19.5mm。大于等于0.1mm降水日数总体呈下降趋势,平均10a减少2.76d,且变化显著;大于等于150.0mm降水日数呈增多趋势,但变化不显著。大于等于25.0mm降水日数与年降水量变化之间的相关系数最大,为0.854,且相关显著。最长连续降水日数平均10a减少0.21d,最长连续无降水日数平均10a增加2.26d,最大连续降水量平均10a减少2.75mm,一日最大降水量平均10a减少1.80mm,1h最大降水量平均10a增加2.34mm,10min最大降水量平均10a增加0.49mm。总体上,德州降水资源呈减少趋势。150mm以上降雨日数有增多趋势,短时强降水等极端灾害性天气事件有增加趋势。     

IPCC气候情景下全球海平面长期趋势变化

利用CCSM3 (Community Climate System Model version 3)气候系统模式模拟20世纪海平面变化,在IPCC SRES A2 (IPCC,2001)情景假设下预测21世纪全球海平面长期趋势变化。模拟显示20世纪海平面上升约4.0 cm,且存在0.004 8 mm/a2的加速度,这个结果仅为热盐比容的贡献。在A2情景假设下,21世纪海平面上升存在很大的区域特征,呈纬向带状分布;总体上北冰洋上升大,南大洋高纬度海区上升小,大西洋上升值比太平洋的大;整个21世纪全球平均比容海平面上升了约30 cm,且呈加速上升的趋势。同时发现,中深层水温度和盐度变化对区域比容海平面变化具有重要贡献。北太平洋增暖主要集中在上层700 m以内,而北大西洋的增暖可达2 500 m的深度,南大洋南极绕极流海区热盐变化则是发生在整个深度。     

1981年以来青岛市降水量特征分析

利用青岛市1981—2017年7个国家基本气象观测站的年、月、日和小时降水观测数据,分析在气候背景和城市化进程下青岛市降水时空分布特征。结果表明：1981—2017年青岛市年平均降水日数75 d,年平均降水量654.0 mm。青岛市年平均降水量在1981—2010年呈现增加、2011—2017年呈现减小的趋势;南部沿海地区的青岛站、胶南站年降水量增加的趋势较大,中北部地区的即墨站、胶州站相对较小。青岛站、崂山站、胶州站和胶南站在20世纪80年代、20世纪90年代和21世纪00年代呈增加趋势,北部地区的莱西站和平度站则表现出20世纪90年代、21世纪00年代和21世纪10年代减少的特点。各站降水典型年小时降水频次日变化特征较为明显,降水在凌晨至上午发生最多,出现概率为2.6%～6.7%,午后至前半夜明显减少。超过20 mm·h^-1的整点小时降水胶南站最多,达7次。降水典型年7月期间500 hPa高度场表现为“两槽两脊”或“两槽一脊”环流型,高空槽均较常年偏强,西太副高主体位于120°E以东,15°～35°N的西太平洋海面上空,脊线位置在25°N附近,青岛地区处于西北...     

未来黄淮海地区夏玉米光温水资源适宜度及灾害风险演变特征

为探索未来气候变化对黄淮海地区农业气候资源和夏玉米气候适宜度及灾害的影响,以黄淮海地区1981—2021年56个农业气象观测站夏玉米生育期观测资料、84个气象站逐日气象要素观测资料及中尺度区域气候模式（Regional Climate Model Version 3,RegCM3）输出的未来气候情景（Intergovernmental Panel on Climate Change Special Report on Emissions Scenarios A1B,IPCC SRES A1B）下黄淮海2022—2100年0.25°×0.25°共897个格点逐日气象资料为基础,分析未来黄淮海地区光温水等农业气候资源演变特征,建立黄淮海夏玉米生长发育气候适宜度模型及气候适宜度灾害指数模型,研究未来气候变化对黄淮海夏玉米气候适宜度的影响特征,预估夏玉米农业气象灾害发生风险及特点。结果表明：（1）2022—2100年黄淮海地区夏玉米生长季热量资源呈明显增加趋势,降水资源总体为微弱上升趋势且阶段性变化明显,光照资源变化趋势不明显。（2）2022—2100年夏玉米全生育期气候适宜度呈总体平稳略有下降波动趋势,并具有一定阶段特征和发育期差异。各生育期相比,播种出苗期气候适宜度相对最差,成熟期最好。（3）全生育期温度适宜度总体呈稳定波动下降趋势,说明未来气候明显变暖趋势对夏玉米生长总体不利;水分适宜度和光照适宜度总体稳定、变化趋势不明显,说明未来水分和光照资源对夏玉米的生长基本有利。（4）由各年代来看,2080年代、2090年代温度适宜度最差,2020年代最好;2030年代水分适宜度最差,2080年代最好;2080年代、2090年代光照适宜度明显偏差,2020年代、2030年代明显偏好。综合来看,2061—2100年期间夏玉米气候适宜度总体偏差,2020年代最好。（5）抽雄吐丝期遭受高温热害风险最大,三叶至七叶期发生旱涝风险最大,播种出苗期发生寡照（连阴雨）风险最大,而成熟期发生各种农业气象灾害风险均最小。（6）2080—2098年期间夏玉米拔节期、抽雄吐丝期、灌浆至乳熟期遭受高温热害的风险大;2031—2035年、2046—2056年播种出苗至拔节期发生阶段性严重旱涝灾害风险等级高。2030年代和2040年代及2026年、2080—2093年播种出苗期出现寡照（连阴雨）的风险较大。     

气候变暖背景下中国沿海降水变化特征

IPCC第六次评估报告指出,随着全球变暖,强降水事件通常会变得更加频繁和强烈。暴雨是我国主要气象灾害之一,是引发洪涝的最主要原因。目前洪涝灾害已成为影响滨海城市公共安全和经济社会发展的重要因素,了解降水的变化特征对于科学应对气候变化和防灾减灾具有重要意义。本文研究结果显示,1966-2020年中国沿海降水量和暴雨及以上级别降水日数（日降水量≥50 mm的日数）总体均呈增多趋势,但变化趋势不显著;降水日数（日降水量≥0.1 mm的日数）总体呈减少趋势,且变化趋势显著。降水量和暴雨及以上级别降水日数在长江口至福建北部沿海和海南沿海增加趋势明显,山东省及以北沿海、广东省东部沿海呈减少趋势;降水日数除在长江口附近呈增多趋势外,其他沿海地区均以减少为主。降水日数总体减少,降水量总体增多,表明降水过程中降水强度有增加趋势。中国沿海总体暴雨及以上级别强降水主要集中在5-9月,出现频率占全年81.7%。多地出现最大日降水量超过250 mm情况,局部最大日降水量超过500 mm。强降水过程期间往往伴随高海平面,影响滨海城市行洪排涝,增加淹没风险。     

海阳50a气候特征分析

根据海阳1961—2010年气温、降水量、日照、相对湿度等气象资料,应用气候倾向率、Mann-Kendall突变检测法、滑动t检验法,对海阳市气候变化及规律进行了分析。结果表明:历年平均气温、平均最高气温、平均最低气温、极端最低气温在过去的50a间呈显著的上升趋势,历年极端最高气温的上升趋势不显著,年代际变化特征突出;年降水量呈缓慢的减少趋势,变化趋势不显著,年代际间分布不均,变化较大,年降水量减少的原因是夏季和秋季降水减少;日照时数呈显著减少趋势,发生突变的时间点是2004年;年平均相对湿度呈现显著减少趋势,发生突变的时间点是1977年,秋季湿度减少最为明显。     

京津冀地区暖季降水日变化特征分析

使用2007—2017年京津冀地区156个气象站暖季(5—9月)逐小时降水观测数据,根据地形将研究区域分为6个分区,分析各分区降水量季节内变化和日变化特征,结果表明:1)京津冀的多雨区主要位于沿燕山南麓到太行山,存在多个降雨中心。2)各分区降水量季节内特征总体表现为单峰型,即7月降水量最大,7月第3候至8月第4候是主汛期,8月降水量次之,5月最少。3)降水呈夜间多,白天少的特点,7月初之前的前汛期降水多发生在16—21时;主汛期降水呈双峰型,峰值在17—22时,次峰值出现在00—07时; 8月中旬以后的后汛期多夜间降水,峰值多出现在00—08时。4)高原山区多短历时降水,长历时累计降水对季节降水贡献率大值区位于平原地区,而持续性降水贡献率大值位于太行山区和燕山迎风坡的西部。     

基于TRMM卫星资料的渤海降水遥感估算研究

降水是全球能量平衡和水分循环中的关键要素,但海洋区域实时、准确的降水观测资料难以获取,因此,遥感卫星资料在海洋降水及全球能量和水分循环研究领域具有十分重要的应用前景。本文基于1998~2012年6个气象站点(岛屿或海岸带)的实测降水资料,评估TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)V7版本3B42、3B43两个降水产品对渤海降水量的估算精度,在此基础上,分析并揭示渤海区域年、季和月降水量的时空特征。结果表明:在日尺度,3B42产品对渤海降水量的估算效果总体较差,而在月、年尺度,3B42、3B43产品与实测降水量比较接近,而且,3B43产品的估算精度稍高;总体上,TRMM表现出低估降水的特点,且当实测月降水量大于300 mm时,这种特征尤为显著;1998~2012年,渤海年降水量表现出明显的年际丰枯变化特征,多年均值为631.6 mm;夏季降水量占年降水总量的62.0%,7月是降水量最丰富的月份;空间上,渤海中南部降水量相对较高,而近岸区域降水量相对较低;受大气环流等因素的影响,夏季降水量重心向西北方向偏移,冬季则向东南方向偏移。     

夏半年中国总降水、极端降水及台风降水的趋势分析

利用逐日气象台观测资料,对1961—2010年夏半年(5~10月)中国总降水、极端降水、台风降水进行了趋势分析。结果发现:(1)中国平均降水量显著增加主要是由于降水强度增强引起的,降水强度增幅大于降水频数的减幅;极端降水量显著增加主要体现为极端降水频数的增多,极端降水强度50年来并无显著变化。(2)台风降水量减少主要是由于台风降水频数减少引起的,台风降水强度增幅弱于台风降水频数减少的幅度。(3)极端降水对总降水的贡献大致以103°E为界,呈东高西低的空间分布,东侧受东亚夏季风的影响,东亚夏季风对极端降水有明显的加强作用,能达到全年总降水的10%左右;103°E西侧,极端降水的趋势对总降水增长趋势的贡献率为25%~50%,而东侧,总降水趋势主要受极端降水趋势的控制,极端降水趋势(包括增、减趋势)的贡献达50%~100%。(4)长江中游至西南地区和黄河中下游及环渤海地区的降水趋势与全国整体呈上升趋势不同,这些地区的降水呈显著下降的趋势,台风降水趋势显著减少导致这些地区极端降水减少,进而造成总降水的减少。     

长江口及邻近海域浮游植物生态系统气候变化综合风险评估

近几十年来,在气候变化和人类活动的影响下,我国近岸河口海域尤其是长江口及邻近海域生态灾害频繁发生,严重影响了海洋生态系统的健康及其服务功能。本研究基于政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）气候变化风险理论框架,构建了河口浮游植物生态系统的气候变化综合风险评估指标体系,并利用IPCC 第五次耦合模式比较计划（CMIP5）地球系统模式数据,分别计算分析了在温室气体低（RCP 2.6）、中等（RCP 4.5）和高（RCP 8.5）浓度排放情景下未来不同时期（2030—2039、2050—2059、2090—2099年）长江口及邻近海域浮游植物生态的致灾因子危害性、承灾体暴露度和脆弱性及其综合风险。结果表明： RCP 2.6、4.5和8.5情景下,到21世纪中期,致灾因子危害性均有明显上升,其中RCP 4.5和8.5情景下,到21世纪末,还将大幅度增加,且以RCP 8.5情景最为显著,而RCP 2.6情景下则相反,有所下降;RCP 2.6情景下,高暴露度区域主要位于长江口附近,不同年代的变化差异较小;RCP 4.5和8.5情景下高暴露度区域明显大于RCP 2.6情景,尤其是后者到21世纪末期扩大至长江口邻近海域;脆弱性总体呈现近岸高远岸低的分布特征,且变化均较小;RCP 2.6、4.5和8.5情景下,综合风险均呈现近岸高远岸低,且有增加的趋势,但以RCP 8.5情景最为明显,并在21世纪末达到最大。     

淄博60a气温和降水量变化趋势分析

利用1954—2013年淄博观测站平均气温和降水量资料,运用线性拟合、滑动t检验、Mann-Kendall突变检验和小波分析等方法,对气温和降水量的变化特征进行分析。结果表明:年季平均气温均呈上升趋势,其中冬季增暖最明显,年平均气温在1987年发生增温突变。降水量较气温变化复杂,没有明显突变点,总体呈减少趋势,季节变化差异大,表现为春季降水量明显增加,秋季减少。年平均气温主要存在30a和8a左右周期性变化,年降水量主要存在11a和3a左右周期性变化。     

南极长城站近二十九年气候特征

使用南极长城站常规地面气象观测资料、澳大利亚南极局海冰外缘线资料和NOAA南极涛动指数资料,对长城站自1986—2014年的气候特征进行了多时间尺度的统计分析。结果表明:长城站冬季气温有升高的趋势,升温速率约为0.19℃/10 a;冬季气温与59°W经线上海冰外缘线位置的年际变化特征呈显著正相关,但对于气候平均的海冰外缘线位置月变化比气温滞后约一个月;夏季气温有降低的趋势,其他季节总体增暖。长城站的风向主要集中在西北和东南方向;1986—2014年间长城站年平均风速变化较小,大风的每年累积日数分布情况与年平均风速变化曲线相似;春季平均风速较大,并且约有半数大风风向为西北,夏季的大风天数少于其他季节。长城站年平均气压呈降低趋势,其变化与南极涛动指数呈负相关。年平均云量持续增加,且当风向为东北或西北时总云量较多;夏季平均总云量最多,冬季最少。长城站的年平均降水量变化明显,先减少后增多;降水量季节变化为秋季降水量最多,夏季次之,春季和冬季的降水量较少;日平均降水量西南风时较少,东北风时较多。雾的变化特点为春季和夏季雾天较多,其中1—3月的浓雾日数多于轻雾日数;大约三分之二有雾天的风向为西北向,约二分之一的雾出现在风力为3—4级时。     

南极长城站20年来天气温度及降水变化特征

本文使用南极长城站20a天气和温度降水气象观测资料,对影响长城站天气系统和气象变化特征进行分析.发现长城站建站20年来,气温从90年代中后期逐渐升高,到90年代未气温达到最高.进入20世纪后气温变化趋于平稳,但年平均距平仍在正距平以上.大风从80年代后期到90年代中期缓慢减少,至90年代未到20世纪初大风天数明显增多,风速加大.长城站降水从90年代初期降水量开始减少,到90年代后期降水量最少.特别是1997年降水量比正常年份少200mm.进入20世纪长城站降水量仍比正常年份减少100mm.对长城站20年气象要素分析表明,长城站近10年存在气温明显增温变暖,降水量减少,大风天数增多现象.     

A1B气候情景下海平面变化对东中国海风暴潮的影响

用三维水动力模型Ecomsed,在第四次IPCC评估报告SRES A1B气候情景下,分析21世纪海平面变化对东中国海风暴潮及沿岸脆弱性的影响。在A1B气候情景海平面变化影响下,对17个台风个例进行模拟。结果表明:受海平面变化影响风暴潮增减水出现大概10 cm的变化,风暴潮增水提前,风暴潮增水时段延长;台风强度越大,海平面变化对风暴潮增水强度的影响越明显。海平面变化对海岸带脆弱性具有很大影响,苏北浅滩及环渤海海岸带脆弱性将增强,校核水位在东中国海将会增大。     

我国极地数值天气预报系统在南极长城站的应用与检验

选取2018年2月—2019年11月南极长城站气象台观测资料,对我国极地数值天气预报系统的风速、降水、气温和气压预报进行了检验。统计结果表明:预报风速误差呈正态分布,平均误差随预报风速增加有变大的趋势,短期预报好于长期预报,6级及以上大风时预报结果偏大的概率逐渐增大。预报降水量约是观测降水量的两倍,且在时间上和各降水量级上的误差分布特征一致,降水预报明显偏大。气温和气压的预报能够较好地反映天气形势变化,但存在明显的系统性偏差,其中气温的平均值偏小2.1℃,气压的平均值偏大2.4 hPa。     

浙江海岛区域气候变化特征分析

通过对浙江省海岛区域7个海岛站1971-2000年的气温、降水和风速观测资料进行分析研究,得到浙江省海岛区域气候变化的一些特征.近30年浙江省海岛区域年均温度有明显的上升趋势,且在1996年发生一次突变现象;年均降水量没有明显的变化趋势,也不存在突变现象;年均风速有明显的减小趋势,且在1975年发生一次突变现象.     

济南市城市化发展对降水的影响分析

利用济南6个气象站1964—2013年的日降水观测资料以及城市发展指标数据,运用线性倾向估计、相关分析等统计方法分析了济南地区降水的时间变化特征,探讨城市化发展对济南降水的影响。结果表明:(1)城区的年平均降水量增加的趋势明显大于郊区;春季和夏季降水量的增加趋势均为城区大于郊区,夏季城区降水的极端性增强,秋冬季城郊之间的变化趋势不明显;(2)降水总日数和小雨日数城区和郊区都表现为减少的趋势,而大雨、暴雨及以上降水日数都表现为增加的趋势,城区比郊区增加的幅度略大,即大雨及以上的降水城区比郊区更容易出现;(3)城市效应对降雨的影响主要表现在大雨和暴雨以上强降水增多。     

济宁市气候变化对农业生产影响分析研究

对济宁市(包括11个县市区)1970—2012年的各月气温、降水和日照资料进行研究。结果表明:平均气温整体呈阶段性上升趋势,其中冬季气温上升幅度最大,平均最低气温的上升速率大于平均最高气温的上升速率;全年≥0℃活动积温、越冬前(10月1日—12月12日)≥0℃活动积温、≥10℃的活动积温、0℃负积温绝对值均呈上升趋势;1981—2010年较1971—2000年,稳定通过≥0℃和≥10℃持续的日数分别增加4.5d和3.2d,稳定通过≥0℃和≥10℃的日期分别提前了3d和2d,终止≥0℃和≥10℃的日期分别推迟了2d和1d。年降水量的变化分为明显的两个阶段,前30年呈下降趋势,而后13年呈上升趋势;日照时数呈下降趋势,夏季下降最为明显。在这种气候变化背景下对济宁农业的影响主要表现在:冬小麦、夏玉米播种期推迟,冬小麦全生育期缩短;夏玉米的种植方式由套种改为直播,收获期推迟,生育期延长;干旱、冻害等其他极端异常气候事件和病虫害的发生机率有增加趋势。     

1956—2018年青海省黄河流域降水变化特征分析及预测

本研究基于1956—2018年31个气象站月值降水数据,采用M-K检验、Pettitt检验、Morlet小波分析、ARIMA模型等方法,分析青海省黄河流域近63年包括趋势、突变、周期在内的降水量特性以及验证未来5年降水趋势预测变化的合理性。结果表明:(1)近63年青海省黄河流域降水具有集中程度高、年内分配不均、丰枯季明显的特点;不同年代的月均降水量均集中在4—10月,且未来月均降水量有上升的变化趋势。(2)年降水量呈显著增长趋势,增长率为(9.07 mm/10 a),春季和冬季降水增长趋势显著,夏季和秋季降水无显著的增长趋势,2004年为该流域大的降水转折年。(3)年降水时间序列存在23~32 a,15~20 a,9~13 a以及4~6 a的周期变化规律,四级降水主周期分别对应30、15、11和6 a时间尺度。(4)ARIMA(2,1,4)模型能够较好地拟合1956—2018年降水序列并对2019—2023年降水数据合理预测;线性回归及M-K检验分析结果显示1956—2023年降水序列呈显著增长趋势,增长率为(9.22 mm/10 a),与趋势预测结果相一致;ARIMA(2,1,4)模型可以对青海省黄河流域进行短期年降水量预测,为当地水资源合理规划和管理提供参考。