新疆地区未来气候变化的区域气候模式集合预估

本文基于一套在5个全球气候模式结果驱动下,RegCM4区域气候模式对东亚25 km水平分辨率的集合预估,分析了中、高温室气体典型排放路径（RCP4.5和RCP8.5）下,21世纪不同时期新疆地区的未来气候变化。对模式当代气候模拟结果的检验表明,区域模式的模拟集合（ensR）总体上能够很好地再现当代新疆平均气温、降水和极端气温、降水分布特征。ensR预估21世纪未来新疆平均气温和降水将不断升高或增加,RCP8.5下的变化大于RCP4.5。在21世纪末期RCP8.5下,区域年平均气温和降水将分别增加4.9°C和28%（102 mm）,夏季（6～8月）的升温幅度略高于冬季（12～2月）,降水则以冬季增加为主。极端温度以及高温日数同样将不断升高,其中年日最低气温最小值的增幅总体高于年日最高气温最大值,未来新疆地区的极端冷事件将减少,高温、热浪事件将增加。由极端降水指标日最大降水量反应的强降水事件将普遍增加,连续无降水日数总体以减少为主。积雪变化存在一定区域差异,具体表现为除塔里木盆地外的普遍减少。对总径流量和表层土壤湿度的预估分析表明,二者在新疆地区均以增加为主,但水文干旱在北疆会加重。ensR各模拟间无论是在当代模拟还是未来预估中都表现出较好的一致性,但在变化的具体数量及个别情况下符号均存在一定差异。最后,综合考虑ensR对各要素的预估发现,总体而言新疆未来更趋向于“暖湿化”,但这不会改变其干旱、半干旱气候的本质,而且水文干旱频率在一些地区会增加,未来新疆的水资源状况仍不容乐观。     

气候变化对淮河蒙洼蓄滞洪区启用风险影响评估

基于RCP情景下47个IPCC CMIP5气候模式模拟数据和大尺度水文模型VIC,预估了未来（2021-2050年）气候变化对淮河蒙洼蓄滞洪区启用的可能影响。结果表明：与基准期（1971-2000年）相比,多模式预估淮河上游未来多年平均气温一致呈增加趋势,平均增幅范围0.2～1.7℃。不同模式对降水预估差异较大,但有超过70%的模式预估降水呈增加趋势,平均增幅为3.4%～4.1%。未来气候情景下,王家坝断面洪水总体呈增加趋势,20年一遇的洪水强度平均增幅19%,洪水频率将增大,蒙洼蓄滞洪区启用可能更加频繁,启用的风险加大。     

未来RCPs情景下珠江流域降水特征的模拟分析

利用全球模式（BCC_CSM1.1）驱动区域模式RegCM4,模拟分析了RCP8.5和RCP4.5排放情景下未来2010—2099年珠江流域降水基本特征、强度分布和极端降水事件的变化特征。研究表明,RegCM4区域气候模式可刻画出珠江流域极端降水的特征。RCP4.5和RCP8.5排放情景下降水变化特征一致,未来不同时段（2020s、2050s和2080s）珠江流域的年平均降水量减少,春季和冬季减少,夏季和秋季增加,而且年平均和四季的降水频率均减少,强度增加（春季除外）。降水基本特征的变化导致降水强度分布改变,春季除外,不同时段的年和四季的降水极值（降水90th和95th分位值）的年平均值均增加,增幅最大为秋季,表明未来时段极端降水强度增加。未来不同时段珠江流域的年最大日降水量的5年重现期值在柳江流域、红水河、桂江流域和珠江三角洲（珠三角）地区增加,增幅30%~45%。RCP8.5排放情景下,未来2080s时段珠三角地区的年最大日降水量5年重现期值相当于现在时段8~10年的重现值,50年值相当于现在时段100年的重现期值,表明未来这些地区的极端降水事件发生频率增加。      

不同升温阈值下中国地区极端气候事件变化预估

本文基于耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的18个全球气候模式的模拟结果,预估了全球平均气温在不同典型浓度路径(RCPs)下达到2℃、3℃和4℃阈值时,中国地区气温和降水的变化,并采用了具有稳定统计意义的27个极端气候指标定量评估了全球平均气温达到不同阈值时,中国地区极端气候事件的可能变化。结果表明,未来我国平均气温增幅将高于全球平均增暖,极端暖事件(如暖夜、暖昼、热带夜)明显增多,达到4℃阈值时,暖夜指数相比参考时段增加约49.9%。极端冷事件(如冷夜、冷昼、霜冻)减少。随全球气温升高,中国北方平均降水增多。在不同升温阈值下,中国地区降水的极端性都体现出增强的趋势,强降水事件发生频率(如中雨日数、大雨日数)和强度(如五日最大降水量、极端强降水量)都明显增加。随升温阈值的升高,这些变化幅度更大,在 RCP8.5 情景下全球升温 3℃和4℃时,中国平均五日最大降水分别增加 12.5mm和17.0mm。我国西南地区极端降水强度的增幅高于其他地区。     

青藏高原气温和降水近期、中期与长期变化的预估及其不确定性来源

采用第五次耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5）高分辨率全球统计降尺度预估数据集,针对近期（2020—2039年）、中期（2040—2059年）和长期（2080—2099年）,以及全球1.5℃和2℃温升阈值,预估了青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水的变化,定量估算了预估结果的不确定性来源。结果表明：（1）在RCP4.5和RCP8.5情景下,21世纪青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水强度均显著增加,最长连续干旱天气减少。高原气候变化幅度超全球平均,至21世纪末,模式集合预估的气候变化幅度介于全球平均的1.5~3倍。（2）青藏高原地区受0.5℃额外增温的显著影响,年均气温、极端高温和极端低温均显著升高,平均及极端强降水均显著增加。（3）排放情景的选择对近期气候预估影响小,但对长期影响大。在相同排放情景下,内部变率主导了近期高原平均气温预估的不确定性,但至长期其贡献降至10%以下。模式和内部变率的不确定性对降水预估均有贡献,且都随时间减小,最大不确定性中心位于西部和北部边缘,噪声与信号比大于6。     

不同升温情景下中国东北地区平均气候和极端气候事件变化预估

利用区域气候模式RegCM4的逐日气温和降水资料,预估1.5℃和2.0℃升温情景下,东北地区平均气候和极端气候事件的变化。结果表明：RCP4.5排放情景下,模式预计在2030年和2044年左右稳定达到1.5℃和2.0℃升温;两种升温情景下,东北地区气温、积温、生长季长度均呈增加趋势,且增幅随着升温阈值的升高而增加;1.5℃升温情景下,年平均气温增幅为1.19℃,年平均降水距平百分率增幅为5.78%,积温增加247.1℃·d,生长季长度延长7.0 d;2.0℃升温情景下气温、积温、生长季长度增幅较1.5℃升温情景下显著,但是年和四季降水普遍减少,年降水距平百分率减小1.96%。两种升温情景下,极端高温事件显著增加,极端低温事件显著减少,极端降水事件普遍增加。霜冻日数、结冰日数均呈显著减少趋势,热浪持续指数呈显著增加趋势;未来东北地区降水极端性增强,不仅单次降水过程的量级增大,极端降水过程的量级也明显增大,随着升温阈值的增大,极端降水的强度也逐渐增大。     

RegCM3 CORDEX东亚试验模拟和预估的中国夏季温度变化

按照CORDEX (COordinated Regional Downscaling Experiment) 计划试验设计要求,利用中国科学院大气物理研究所全球模式FGOALS-g2的数据驱动区域气候模式RegCM3,针对1986~2005年历史气候和2010~2065年RCP8.5排放情景下气候预估,对东亚地区进行了50 km动力降尺度模拟。首先评估了RegCM3模式及驱动模式FGOALS-g2对1986~2005年夏季中国地表气温和极端高温事件的模拟能力,然后比较了两个模式在RCP8.5排放情景下对中国夏季地表气温和极端高温事件预估的变化,重点分析了动力降尺度结果的优势。结果表明,两个模式均能合理再现夏季中国地表气温和极端高温事件的大尺度气候态特征。相对于全球模式,区域模式由于水平分辨率较高,能在刻画地表气温分布的细节上体现出优势。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的三个地表气温指标均显著升高,到21世纪中期 (2046~2065年),两个模式预估的全国平均地表气温增幅相当,气温日较差变化均较小。在FGOALS-g2模式预估中,到21世纪中期,三个地表气温指标的增幅相当,气温日较差没有明显变化,东北和青藏高原的地表气温增幅最大。在RegCM3模式预估中,到21世纪中期,中国大部分地区日最高气温 (Tmax) 增幅大于日最低气温 (Tmin) 增幅,气温日较差增加;而在青藏高原西部,Tmax的增幅较Tmin偏低,气温日较差减小。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的极端高温事件到21世纪中期也显著增加,RegCM3模式预估的极端高温事件全国平均增幅略高于FGOALS-g2模式的预估。在两个模式的预估中,日最高气温最大值 (TXx)、暖昼指数 (TX90p) 和持续暖期指数 (WSDI) 变化的空间分布特征与Tmax相似;和当代相比TX90p增加了60%以上,而WSDI增加了一倍以上。     

中国20年一遇气温和降水极值变化的高分辨率模拟

基于25 km高分辨率区域气候模式（RegCM3）嵌套MIROC3.2_hires全球气候模式结果,进行IPCC SRES A1B情景下21世纪气候变化的模拟,分析中国区域未来气温和降水极值重现期的变化。首先检验模式对当代（1981-2000年）极端事件重现期的模拟能力,结果表明,模式能够较好地再现中国地区20年一遇极端事件的基本分布型,但所模拟的数值与观测相比还有一定偏差,特别是在极端降水方面。21世纪中期（2041-2060年）和末期（2081-2100年）20年一遇的高温极值在整个区域内均将升高,东北地区增幅最大;低温极值将增大,中心位于内蒙古、新疆及青藏高原南麓;降水极值也将普遍增大。气温和降水极值在21世纪末期的增加幅度均比中期要大。在未来全球变暖背景下,中国地区极端高温事件将明显增多,面积增大;极端低温事件将大幅度减少,面积减少;强降水事件也将增多,面积不断扩大。     

6.25 km高分辨率降尺度数据对21世纪长江经济带极端气候事件及其风险的集合预估

使用基于动力降尺度和统计降尺度方法得到的RCP4.5情景下的6.25 km高分辨率联合降尺度预估数据集,对长江经济带未来极端气候事件及其造成的风险展开评估和预估。结果表明：降尺度预估数据能较好的再现各极端温度指数和大部分极端降水指数的空间分布,但一些极端降水指数的偏差略大。未来长江经济带极端热事件将增加,冷事件减少;长江中游东部和下游的极端降水事件将增加,上游地区东南部发生干旱事件的可能性大。长江经济带以及上游、中游和下游3个分区的高温事件和强降水事件的国内生产总值（GDP）暴露度都将增加;人口暴露度呈先增后降的变化趋势。高温事件的GDP暴露度的分布因子和非线性因子的贡献同样重要,人口暴露度中分布因子的影响更大;强降水事件的暴露度主要取决于GDP或人口分布因子。     

气候变化及其未来情景

论述了百余年来气候变化的事实及对未来情景的预估。1861年以来,全球平均温度升高了0.6±0.2℃。20世纪90年代是20世纪最暖的10a。近百年来,降水分布也发生了变化,大陆地区尤其是中高纬地区降水增加,非洲等一些地区降水减少。气候模式模拟表明:全球平均地表气温到2100年时将比1990年上升1.4￣5.8℃。21世纪全球平均降水将会增加,但大部分年平均降水增加的区域很可能同时出现大的年际变化。全球平均海平面到2100年时将比1990年上升0.09￣0.88m。北半球雪盖和海冰范围将进一步缩小。未来,若干极端事件发生的频率会增加。     

Assessing future changes in seasonal climatic extremes in the Ganges river basin using an ensemble of regional climate models

Using an ensemble of four high resolution (~25 km) regional climate models, this study analyses the future (2021–2050) spatial distribution of seasonal temperature and precipitation extremes in the Ganges river basin based on the SRES A1B emissions scenario. The model validation results (1989–2008) show that the models simulate seasonality and spatial distribution of extreme temperature events better than precipitation. The models are able to capture fine topographical detail in the spatial distribution of indices based on their ability to resolve processes at a higher regional resolution. Future simulations of extreme temperature indices generally agree with expected warming in the Ganges basin, with considerable seasonal and spatial variation. Significantly warmer summers in the central part of the basin along with basin-wide increase in night temperature are expected during the summer and monsoon months. An increase in heavy precipitation indices during monsoon, coupled with extended periods without precipitation during the winter months; indicates an increase in the incidence of extreme events.     

RegCM4对华北区域21世纪气候变化预估研究

利用国家气候中心完成的RegCM4区域气候模式在RCP4.5和RCP8.5两种排放路径下的气候变化动力降尺度试验结果,在检验模式对基准期(1986—2005年)气温和降水模拟能力基础上,进行华北区域21世纪气候变化预估分析。结果表明:RegCM4对华北区域基准期气温和降水的模拟能力较好。未来21世纪,两种情景下华北区域气温、降水、持续干期(consecutive dry days, CDD)和强降水量(R95p)变化逐渐增大,但变化幅度在高排放的RCP8.5情景下更为显著,其中近期(2021—2035年)、中期(2046—2065年)、远期(2080—2098年)RCP8.5情景下年平均气温分别升高1.77、3.44、5.82℃,年平均降水分别增加8.1%、14%、19.3%,CDD分别减少3、3、12 d, R95p分别增加30.8%、41.9%、69.8%。空间上,未来21世纪华北区域内年、冬季、夏季平均气温将一致升高,夏季升温幅度最大;年、冬季、夏季平均降水整体以增加为主,冬季降水增加幅度最大;CDD以减少为主,但近期和中期在山西和京津冀有所增加,而R95p以增加为主,表明21世纪华北区域干旱事件逐渐减少、极端降水事件不断增加。     

京津冀城市群气候变化及影响适应研究综述

本文对2000年以来京津冀城市群气候变化及影响适应的研究成果进行了综述。研究表明：20世纪60年代以来,京津冀城市群年平均气温和极端高温指数显著升高,年降水量波动减少,到21世纪10年代,极端强降水指数降低。京津冀气候变化是全球变暖和城市化共同作用的结果,城市化加速了京津冀变暖趋势,增加了极端高温和极端强降水的频率和强度,气候风险高。未来京津冀城市群协同发展,面临高温热浪、强降水、水资源短缺和海平面上升等风险将更严峻,气候变化适应是京津冀城市群可持续发展面临的紧迫问题,适应策略等方面研究已取得了明显进展,但适用性和针对性还存在不足。本文提出了未来研究展望：深入研究城市化对气候变化的反馈,发展全球气候变化和城市化共同作用下的气候风险精细化预估技术,系统研究气候变化对城市的影响和不同行业的脆弱性,加强温室气体监测评估技术研究,加强适应气候变化的策略、路径和技术研究。     

全球1.5℃和2.0℃升温下潮白河流域气候和径流量变化预估

潮白河流域为北京主要供水源,其水资源量对北京用水保障至关重要,因此开展该流域在全球1.5℃和2.0℃升温下的径流预估研究具有现实意义。利用1961—2001年WATCH数据对SWAT水文模型进行率定和验证,在此基础上,应用第五次耦合模式比较计划(CMIP5)中5个全球气候模式在典型浓度路径(RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)下预估的全球1.5℃和2.0℃升温下的数据驱动SWAT模型,开展了潮白河流域气温、降水及径流量的变化预估研究,并量化评估由气候模式和RCPs导致的水文效应的不确定性。结果表明：(1) SWAT模型基本能较好地模拟潮白河流域的月径流特征,应用该模型进行气候变化对径流量的影响评估是可行的。(2)在全球1.5℃和2.0℃升温下,潮白河流域年平均温度较基准期(1976—2005年)分别增加1.5℃和2.2℃,年平均降水量也增加4.9%和7.0%。预估的年径流量在全球1.5℃升温下总体略有增加,盛夏和秋初的径流量占全年的比例也有所增加;在全球2.0℃升温下,年径流量增幅达30%以上,但夏季径流量占全年的比例明显减少。(3)在全球2.0℃升温下,潮白河流域极端丰水流量明显增加,洪涝发生风险增大。(4)未来气温、降水量和径流量的预估都存在一定的不确定性,在全球2.0℃升温下不确定性更大;相对而言,径流量的不确定性要远大于降水量的不确定性;无论是全球1.5℃升温下还是2.0℃升温下,预估不确定性主要来源于全球气候模式。     

Multi-decadal scenario simulation over Korea using a one-way double-nested regional climate model system. Part 2: future climate projection (2021–2050)

An analysis of simulated future surface climate change over the southern half of Korean Peninsula using a RegCM3-based high-resolution one-way double-nested system is presented. Changes in mean climate as well as the frequency and intensity of extreme climate events are discussed for the 30-year-period of 2021–2050 with respect to the reference period of 1971–2000 based on the IPCC SRES B2 emission scenario. Warming in the range of 1–4°C is found throughout the analysis region and in all seasons. The warming is maximum in the higher latitudes of the South Korean Peninsula and in the cold season. A large reduction in snow depth is projected in response to the increase of winter minimum temperature induced by the greenhouse warming. The change in precipitation shows a distinct seasonal variation and a substantial regional variability. In particular, we find a large increase of wintertime precipitation over Korea, especially in the upslope side of major mountain systems. Summer precipitation increases over the northern part of South Korea and decreases over the southern regions, indicating regional diversity. The precipitation change also shows marked intraseasonal variations throughout the monsoon season. The temperature change shows a positive trend throughout 2021–2050 while the precipitation change is characterized by pronounced interdecadal variations. The PDF of the daily temperature is shifted towards higher values and is somewhat narrower in the scenario run than the reference one. The number of frost days decreases markedly and the number of hot days increases. The regional distribution of heavy precipitation (over 80 mm/day) changes considerably, indicating changes in flood vulnerable regions. The climate change signal shows pronounced fine scale signal over Korea, indicating the need of high-resolution climate simulations     

Recent and Future Climate Change in Northwest China

As a consequence of global warming and an enhanced water cycle, the climate changed in northwest China, most notably in the Xinjiang area in the year 1987. Precipitation, glacial melt water and river runoff and air temperature increased continuously during the last decades, as did also the water level of inland lakes and the frequency of flood disasters. As a result, the vegetation cover is improved, number of days with sand-dust storms reduced. From the end of the 19th century to the 1970s, the climate was warm and dry, and then changed to warm and wet. The effects on northwest China can be classified into three classes by using the relation between precipitation and evaporation increase. If precipitation increases more than evaporation, runoff increases and lake water levels rise. We identify regions with: (1) notable change, (2) slight change and (3) no change. The future climate for doubled CO₂ concentration is simulated in a nested approach with the regional climate model-RegCM2. The annual temperature will increase by 2.7 ^ C and annual precipitation by 25%. The cooling effect of aerosols and natural factors will reduce this increase to 2.0 ^C and 19% of precipitation. As a consequence, annual runoff may increase by more than 10%.     

FUTURE CHANGE OF PRECIPITATION EXTREMES OVER THE PEARL RIVER BASIN FROM REGIONAL CLIMATE MODELS

Based on RegCM4, a climate model system, we simulated the distribution of the present climate (1961-1990) and the future climate (2010-2099), under emission scenarios of RCPs over the whole Pearl River Basin. From the climate parameters, a set of mean precipitation, wet day frequency, and mean wet day intensity and several precipitation percentiles are used to assess the expected changes in daily precipitation characteristics for the 21st century. Meanwhile the return values of precipitation intensity with an average return of 5, 10, 20, and 50 years are also used to assess the expected changes in precipitation extremes events in this study. The structure of the change across the precipitation distribution is very coherent between RCP4.5 and RCP8.5. The annual, spring and winter average precipitation decreases while the summer and autumn average precipitation increases. The basic diagnostics of precipitation show that the frequency of precipitation is projected to decrease but the intensity is projected to increase. The wet day percentiles (q90 and q95) also increase, indicating that precipitation extremes intensity will increase in the future. Meanwhile, the 5-year return value tends to increase by 30%-45% in the basins of Liujiang River, Red Water River, Guihe River and Pearl River Delta region, where the 5-year return value of future climate corresponds to the 8- to 10-year return value of the present climate, and the 50-year return value corresponds to the 100-year return value of the present climate over the Pearl River Delta region in the 2080s under RCP8.5, which indicates that the warming environment will give rise to changes in the intensity and frequency of extreme precipitation events.     

全球升温1.5℃和2.0℃情景下澜沧江流域极端降水的变化特征

澜沧江是我国为数不多的跨境河流,流域内多发暴雨、洪水灾害,因此定量、科学地评估澜沧江流域未来全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为澜沧江-湄公河沿线国家共同管理流域水资源和抵御自然灾害提供一定的科学指导。文中基于部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）下5个全球气候模式降水数据,通过偏差校正增强其在澜沧江流域极端降水的模拟能力,使用降水强度、日最大降水量和强降水量等9个指标评价未来全球升温1.5℃和2.0℃下澜沧江流域极端降水的变化情况,并对结果的不确定性和可信度进行研究,得出以下主要结论：随着全球温度的升高,澜沧江流域年降水和极端降水均呈现增大趋势,其中极强降水量（R99p）升幅最大,升温1.5℃和2.0℃下升幅分别为37%和75%;相对于基准期,全球升温2.0℃下各极端降水指数增幅明显大于升温1.5℃,前者升幅甚至超出后者一倍;未来全球升温情景下,澜沧江流域湿季会变得更湿润,而干季则会更干燥;澜沧江流域降水集中程度会增大,使得流域内洪涝灾害发生的风险增大;ISI-MIP气候模式对澜沧江流域未来极端降水模拟存在较大不确定性,升温2.0℃较升温1.5℃情景下不确定性更大,但相对于基准期,前者极端降水增大的可信度更高。