RCPs情景下未来青海高原气候变化趋势预估

利用 CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)耦合模式结果对 RCPs(Representative Concentration Pathways)情景下的青海高原气温、降水变化趋势及极端气候事件2011-2100年演变特征进行了预估。结果表明:在21世纪,青海高原年平均气温显著升高,RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5排放情景下增温速率分别为0.06 ℃/10a、0.24 ℃/10a和0.61 ℃/10a。年降水量将明显增加,幅度1.4～7.0 mm/10a。青海高原21世纪与气温、降水有关的事件都有趋于极端化的趋势,极端冷指标下降,极端暖指标均明显上升。极端降水频次增加,强度加重,且变化幅度与排放强度成正比。     

RCP8.5气候变化情景下21世纪印度粮食单产变化的多模式集合模拟

基于跨部门影响模型比较计划（ISI-MIP）中20种气候模式与作物模型组合的模拟结果,预估了RCP 8.5排放情景下21世纪印度小麦和水稻单产变化。研究发现：① 多模式集合模拟结果基本再现了印度小麦和水稻单产的空间差异;同时,再现了小麦和水稻单产对温度和降水变化的响应特征：与温度呈负相关,与降水呈正相关。② RCP 8.5情景下,水稻和小麦生长季温度和降水均呈增加趋势,小麦生长季的温度、降水增加幅度大于水稻。空间上,温度增加幅度自北向南逐渐减小,降水增幅则逐渐增加,并且小麦种植区升温幅度大于非种植区,降水增幅则少于非种植区,水稻种植区升温幅度小于非种植区,降水增幅则多于非种植区。③ RCP 8.5情景下,小麦和水稻单产均呈下降趋势,21世纪后半叶尤为明显。小麦单产的下降速度明显大于水稻,其中21世纪前半叶小麦和水稻单产下降速度约分别为1.3%/10a （P < 0.001）和0.7%/10a （P < 0.05）,后半叶分别增至4.9%/10a （P < 0.001）和4.4%/10a （P < 0.001）。小麦和水稻单产变化存在明显的空间异质性,小麦单产的最大下降幅度出现在德干高原西南部,降幅约60%,水稻单产最大下降幅度出现在印度河平原北部,降幅约50%。这意味着未来气候变化情景下印度粮食供给将面临较大的挑战。     

三江平原气温降水变化分析——以建三江垦区为例

气温及降水与人类生产生活密切联系,其变化必然会对生态系统和社会经济等产生重大影响。利用三江平原建三江垦区15个农场气象站1965～2002年气温和降水资料,运用气候趋势系数和一元回归分析法进行气候变化分析。结果表明:近40年来本区气温呈显著上升趋势,平均气温以0.50℃/10a幅度升高,不同季节平均气温均呈上升趋势,且冬季增幅最大,达0.82℃/10a。气温升高存在显著的区域差异,最大的增温中心位于南部边缘,气温倾向率大于0.60℃/10a。降水趋势性变化不显著,但仍呈弱减少趋势,年降水量倾向率为-1.90mm/10a,四季降水量以秋季减少最为显著。在此基础上进行气候突变分析,结果表明气温突变出现在1987年,降水突变出现在1980年和1997年,但降水突变不明显。研究三江平原建三江垦区的气候变化对于保障区域粮食安全具有重要的指导意义。     

1958-2016年呼伦贝尔草原新巴尔虎右旗气温和降水变化特征

气候变化是影响草原区植被与环境状况的重要因素。利用呼伦贝尔草原新巴尔虎右旗1958-2016年的气温和降水数据资料,采用线性倾向估计法、累积距平分析法、M-K检验法和Morlet小波分析等方法,从不同时间序列上,对该地区近59年的气候变化趋势、极端气候以及突变现象进行分析。结果表明：年平均气温以0.354℃/10a的速率上升,上升趋势显著;四季平均气温均呈现增温趋势,其中春季增温趋势最大;1985-1986年发生了由低温到高温的突变;研究区年平均气温存在11 a的强显著周期。研究区年降水量整体以8.68 mm/10a的速率呈下降趋势,变化趋势不显著;降水集中在夏季（6-8月）,占全年降水量的72.9%,7月降水量最大,有效降水日数最多;1961-1962年和1981-1982年降水发生突变;极端降水指标中日最大降水量、连续5 d最大降水量、强降水量、极强降水量、强降水比率、连续无雨日数、零降水量日数均呈现递减趋势,仅降水强度呈递增趋势,变化趋势均不显著;Morlet小波分析表明研究区年降水量存在52 a的强显著周期。新巴尔虎右旗近59 a气候总体呈现干旱化趋势。     

陕西省气温降水变化特征的区域差异

以陕西省境内47个气象站点1959～2009年逐月气温、降水数据为基础,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验和滑动t检验,分析陕西省近51a气温、降水变化趋势和突变特征的时空分布差异.结果表明：（1）年平均气温以陕北黄土高原区和关中平原区增温显著,且前者增暖突变最早;春季和秋季平均气温以关中平原区增温幅度最大,春季平均气温陕北黄土高原区增暖突变最早;秋季平均气温关中平原区增暖突变最晚;冬季平均气温以陕北黄土高原区增温幅度最高,陕南秦巴山地区最低,且关中平原区增暖突变最早,陕南秦巴山地区最晚.（2）年降水量变化趋势不显著,减少突变发生在陕南秦巴山区;春季平均降水量以关中平原和陕南秦巴山区减少趋势显著;夏季和秋季平均降水量变化趋势不显著,但关中地区在夏季发生增加突变,陕北黄土高原区在秋季发生减少突变.     

河西走廊57年来气温和降水时空变化特征

采用滑动平均、线性回归等趋势分析方法以及Mann-Kendall、Pettitt 和累积距平三种突变检验方法对河西走廊地区1955-2011 年的气温和降水两个指标进行研究, 从而揭示该地区气候变化的事实及趋势。研究显示河西走廊地区的气温在过去57 年呈显著上升趋势, 升温率是IPCC第四次报告中近50 年变暖率的两倍, 达0.27℃/10a, 并且在1986 年发生增温突变;四季气温中, 冬季气温升高对年气温上升贡献最大。河西走廊年降水量在研究时段内呈显著增加趋势, 降水增率为3.95 mm/10a, 但各个流域增加趋势并不显著;雨季降水量呈不显著的增加趋势, 其年际变化与年降水量一致, 雨季降水增量对年降水量增加贡献率大;河西走廊年降水量未发生突变, 雨季降水量在1968 年发生增加突变。河西走廊温度升高, 降水量增加, 总体向暖湿化发展, 这种变化对该地区水资源脆弱性的影响需要进一步研究。     

SRES A1B情景下德令哈盆地2016-2075年气候变化预估

利用ECHAM5/MPI-OM模式SRES A1B气候情景下预估2016-2075年间60 a的气温及降水资料,通过分析其总体趋势、年代际变化及突变特征,研究德令哈盆地未来气候的变化趋势。预估结果显示：2016-2075年,德令哈盆地气温将可能呈上升趋势,四季及年平均气温的变化总体上基本保持一致,上升幅度在3～4 ℃之间,其中夏季和全年的增温速率相对较大;降水量在未来60 a将基本保持平稳,有微弱的下降趋势,年际间变化以夏季最为显著,降水不均将易导致极端气候事件的发生;无论气温还是降水,预估未来都将有突变发生,气温将在2035年前后发生一次突变,降水量则分别在2030 s末和2040 s初各发生一次突变。     

巴音布鲁克近58a气候变化特征分析

对巴音布鲁克站点1958—2015年的月降水量、降水日数和平均气温进行集合经验模态分解得到其变化趋势，利用Mann Kendall和累计距平法诊断突变点，并采用Morlet小波和R/S法分析其周期特征和未来变化趋势。结果显示：（1） 巴音布鲁克各月降水量1月、6月和11月增多趋势显著，2月、7月和12月呈“凸”字形变化，减少趋势显著。（2） 降水日数1月和9月呈显著减少趋势，2月和6月呈显著增加趋势，3月和11月呈“凸”字形变化，5月、7月和8月呈不同幅度的“凹”字形变化。（3） 各月平均气温基本呈上升趋势，尤其以5月、7月和10月升温最显著。（4） 年降水量、年降水日数和年平均气温分别在1999年、1993年和1997年发生突变，年降水日数增多早于年降水量增多和年平均气温升高的时间，从90年代中期开始气候由干冷逐渐向暖湿转型。（5） 年降水量、年降水日数和年平均气温的主周期分别为41 a、9 a和30 a。（6） 未来年降水量将增多，年降水日数将减少，年平均气温将升高，极端降水发生的频次将增大，易引发洪涝灾害。     

东北地区未来气候变化对农业气候资源的影响

为探求未来气候变化对东北地区农业气候资源的影响,本文基于区域气候模式系统输出的东北地区IPCC AR5提出的低辐射和高辐射强迫RCP_4.5（低排放）、RCP_8.5（高排放）情景下2005-2099年气象资料,通过与东北地区1961-2010年91个气象站点观测资料同化,分析了历史资料（Baseline）、RCP_4.5、RCP_8.5情景下东北地区农业热量资源和降水资源空间分布及其变化趋势。结果表明：① 年均温度空间分布自南向北降低,未来各地区温度均有升高,RCP_8.5情景下升温更明显,Baseline情景年均温度为7.70 ℃,RCP_4.5和RCP_8.5年均温度分别为9.67 ℃、10.66 ℃;其他农业热量资源随温度变化一致,具体≥ 10 ℃初日提前3 d、4 d,初霜日推迟2 d、6 d,生长季日数延长4 d、10 d,积温增加400 ℃·d、700 ℃·d;水资源稍有增加,但不明显。② 历史增温速率为0.35 ℃/10a,未来增温速率最快为RCP_8.5情景0.48 ℃/10a,高于RCP_4.5的0.19 ℃/10a。21世纪后期,RCP_8.5增温趋势明显快于RCP_4.5,北部地区增温更加速。其他农业热量资源随温度变化趋势相一致,但具体空间分布有所不同。生长季降水总体呈增加趋势,但不显著,年际间变化较大;东部地区降水增加,西部减少。未来东北地区总体向暖湿方向发展,热量资源整体增加,但与降水的不匹配可能将会对农业生产造成不利的影响。     

基于模式优选的21世纪中国气候变化情景集合预估

未来气候变化情景预估是制定气候变化应对和适应策略的科学基础。本文利用参与耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的30个气候模式的模拟数据,通过评估各模式对历史气候变化的模拟能力,筛选出模拟区域气候变化的最优模式组合,进而建立偏最小二乘回归（PLS）集合预估模型,据此利用最优模式模拟结果预估区域温度和降水变化情景。通过与历史数据的对比,研究发现本文基于最优模式建立的PLS集合预估模型不仅优于传统的多模式集合平均,而且也优于利用全部模式建立的PLS集合预估模型,体现了模式优选过程的重要性。本文基于优选模式的PLS集合预估模型预估结果表明：① 21世纪各区域温度将持续上升,且冬半年升温速率总体大于夏半年,北方地区升温速率总体高于南方地区;RCP 4.5排放情景下温度上升先快后慢,转折点出现在21世纪中期,RCP 8.5排放情景下,呈持续增加趋势,至21世纪末的升温幅度约为RCP 4.5情景的2倍。② 21世纪各区降水变化均呈显著增加趋势,并表现出高排放情景大于低排放情景,少雨区大于多雨区的特征,但是降水增加过程伴有明显的年代际波动。对比发现,传统的等权重集合平均全部模式（EMC）方法预估的中国夏季变暖速率高于冬季,且降水基本呈线性增加,有悖于全球变暖的基本特征及中国降水具有鲜明的年代际变化特征的基本认识。因而,本文预估的温度和降水变化特征均更符合中国气候变化的基本规律。     

Impacts of future climate change on agroclimatic resources in Northeast China

In this study, the spatial distribution and changing trends of agricultural heat and precipitation resources in Northeast China were analyzed to explore the impacts of future climate changes on agroclimatic resources in the region. This research is based on the output meteorological data from the regional climate model system for Northeast China from 2005 to 2099, under low and high radiative forcing scenarios RCP4.5 (low emission scenario) and RCP8.5 (high emission scenario) as proposed in IPCC AR5. Model outputs under the baseline scenario, and RCP4.5 and RCP8.5 scenarios were assimilated with observed data from 91 meteorological stations in Northeast China from 1961 to 2010 to perform the analyses. The results indicate that: (1) The spatial distribution of temperature decreases from south to north, and the temperature is projected to increase in all regions, especially under a high emission scenario. The average annual temperature under the baseline scenario is 7.70°C, and the average annual temperatures under RCP4.5 and RCP8.5 are 9.67°C and 10.66°C, respectively. Other agricultural heat resources change in accordance with temperature changes. Specifically, the first day with temperatures ≥10°C arrives 3 to 4 d earlier, the first frost date is delayed by 2 to 6 d, and the duration of the growing season is lengthened by 4 to 10 d, and the accumulated temperature increases by 400 to 700°C·d. Water resources exhibit slight but not significant increases. (2) While the historical temperature increase rate is 0.35°C/10a, the rate of future temperature increase is the highest under the RCP8.5 scenario at 0.48°C/10a, compared to 0.19°C/10a under the RCP4.5 scenario. In the later part of this century, the trend of temperature increase is significantly faster under the RCP8.5 scenario than under the RCP4.5 scenario, with faster increases in the northern region. Other agricultural heat resources exhibit similar trends as temperature, but with different specific spatial distributions. Precipitation in the growing season generally shows an increasing but insignificant trend in the future, with relatively large yearly fluctuations. Precipitation in the eastern region is projected to increase, while a decrease is expected in the western region. The future climate in Northeast China will change towards higher temperature and humidity. The heat resource will increase globally, however its disparity with the change in precipitation may negatively affect agricultural activities.     

综合湿度和温度影响的中国未来热浪预估

地面空气湿度直接影响人体驱散热负荷的效率,持续高温高湿天气将会严重影响人体健康。基于综合考虑温度和湿度协同作用的热胁迫指数——湿球黑球温度(WBGT)指数定义热浪,利用参考时期(1986—2005年)中国824个气象站点逐日平均气温和逐日相对湿度资料以及CMIP5多模式相应模拟数据,论文定量描述了未来时期(2076—2095年)不同排放情景下(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)中国大陆地区可能遭遇的热浪事件的空间分布特征及其变化。研究结果表明：① 最有效的减排情景(RCP2.6)和高排放情景(RCP8.5)下中国大陆地区的平均热浪日数分别是参考时期的3.4倍和6.6倍,平均热浪强度(一年内所有热浪事件中日平均WBGT指数的最大值)也相对升高了1.6 ℃和4.9 ℃,未来时期RCP8.5情景下中国东部和南部地区的最高年均热浪强度甚至将达到40 ℃;② 虽然青藏高原地区的热浪强度等级低,但是未来时期热浪日数的增加幅度较为显著;③ 华南、长江中下游以及少数西南地区是综合考虑气温和湿度协同作用对人体热舒适的影响下,未来时期可能发生热浪最严重的地区,如果不考虑湿度要素的影响,那么将极有可能低估热浪在中国华南和东部等湿度较高地区的强度和影响。     

Temporal and spatial changes of temperature and precipitation in Hexi Corridor during 1955–2011

This study is focused on the northwestern part of Gansu Province, namely the Hexi Corridor. The aim is to address the question of whether any trend in the annual and monthly series of temperature and precipitation during the period 1955-2011 appears at the scale of this region. The temperature and precipitation variation and abrupt change were examined by means of linear regression, five-year moving average, non-parameter Mann-Kendall test, accumulated variance analysis and Pettitt test method. Conclusions provide evidence of warming and wetting across the Hexi Corridor. The mean annual temperature in Hexi Corridor increased significantly in recent 57 years, and the increasing rate was 0.27℃/10a. The abrupt change phenomenon of the annual temperature was detected mainly in 1986. The seasonal average temperature in this region exhibited an evident upward trend and the uptrend rate for the standard value of winter temperature indicated the largerst of four seasons. The annual precipitation in the Hexi Corridor area displayed an obviously increasing trend and the uptrend rate was 3.95 mm/10a. However, the annual precipitation in each basin of the Hexi Corridor area did not passed the significance test. The rainy season precipitation fluctuating as same as the annual one presented insignificant uptrend. No consistent abrupt change was detected in precipitation in this study area, but the rainy season precipitation abrupt change was mainly observed in 1968.     

中国生态过渡带分布的空间识别及情景模拟

在全球变化及其生态环境效应研究中,如何对生态过渡带的空间分布格局及变化情景进行空间定量识别和模拟分析,对揭示气候变化和人类活动对全球变化的响应及反馈具有指示性意义。在对HLZ模型进行修正和拓展的基础上,建立了生态过渡带类型的空间识别方法。并基于1981—2010年的全国782个气候观测站点数据,在实现全国生态过渡带类型及分布的空间识别基础上,结合3种气候情景数据CMIP5 RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5,实现了T0（1981—2010年）、T1（2011—2040年）、T2（2041—2070年）和T3（2071—2100年）4个时段内全国生态过渡带的空间分布格局及其未来情景模拟。另外,引入平均中心空间分析模型,对全国生态过渡带平均中心的时空偏移趋势进行了定量分析。结果显示：在T0~T3时段内,全国共出现41种生态过渡带类型,约占全国陆地面积的18%;冷温带草原/湿润森林与暖温带干旱森林过渡带（564238.5 km²）、冷温带湿润森林与暖温带干旱/湿润森林过渡带（566549.75 m²）、北方湿润/潮湿森林与冷温带湿润森林过渡带（525750.25 km²）是最主要的3种生态过渡带类型。面积占到全国生态过渡带总面积的35%;2010—2100年期间的冷温带荒漠灌丛与暖温带荒漠灌丛/有刺草原过渡带的增加速度最快,在3种情景RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5下,其面积将分别增加3604.2 km²/10a、10063.1 km²/10a和17242 km²/10a;寒冷型生态过渡带类型总体上呈向暖湿型过渡带类型增加的趋势;北方潮湿森林与冷温带湿润/潮湿森林过渡带的平均中心偏移幅度最大,在4个时段内整体向东北方向偏移,其偏移幅度将超过150 km。另外,随着气温的逐渐上升和降水量的增加,中国北方的生态过渡带整体呈向北偏移趋势,南方生态过渡带则逐渐减少且平均中心呈现逐渐向高海拔地区退缩的趋势,气候变化对青藏高原区生态过渡带时空格局的影响日益显著。     

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959-2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础,采用墨西哥帽小波函数,线性趋势分析以及Mann-Kendall检验法,对陕西省51 a降水的时空分布特征及趋势进行分析,揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀,降水量从北部向南部递增,呈南多北少特征,大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279 mm、563 mm、840 mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳,近51 a来,研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降,中部微弱上升的变化格局,线性倾向率分别为-5.110 mm/10 a、-3.758 mm/10 a、1.908 mm/10 a;（2）陕西省年均降水量有3～7 a,10～17 a,17～30 a周期,以中时间尺度10～17 a的少-多交替最为明显。在微观尺度上,陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度,关中和陕南的降水周期比较显著,为10～17 a,陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度,陕北的降水周期为23～30 a,关中和陕南较为相似,为18～25 a;（3）Mann-Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点,2009年以后陕西省将处于多雨期。     

全球变化下中国南海诸岛珊瑚礁热压力临时避难所研究

选取第五次耦合模式比较计划（CMIP5）模式中较适宜于南海海表面温度（SST）模拟的加拿大地球系统模式(CanESM2),并获取其在IPCC RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5温室气体排放情景下模拟的2006-2100年南海SST数据。基于南海诸岛珊瑚礁和线性回归方法分析了RCPs情景下的珊瑚礁区夏季SST上升趋势,并基于热周指数(DHW, Degree Heating Weeks)及年白化时间指数分析了RCPs情景下的南海诸岛珊瑚礁热压力临时避难所,主要得出以下结论：① RCPs情景下,明显变暖的珊瑚礁海域均为南沙群岛;② 年白化时间不晚于全球珊瑚礁平均年白化时间的珊瑚礁像元占南海诸岛总珊瑚礁像元的比例,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下分别为17%、29%和42%,均分布在南沙群岛;③ RCPs情景下,较高纬度的西沙群岛、中沙群岛和南沙群岛北部为未来南海诸岛珊瑚礁热压力临时避难所。