全球山地冰冻圈变化、影响与适应

冰冻圈是高山地区不可或缺的重要组成部分,居住着全球约10%的人口。近几十年来,冰冻圈变化对山区和周围地区的自然和人类系统产生了广泛而深远的影响,对海洋也发挥着重要作用。IPCC最新发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC）指出,过去几十年全球高山区气温显著升高,使山地冰冻圈发生了大范围显著退缩。观测到的山地（特别是低海拔山区）积雪期缩短、雪深和积雪覆盖范围减小;冰川物质持续亏损,其中全球最大的冰川负物质平衡出现在南安第斯山、高加索山和欧洲中部,亚洲高山区冰川负物质平衡最小;多年冻土温度升高、厚度减薄,地下冰储量减少;河、湖冰持续时间缩短。随着气候持续变暖,山地冰冻圈在21世纪仍将呈继续退缩状态。到21世纪末,低海拔山区积雪深度和积雪期将减少,冰川物质损失继续增加,多年冻土持续退化。冰冻圈变化已经或将改变山地灾害发生频率和强度,并对水资源、生态系统和经济社会系统产生重要影响。应对山地冰冻圈变化应从管理和优化利用冰冻圈资源、加强冰冻圈变化灾害风险的有效治理、增强国际合作及公约制定等适应策略着手开展,增强适应能力,从而有益于推动山地生态系统和经济社会系统可持续发展。     

Increased population exposure to precipitation extremes in China under global warming scenarios

极端降水(暴雨)是我国最为主要的自然灾害之一,每年均造成巨大经济损失和人员伤亡。现有预估研究表明,未来全球持续增暖使得我国极端降水发生频次显著增加,强度增强。那么,未来极端降水增加会对社会,尤其是人们生活造成多大影响?围绕这个问题,本研究基于多个高分辨率区域气候模式模拟和人口数据,分析了未来我国极端降水人口暴露度的可能变化。结果指出,在RCP4.5-SSP2情景下,到了21世纪末,虽然预估的我国人口数量大幅减少,但极端降水人口暴露度却显著增加,相对当前气候增加了约21.6%,其中东部地区是增加最为显著的区域。进一步研究发现,人口暴露度的增加不依赖于情景的选择,但高排放情景增加幅度更大,而且增加主要是由于气候变化的贡献。     

7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

利用中国区域550个站点1961～2000年日降水量资料, 考察参与政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下(20C3M)5个极端降水指数的模拟能力, 同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估, 结果表明: 最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势, 且模式集合模拟能力优于大部分单个模式, 但在青藏高原东侧、 高原南部存在虚假的极端降水高值区, 模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低, 区域平均序列年际变率的模拟能力也较低。中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势, 极端降水强度可能增强, 干旱也将加重, 且变化幅度与排放强度成正比。     

“一带一路”区域未来气候变化预估

利用耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)提供的18个全球气候模式的模拟结果,预估了3种典型浓度路径(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)下“一带一路”地区平均气候和极端气候的未来变化趋势。结果表明:在温室气体持续排放情景下,“一带一路”地区年平均气温在未来将会持续上升,升温幅度随温室气体浓度的增加而加大。在高温室气体排放情景(RCP8.5)下,到21世纪末期,平均气温将普遍升高5℃以上,其中北亚地区升幅最大,南亚和东南亚地区升幅最小。对于降水的变化,预估该区域大部分地区的年降水量将增加,其中西亚和北亚增加最为明显,而且在21世纪中期,RCP2.6情景下的增幅要比RCP4.5和RCP8.5情景下的偏大,而在21世纪后期,RCP8.5情景下降水的增幅比RCP2.6和RCP4.5情景下的偏大。未来极端温度也将呈升高的趋势,增温幅度高纬度地区大于低纬度地区、高排放情景大于低排放情景。而且在高纬度区域,极端低温的增暖幅度要大于极端高温的增幅。连续干旱日数在北亚和东亚总体呈现减少趋势,而在其他地区则呈增加趋势。极端强降水在“一带一路”区域总体上将增强,增强最明显的地区位于南亚、东南亚和东亚。     

青藏高原及铁路沿线未来50年气候变化的模拟分析

利用由IPCC数据分发中心（DDC）提供的5个全球海气耦合模式（包括海冰与陆地生态系统）（CCCma,CCSR,CSIRO,GFDL,Hadley）气温及降水的模拟结果,对温室气体排放情景SRES-A2和B2影响下,青藏高原及铁路沿线未来50年气温和降水的变化进行了分析,包括整个青藏高原地区2011-2040年,2041-2070年的温度和降水空间分布特征以及21世纪前50年温度和降水变化的线性倾向等,结果表明：在人类活动引起的温室气体不断增加的情况下,21世纪青藏高原地区的温度将继续增加,在B2排放情景下,2011～2040年年平均温度增暖在高原主体达到1．6℃;20412070年,整个青藏高原的温度将上升2．8～3．0℃,A2排放情景下的升温幅度比B2排放情景下略高。对青藏铁路沿线地区各站A2和B2两种排放情景下,每10年平均的温度分析表明,在A2排放情景下,到2050年前后青藏铁路沿线各站的温度增加将是2010年时的2～3倍左右,A2时在2．56～2．96℃之间,B2时在2．37～2．65℃之间。对21世纪前50年整个青藏高原地区温度变化的线性倾向的空间分布的分析可知,在A2排放情景下,大部分都在1.5～2．5℃／50a,冬季大部分地区的变暖倾向都在2．0℃／50a以上,有些地区达到2．5℃／50a以上,夏季在2℃／50a左右;B2时青藏高原地区温度变化倾向的分布趋势与A2时基本一致,只是变化的数值偏低约0．5℃。对21世纪青藏高原地区降水变化的预估结果表明,与温度不同,在两种不同的排放情景下,降水的变化较为复杂。总体来说,21世纪前50年青藏高原大部分地区的降水为增加趋势。     

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。      

全球增暖1.5/2℃下中国区域极端降水的风险变化及其影响因子

利用24个CMIP6全球气候模式的逐日降水模拟资料,基于广义极值分布（GEV）模型,研究了全球增暖1.5/2℃下我国20、50和100 a重现期极端降水的未来风险变化。可以发现,相对于历史时期（1995—2014年）,全球升温1.5和2℃下极端降水发生概率风险空间分布相近,总体上呈现增加趋势,但额外增暖0.5℃将导致更高的风险。如50 a重现期极端降水,在增暖1.5/2℃下其重现期将分别变为17/14 a,极端降水将变得更加频繁。不同区域对气候变暖的响应存在区域差异,其中中国西部长江黄河中上游和青藏高原地区、中国东部长江黄河中下游及其以南地区,极端降水发生概率比达到3以上,局部更是达到5以上,为我国极端降水气候变化响应高敏感区域。进一步,基于概率分布函数从理论角度探讨了位置和尺度参数对发生概率风险的影响与贡献度量,并用于探讨极端降水气候平均态和变率变化对极端降水发生风险的影响,结果显示：位置和尺度参数的增量变化、风险变化率存在着显著的东西部差异,从而导致极端降水发生风险的影响因素存在差异。如中国西部尽管极端降水气候平均态和变率变化幅度不大,但因风险变化率较高,从而导致该区域的发生风险大幅增加;与之相反,中国东部风险变化率较小,但气候平均态和年际变率增幅较大,同样导致该区域风险增加依然较高;此外,相对于位置参数,全国大部分区域主要是尺度参数的变化导致极端降水未来风险增大。     

青藏高原未来30～50年A1B情景下气候变化预估

基于政府间气候变化委员会第四次评估报告(IPCC-AR4)所采用的20个气候模式在未来大气温室气体中等排放情景(A1B)下模拟结果的集合平均以及一个全球气候模式模拟输出驱动下的动力降尺度(downscaling)分析结果,对青藏高原地区未来30～50年的气候变化趋势进行了预估研究.结果表明,从2030-2049年相对于1980-1999年气候平均值的变化来看,青藏高原大部分地区年平均地面气温的升温幅度在1.4～2.2℃之间,高海拔地区的增温一般更为显著,西藏西部的冬季增暖将达到2.4℃以上.降水量的变化相对较小,青藏高原大部分地区和全年多数季节降水可能增加,但未来30～50年青藏高原地区降水率增量通常不超过5%.考虑到未来大气温室气体排放程度、多模式集合预估以及区域尺度气候模拟等多方面均可能存在不确定性,这里给出的青藏高原未来气候变化预估结果应适时检验和修正.     

气候变化的归因与预估模拟研究

本文总结了近五年来中国科学院大气物理研究所在气候变暖的归因模拟与预估研究上的主要进展。研究表明,利用海温、太阳辐射和温室气体等实际强迫因子驱动大气环流模式,能够较为合理地模拟全球平均地表气温在20世纪的演变,但是难以模拟出包括北大西洋涛动／北极涛动和南极涛动在内的高纬度环流的长期变化趋势。利用温室气体和硫酸盐气溶胶等“历史资料”驱动气候系统模式,能够较好地模拟出20世纪后期的全球增暖,但如果要再现20世纪前期(1940年代)的变暖,还需同时考虑太阳辐射等自然外强迫因子。20世纪中国气温演变的耦合模式模拟技巧,较之全球平均情况要低;中国气候在1920年代的变暖机理目前尚不清楚。对于近50年中国东部地区“南冷北暖”、“南涝北旱”的气候变化,基于大气环流模式特别是区域气候模式的数值试验表明,夏季硫酸盐气溶胶的负辐射效应超过了温室气体的增暖效应,从而对变冷产生贡献。但现有的数值模拟证据,不足以说明气溶胶增加对“南涝北旱”型降水异常有贡献。20世纪中期以来,青藏高原主体存在明显增温趋势,温室气体浓度的增加对这种增暖有显著贡献。多模式集合预估的未来气候变化表明,21世纪全球平均温度将继续增暖,增温幅度因不同排放情景而异;中国大陆年均表面气温的增暖与全球同步,但增幅在东北、西部和华中地区较大,冬季升温幅度高于夏季、日最低温度升幅要强于日最高温度;全球增暖有可能对我国中东部植被的地理分布产生影响。伴随温室气体增加所导致的夏季平均温度升高,极端温度事件增多;在更暖的气候背景下,中国大部分地区总降水将增多,极端降水强度加大且更频繁发生,极端降水占总降水的比例也将增大。全球增暖有可能令大洋热盐环流减弱,但是减弱的幅度因模式而异。全球增暖可能不是导致北太平洋副热带－热带经圈环流自20世纪70年代以来变弱的原因。文章同时指出了模式预估结果中存在的不确定性。     

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。     

Climate change in mountains: a review of elevation-dependent warming and its possible causes

Available observations suggest that some mountain regions are experiencing seasonal warming rates that are greater than the global land average. There is also evidence from observational and modeling studies for an elevation-dependent climate response within some mountain regions. Our understanding of climate change in mountains, however, remains challenging owing to inadequacies in observations and models. In fact, it is still uncertain whether mountainous regions generally are warming at a different rate than the rest of the global land surface, or whether elevation-based sensitivities in warming rates are prevalent within mountains. We review studies of four high mountain regions – the Swiss Alps, the Colorado Rocky Mountains, the Tibetan Plateau/Himalayas, and the Tropical Andes – to examine questions related to the sensitivity of climate change to surface elevation. We explore processes that could lead to enhanced warming within mountain regions and possible mechanisms that can produce altitudinal gradients in warming rates on different time scales. A conclusive understanding of these responses will continue to elude us in the absence of a more comprehensive network of climate monitoring in mountains.     

Recent advances in mountain climate research

The paper provides a brief overview of recent advances in selected areas of mountain climate research. It addresses the contrasting vertical precipitation gradients in the Alps and in central Asia, snow line in the Alps, orographic precipitation in North America, the Mesoscale Alpine Programme wind studies, automatic weather stations in mountains, satellite remote sensing of glacier changes, and temperature change at high elevations. The evidence for altitudinal differences in the temperature response to recent warming is discussed.     

近30a青藏高原气候与冰川变化中的两种特殊现象

近30 a全球强烈变暖,水循环加快,冰川也加剧退缩。青藏高原以其特殊的地理位置与下垫面,既对全球变暖有正常的反应,也出现了异常特殊现象。这种特殊现象已发现两处：1) 青藏高原北部偏西冰芯记录降温0.6℃,相应的冰川退缩微弱,融水径流降低;2) 青藏高原东南部以岗日嘎布山区为代表,出现较多的冰川前进,可能指示降水量有较大的增加。上述事实指示气候变化与冰川响应的复杂性。     

Changing inland lakes responding to climate warming in Northeastern Tibetan Plateau

The main portion of Tibetan Plateau has experienced statistically significant warming over the past 50 years, especially in cold seasons. This paper aims to identify and characterize the dynamics of inland lakes that located in the hinterland of Tibetan Plateau responding to climate change. We compared satellite imageries in late 1970s and early 1990s with recent to inventory and track changes in lakes after three decades of rising temperatures in the region. It showed warm and dry trend in climate with significant accelerated increasing annual mean temperature over the last 30 years, however, decreasing periodically annual precipitation and no obvious trend in potential evapotranspiration during the same period. Our analysis indicated widespread declines in inland lake??s abundance and area in the whole origin of the Yellow River and southeastern origin of the Yangtze River. In contrast, the western and northern origin of the Yangtze River revealed completely reverse change. The regional lake surface area decreased by 11,499 ha or 1.72% from the late 1970s to the early 1990s, and increased by 6,866 ha or 1.04% from the early 1990s to 2004. Shrinking inland lakes may become a common feature in the discontinuous permafrost regions as a consequence of warming climate and thawing permafrost. Furthermore, obvious expanding were found in continuous permafrost regions due to climate warming and glacier retreating. The results may provide information for the scientific recognition of the responding events to the climate change recorded by the inland lakes.     

A PRELIMINARY STUDY OF SNOW MASS VARIATIONS IN CHINA OVER THE PAST 30 YEARS*

Daily snow data for 2300 climate stations covering the period from 1951 through 1980 have been used to monitor and diagnose secular variations,year-to-year fluctuations,and the spatial characteristics of snow variation trends in China.An examination of time series reveals that there is a strong teleconnction to ENSO,to major volcanic eruptions,as well as to the CO₂-induced warming.The country-wide snow mass variations are positively correlated with global mean temperature,increasing during the current warming period and decreasing during the recent cooling period prior to the mid 1960s.A synchronous relationship exists between El Nino/Southern Oscillation and snowy winter in China.The year-to-year snow fluctuations seem to be generally out of phase with volcanic activity.The anomaly map shows that snow mass increased in high altitudes and moist regions,while it decreased in arid lowland and the southern boundary zone during the warming period.The potential CO₂-induced changes in snow mass will further aggravate the regional differentiation between high mountains and lowlands,between moist and arid regions.The number of snow cover days will decrease in the northern lowlands,and snowfall will increase in the Qinghai-Xizang Plateau,high mountains,and the lower reaches of the Changjiang(Yangtze) River.     

青藏高原近60年来气候变化及其环境影响研究进展

作为全球能量水分循环的关键区域,青藏高原(下称高原)气候变化对高原及周边地区气候与环境变化具有重要影响.本文从高原表面增暖、辐射变化、降水的多尺度变率、表面风速及环境变化方面回顾了高原近60年来气候变化及其环境效应与物理机制的研究进展,并基于再分析和台站观测资料讨论了近10余年来高原表面温度和风速变化的特征及原因.最后...     

A PRELIMINARY STUDY OF SNOW MASS VARIATIONS IN CHINA OVER THE PAST 30 YEARS

Daily snow data for 2300 climate stations covering the period from 1951 through 1980 have been used to monitorand diagnose secular variations,year-to-year fluctuations,and the spatial characteristics of snow variation trends inChina.An examination of time series reveals that there is a strong teleconnction to ENSO,to major volcanic eruptions,as well as to the CO_2-induced warming.The country-wide snow mass variations are positively correlated with globalmean temperature,increasing during the current warming period and decreasing during the recent cooling period priorto the mid 1960s.A synchronous relationship exists between El Nino/Southern Oscillation and snowy winter in China.The year-to-year snow fluctuations seem to be generally out of phase with volcanic activity.The anomaly map showsthat snow mass increased in high altitudes and moist regions,while it decreased in arid lowland and the southern bounda-ry zone during the warming period.The potential CO_2-induced changes in snow mass will further aggravate the regionaldifferentiation between high mountains and lowlands,between moist and arid regions.The number of snow cover dayswill decrease in the northern lowlands,and snowfall will increase in the Qinghai-Xizang Plateau,high mountains,andthe lower reaches of the Changjiang(Yangtze)River.     

全球升温1.5℃时北半球多年冻土及雪水当量的响应及其变化

本文基于耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）的17个全球气候模式,确定了1.5℃温升（相对于1861-1880年）的发生时间,预估了全球升温1.5℃时,北半球冻土和积雪的变化,并对预估结果的不确定性进行了讨论。结果表明,全球平均地表温度在3种排放情景下（RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5）分别于2027、2026、2023年达到1.5℃阈值。当全球升温1.5℃,北半球多年冻土南界北移1°～3.5°,冻土退化主要发生在中西伯利亚南部。多年冻土面积在全球升温1.5℃时,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下较1986-2005年分别减少约3.43×10⁶ km²（21.12%)、3.91×10⁶ km²（24.10%）和4.15×10⁶ km²（25.55%);北半球超过一半以上的区域雪水当量减少,只在中西伯利亚地区略微增加;北美洲中部、欧洲西部以及俄罗斯西北部减少较显著,减少约40%以上。青藏高原多年冻土面积在RCP2.6、RCP4.5以及RCP8.5排放情景下分别减少0.15×10⁶ km²（7.28%)、0.18×10⁶ km²（8.74%）和0.17×10⁶ km²（8.25%)。青藏高原冬、春季雪水当量分别减少约14.9%和13.8%。     

IPCC《全球1.5℃增暖特别报告》冰冻圈变化及其影响解读

在气候系统五大圈层中,冰冻圈对气候变化高度敏感,近几十年来气候变暖已引起全球冰川、冻土、积雪和海冰等冰冻圈要素加速退缩,进而对区域水资源、生态环境、社会经济发展和人类福祉产生了深远影响。2018年10月,IPCC在韩国仁川公布了《全球1.5℃增暖特别报告》（SR1.5）。报告较系统地呈现了关于全球1.5℃温升目标的基本科学认知,并探讨了可持续发展及消除贫困目标下加强全球响应的路径。在冰冻圈相关内容方面,报告呈现了有关全球1.5℃和2℃温升下冰冻圈（主要是海冰和多年冻土）变化及其对大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和人类圈影响的一些亮点结论,还关注了全球1.5℃和2℃温升下冰冻圈相关的气候变化热点（区）和地球系统临界因素。报告指出,随着温度不断升高,冰冻圈及其相关要素和热点（区）面临的风险将不断增加,但将全球温升控制在1.5℃而不是2℃或更高时的风险将大大降低。