黄河流域未来气候-水文变化的模拟研究

将大尺度半分布式水文模型VIC应用到黄河上中游流域(花园口水文断面以上),并利用区域气候模式RegCM4.0单向嵌套全球气候模式BCC_CSM1.1,动力降尺度到黄河流域的模拟结果驱动VIC模型,开展在新的典型浓度路径下(RCP4.5和RCP8.5)黄河流域未来气候和水文变化的离线模拟。模拟结果显示,在RCP4.5和RCP8.5排放情景下,黄河流域21世纪平均地表气温相对于1971—2000年均呈显著上升趋势,2019—2048年上升1.2—1.5℃,2069—2098年上升2.19—3.9℃。未来年平均降水量有微弱的增大,2019—2048年增幅为6%左右,2069—2098年增幅为1.4%—5.6%。未来蒸发量增大明显,2069—2098年年平均蒸发量最大可增加9.6%。2019—2048年花园口水文站的年平均径流量增大3.4%—7.4%,2069—2098年年平均径流量转为减少,减幅为3.3%—5.3%。黄河上游地区未来气候和水文变化趋势与黄河流域基本一致,但未来年径流量变幅低于黄河流域,相对比较稳定。     

中、高温室气体排放情景下2069~2098年中国冬小麦气候适宜种植分区对比北大核心CSCD

基于温度、降水、光照等指标,通过利用区域气候模式所预估的分辨率为1°(纬度)×1°(经度)的未来气候预估数据,对1981~2005年的基准期和RCP4.5、RCP8.5两排放情景下2069~2098年中国热量资源以及冬小麦种植界限、理论生育期和气候适宜种植分区的空间分布特征进行了对比分析。研究主要结论为:与基准期相比,两未来气候变化情景下我国热量资源、冬小麦种植条件与气候适宜性差异显著。且相比于RCP4.5情景,在RCP8.5情景下中国2069~2098年多数地区热量资源增加、冬小麦种植北界和南界北移东扩、可种植面积扩大,多数区域理论适宜播种期推迟、理论成熟期提前、潜在生长季缩短,且潜在生长季内的光—温—水配置使得冬小麦气候适宜性有所提高。但由于冬小麦为喜凉作物,对高温胁迫非常敏感,RCP8.5情景下更多的极端高温天气和不对称增温等因素带来的负面影响很可能抵消前述光—温—水配置所带来的有利影响,从而降低冬小麦的种植适宜性。因此,未来研究工作仍应致力于减缓气候变化,以保障我国粮食生产的安全。     

京津冀平原区冬季大气环境容量变化:观测与预估

本文基于ERA5再分析数据,探究了京津冀地区冬季大气环境容量(Atmosphere Environmental Capacity,AEC)的时空变化特征以及相关影响因子。结果表明,冬季AEC在京津冀地区表现为西南部低,北部高的分布特征,其低值集中在平原区。京津冀平原区AEC变化与东亚冬季风、边界层高度、边界层内平均风速以及通风强度密切相关。东亚冬季风强、边界层高度高、边界层内平均风速大以及通风强度强,使得AEC偏高,反之亦然。进一步利用区域气候模式RegCM4对3个CMIP5全球气候模式的动力降尺度进行模拟,预估了京津冀平原区冬季AEC在RCP4.5和RCP8.5情景下的变化。结果显示,与1986—2005年相比,两种情景下京津冀平原区冬季AEC在21世纪中、末期都将下降,其中末期下降幅度高于中期、RCP8.5情景下的变化大于RCP4.5情景。上述变化与东亚冬季风减弱、东亚西风急流北移、边界层高度降低以及边界层内平均风速减小有关。     

Projection of the summer northern East Asian low under global warming in CMIP5 models

东亚夏季气候受到东北亚低压和西北太平洋副热带高压的调制,但目前对于东北亚低压,特别是其在全球变暖下的变化及其影响所知甚少。本文对比CMIP5的20个模式的历史气候模拟、RCP4.5和8.5两种未来典型浓度路径下模拟试验的结果,预估了东北亚低压在21世纪末的变化特征。结果显示预估的东北亚低压强度在21世纪末将减弱,并且在RCP8.5情景下其强度减弱更为明显;对应东北亚低压减弱,低压西侧出现异常南风,导致更多的水汽向北输送到东北亚地区,有利于未来该地区降水的增加。     

CMIP5和RegCM4.0模式对西南区域未来降水的预估

利用CMIP5全球模式数据集和RegCM4.0区域气候模式进行连续积分获得的模拟数据,对西南区域未来在RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5几种温室气体排放情景下年平均降雨、四季降水,极端降雨事件的特征及其相对历史基准期的变化进行预估。结果表明,不同RCP情景下西南区域降水都将呈持续上升趋势,3种情景下西南区域降水在2020—2050年变化特征差别较小,2050年后差别较大,RCP2.6情景下降水变化幅度最小,CMIP5和RegCM4.0模式模拟的西南区域降水变化的地理分布特征基本一致,降水的高值区都位于青藏高原东南部,横断山脉和四川中部,差异在于RegCM4.0模拟的西藏西部的降雨量级更小,而青藏高原东南部、四川中部和贵州的降雨高值区量级更大。未来近期2020—2060年和远期2061—2099年RCP4.5情景下暴雨天数显著减少的区域主要在西藏东南部(0.5~1 d),未来远期2061—2099年RCP4.5情景云南南部和贵州东部区域暴雨天数显著性增加,而RCP8.5情景下上述区域暴雨天数显著性减少。     

基于RegCM4模式的华北区域未来洪涝灾害风险预估

基于区域气候模式RegCM4东亚地区25 km分辨率气候变化试验模拟结果,在分析华北区域基准期(1986—2005年)洪涝灾害致灾危险度以及人口和GDP承灾体易损度基础上,建立区域灾害风险评估模型;应用建立的模型预估华北区域RCP4.5和RCP8.5两种情景下近期(2020—2035年)、中期(2046—2065年)和远期(2080—2098年)洪涝灾害风险的变化。结果表明：(1)RegCM4对华北区域基准期洪涝灾害危险度评估指标R_{20 mm}和R_{x5 day}模拟能力较好,基准期洪涝灾害风险Ⅲ级及以上的区域位于北京、天津、河北南部和东部以及山西南部等地。(2)RCP4.5和RCP8.5情景下,未来3个不同时期华北区域大部分地区R_{20 mm}和R_{x5 day}、洪涝致灾危险度以及风险增加,RCP8.5情景下增加更明显。风险等级Ⅲ级及以上范围在两种情景下均在中期最大。     

海南21世纪气候变化预估分析

利用RCP4.5和RCP8.5情景下区域气候模式RegCM4.0单向嵌套BCC_CSM1.1全球气候系统模式输出结果中海南岛区域的格点进行站点插值后的预估数据,分析了海南本岛21世纪气候变化情景,结果表明:21世纪海南岛总体呈变暖、变湿趋势.在RCP4.5情景下,年增暖倾向率为1.4℃/100a,在RCP8.5情景下,年增暖倾向率为3.4℃/100a.RCP4.5情景下,增温幅度最大的是冬季;RCP8.5情景下,前期增温幅度最大的是冬季,中期增温幅度最大的是夏季,后期增温幅度最大的在秋季.21世纪年降水距平百分率的变化有明显的阶段性变化.RCP4.5情景下前、后期降水增多不明显,中期增多明显;RCP8.5情景下前、后期的降水增加幅度比中期更明显.21世纪冷季降水可能减少,秋季可能更明显,冬季次之;暖季降水可能增加,夏季可能更明显.     

基于RegCM4模式的我国西南地区极端降水变化预估研究

基于5个全球气候系统模式结果驱动的高分辨率区域气候模式(RegCM4)模拟输出,系统评估了RegCM4模式对中国西南地区极端降水变化的模拟性能,并科学预估了中国西南地区极端降水的未来演变特征。结果表明,RegCM4模式能合理再现西南地区极端降水变化特征,但模拟的四川中部的湿偏差较大而四川盆地干偏差较大;进行偏差校正后,模拟性能有所提升,对西南地区极端降水模拟偏差有所减小。相较于当代气候(1986—2005年),就区域平均而言在21世纪(2021—2098年),有效降水总量(Prcptot)、强降水日数(R10 mm)、日最大降水量(Rx1day)和极端降水量(R95p)都明显增加;在RCP4.5和RCP8.5情景下,Rx1day和R95p在西南大部分地区增多,到21世纪末RCP4.5情景下增加幅度分别为16.0％和12.6％;Prcptot和R10 mm未来变化存在一定的区域差异,但Prcptot和R10 mm变化在空间上较为相似,在云南南部和四川盆地地区呈现减少趋势,其余地区增加明显;且RCP8.5高排放情景的变化幅度明显大于RCP4.5情景。     

RCPs情景下珠江流域气候变化预估分析

针对珠江流域,分析了在全球气候模式（BCC_CSM1.1）驱动下,区域气候模式RegCM4进行的中国区域气候变化模拟中,珠江流域在RCP4.5和RCP8.5温室气体排放情景下,未来2010—2099年的气候变化。结果表明,RegCM4对珠江流域气候特征具有很强的模拟能力。未来RCPS情景下珠江流域气温将持续增大。与参照时段（1980—1999年）相比,RCP4.5和RCP8.5情景下的年平均温度在2020s分别增加0.7 ℃和0.8 ℃,2050s分别增加1.0 ℃和1.6 ℃,2080s分别增加1.6 ℃和2.9 ℃。而未来年降水并未表现出显著的变化趋势,但不同情景、不同地区预估的降水呈现不同的变化趋势。RCP4.5情景下,流域降水2020s将减少4.3%,2050s和2080s将分别增加0.7%和0.1%;RCP8.5情景下,未来不同时段流域降水均呈减少趋势,2020s、2050s和2080s分别减少1.7%、2.9%和0.2%,表明降水预估具有更大的不确定性。两种排放情景下未来降水在东南沿海增加、西北部减少,变化率为±8%。此外,两种排放情景下未来珠江流域的日平均温度统计特征发生改变,揭示未来高温事件可能增加,同时,大雨级别以上的降水发生频率增加,可能导致洪涝事件增加。      

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。      

2018年西北太平洋台风活动特征和预报难点分析

利用1949—2018年中国气象局台风最佳路径、2018年中央气象台的台风路径强度实时预报、ECMWF数值预报以及NCEP逐日高分辨率海温RTG_SST(0.083°×0.083°)等资料,对2018年西北太平洋台风活动的主要特征和预报难点进行了分析。结果表明:2018年台风生成频数偏多,生成源地偏东,南海台风活跃;生成时间集中,盛夏台风异常偏多,台风群发性强,双台风或多台风共存活动频次偏多;台风生命史长,累积气旋能量偏高,超强台风偏多,但整体强度偏弱,较弱台风异常偏多;台风登陆频数和频次偏多,登陆地段偏北,且登陆台风强度明显偏弱。中央气象台24~120 h台风路径预报误差分别为72、124、179、262和388 km,各时效误差较2017年均有减少,特别是长时效路径预报误差明显减少;24~120 h台风强度预报误差分别为3.7、5.1、5.5、6.6和7.1 m·s^-1。由于双台风或多台风之间的相互作用、“鞍型场”等造成路径预报难度大以及多台风之间复杂水汽输送、近海台风强度变化不确定性大等原因,造成强度预报难度大。若采用更多观测资料、进行更深入的台风机理研究以及研发更有效的台风客观预报技术将是突破这些难点的有效途径。     

Tropical cyclones in enhanced resolution CMIP5 experiments

This study investigates the possible effects of global warming on tropical cyclone (TC) activity. The study is conducted using the coupled ocean–atmosphere global climate model EC-Earth configured at a relatively high resolution (T159 with 62 vertical levels), which is integrated following the CMIP5 protocol. By considering the late twentieth century (1979–2009) in the historical simulation and the twenty-first century end (2070–2100) in the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, significant future annual mean frequency decreases are found globally and in both hemispheres, accompanied by significant mean lifetime decreases and significant intensity increases, the latter being found through several different measures (but with caveats). In addition, the relatively novel aspect of simulating TCs of the past (1900–1930) is studied to further assess the robustness of the climate change results. These results suggest that TCs in the early twentieth century were more frequent in the southern hemisphere and dissipated more energy in the southern hemisphere and the South Indian Ocean. Although some model biases are present and the coarse model resolution prevents intense TCs in being simulated, reasonable TC simulation skill for other metrics (e.g., TC genesis, frequency of occurrence) is found when validated against present day observations. Thus the model displays an acceptable ability to connect TC climatology with the larger scale circulation.     

Climate change in the 21st century simulated by HadGEM2-AO under representative concentration pathways

We present climate responses of Representative Concentration Pathways (RCPs) using the coupled climate model HadGEM2-AO for the Coupled Model Intercomparison Project phase 5 (CMIP5). The RCPs are selected as standard scenarios for the IPCC Fifth Assessment Report and these scenarios include time paths for emissions and concentrations of greenhouse gas and aerosols and land-use/land cover. The global average warming and precipitation increases for the last 20 years of the 21st century relative to the period 1986-2005 are +1.1°C/+2.1% for RCP2.6, +2.4°C/+4.0% for RCP4.5, +2.5°C/+3.3% for RCP6.0 and +4.1°C/+4.6% for RCP8.5, respectively. The climate response on RCP 2.6 scenario meets the UN Copenhagen Accord to limit global warming within two degrees at the end of 21st century, the mitigation effect is about 3°C between RCP2.6 and RCP8.5. The projected precipitation changes over the 21st century are expected to increase in tropical regions and at high latitudes, and decrease in subtropical regions associated with projected poleward expansions of the Hadley cell. Total soil moisture change is projected to decrease in northern hemisphere high latitudes and increase in central Africa and Asia whereas near-surface soil moisture tends to decrease in most areas according to the warming and evaporation increase. The trend and magnitude of future climate extremes are also projected to increase in proportion to radiative forcing of RCPs. For RCP 8.5, at the end of the summer season the Arctic is projected to be free of sea ice.     

Projection of the Future Changes in Tropical Cyclone Activity Affecting East Asia over the Western North Pacific Based on Multi-RegCM4 Simulations

Future changes in tropical cyclone(TC)activity over the western North Pacific(WNP)under the representative concentration pathway RCP4.5 are investigated based on a set of 21 st century climate change simulations over East Asia with the regional climate model RegCM4 driven by five global models.The RegCM4 reproduces the major features of the observed TC activity over the region in the present-day period of 1986-2005,although with the underestimation of the number of TC genesis and intensity.A low number of TCs making landfall over China is also simulated.By the end of the 21st century(2079-98),the annual mean frequency of TC genesis and occurrence is projected to increase over the WNP by16%and 10%,respectively.The increase in frequency of TC occurrence is in good agreement among the simulations,with the largest increase over the ocean surrounding Taiwan Island and to the south of Japan.The TCs tend to be stronger in the future compared to the present-day period of 1986-2005,with a large increase in the frequency of strong TCs.In addition,more TCs landings are projected over most of the China coast,with an increase of~18%over the whole Chinese territory.     

CMIP5模式对未来升温情景下全球陆地生态系统净初级生产力变化的预估

针对《巴黎协定》提出的温控目标,利用耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）模式在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下的模拟结果,初步分析了全球升温情景下陆地生态系统净初级生产力（NPP）相对于参考时段（1986—2005年）的变化,重点分析了1.5℃和2℃升温时NPP相对于参考时段的变化量,并探讨了大气CO₂浓度、气温、降水和辐射的变化及其对NPP变化的影响。CMIP5基于各典型浓度路径模拟的全球陆地生态系统NPP均呈增加趋势,且NPP增加量与升温幅度成正比。在相同的升温幅度下,基于各典型浓度路径模拟的各环境因子和NPP的变化量较为一致。陆地生态系统NPP总量增加主要由大气CO₂浓度上升驱动,其他环境因子的影响相对较弱。中国东南部、非洲中部、美国东南部和亚马孙雨林西部地区NPP增加最明显。NPP变化量的空间格局主要由大气CO₂浓度增加和升温控制,降水和辐射的影响相对较小。具体而言,大气CO₂浓度上升对中低纬度的NPP变化贡献最大,对北方高纬度地区NPP变化贡献较小。温度上升有利于促进北方高纬度地区和青藏高原地区NPP,但对中低纬度地区的NPP有较强的抑制作用。鉴于既有典型浓度路径和地球系统模型的限制,本文对未来升温情景下陆地生态系统NPP的预估仍存在较大的不确定性,需要在未来的研究中进一步改进。     

Projections of the advance in the start of the growing season during the 21st century based on CMIP5 simulations

It is well-known that global warming due to anthropogenic atmospheric greenhouse effects advanced the start of the vegetation growing season(SOS) across the globe during the 20 th century. Projections of further changes in the SOS for the 21 st century under certain emissions scenarios(Representative Concentration Pathways, RCPs) are useful for improving understanding of the consequences of global warming. In this study, we first evaluate a linear relationship between the SOS(defined using the normalized difference vegetation index) and the April temperature for most land areas of the Northern Hemisphere for 1982–2008. Based on this relationship and the ensemble projection of April temperature under RCPs from the latest state-of-the-art global coupled climate models, we show the possible changes in the SOS for most of the land areas of the Northern Hemisphere during the 21 st century. By around 2040–59, the SOS will have advanced by-4.7 days under RCP2.6,-8.4 days under RCP4.5, and-10.1 days under RCP8.5, relative to 1985–2004. By 2080–99, it will have advanced by-4.3 days under RCP2.6,-11.3 days under RCP4.5, and-21.6 days under RCP8.5. The geographic pattern of SOS advance is considerably dependent on that of the temperature sensitivity of the SOS. The larger the temperature sensitivity,the larger the date-shift-rate of the SOS.     

气候系统模式FGOALS-s2对南半球气候的模拟和预估

针对参加“国际耦合模式比较计划”(CMIP5)的IAP/LASG气候系统模式FGOALS-s2,评估了其对南半球气候平均态的模拟能力,在此基础上,预估了未来不同“典型浓度路径”(RCPs)情景下南半球气候的变化特征.对20世纪历史气候模拟结果的分析表明,模式能够合理再现南半球大气环流气候态分布特征,包括6～8月平均(JJA)南半球双西风急流现象,只是模拟的北支急流偏弱、南支急流偏强.未来气候预估试验中,不同RCPs情景下南半球温度变化以增暖为主要特征,陆地增温大于海洋,只有南大西洋—印度洋海盆存在局部变冷.综合四种不同情景,未来随着温室气体浓度的增加,南半球中纬度高压带将显著加强,绕极低压带将加深.降水呈现出增多的特征,12月到来年2月平均(DJF)强于JJA,海洋强于陆地,只有南印度洋和南太平洋中部局部降水减少.未来不同RCPs情景下,马斯克林高压表现出先减弱后增强的特征,而澳大利亚高压则呈现出先增强后减弱的特征.南极涛动(AAO)的变化表现为:RCP2.6和RCP4.5情景下AAO都表现为先增强后减弱,RCP6.0和RCP8.5情景下都为一致的增强趋势,这主要与四种情景中模拟的未来温度变化结构不同有关.例如在RCP6.0和RCP8.5情景下,南半球高纬高层温度增暖趋势小于中纬地区,使得经向温度梯度增大,中纬度西风加强,60°S以南位势高度减小,最终令AAO增强.     

未来气候变化背景下我国橡胶树寒害事件的变化特征

利用1981—2010年历史气象数据和2031—2060年（RCP2.6和RCP8.5）气候情景数据,根据橡胶寒害等级指标,结合插值分析、提取分析和地图代数等空间分析方法,研究在未来气候情景下我国橡胶树寒害事件的变化特征。结果表明：(1) RCP2.6和RCP8.5气候情景下2031—2060年我国橡胶种植适宜区基本呈现寒害发生降低的趋势,其中次适宜区（III）和局部可植区（IV）的降低幅度较为明显,有向高一等级适宜区转化的趋势。(2)我国橡胶树寒害中心的纬度,由1981—2010年的22.5°~23.5°N向北移动至2031—2060年RCP2.6情景下的24.0°~24.5°N和RCP8.5情景下的23.5°~24.0°N。(3) 2种气候情景下,2031—2060年我国海南、广西、广东、福建等植胶区橡胶树寒害发生概率（较基准时段1981—2010年）主要呈现降低趋势,云南植胶区在2种气候情景下有明显的差异,表现为RCP2.6情景下,轻度和特重寒害呈现降低趋势,中度和重度寒害呈现增加趋势;RCP8.5情景下,轻度和重度寒害呈现降低趋势,中度和特重寒害呈现增加趋势。(4)对比2种气候情景较基准时段的变化情况,RCP2.6情景对橡胶树轻度和特重寒害影响较大,RCP8.5情景对橡胶树中度和重度寒害影响较大。     

近58年来登陆中国热带气旋气候变化特征

利用1949-2006年<台风年鉴>和<热带气旋年鉴>资料,主要分析了1949-2006年登陆中国热带气旋的频数、登陆位置、登陆季节延续期和登陆强度等要素及其概率分布的年际和年代际变化特征.结果表明:近58年来,登陆中国热带气旋年频数有减少趋势,但登陆时达台风强度的年频数变化不明显;按登陆地点分区统计发现,登陆华南地区的热带低压及(强)热带风暴年频数以减少为主,而登陆东部地区的热带气旋年频数变化不明显.登陆点历年最北位置(最南位置)有南移(弱的北移)趋势,导致登陆点历年南北最大纬度差逐渐减小,这表明热带气旋登陆区域更为集中,在23°-35°N增多,而在35°N以北和23°N以南以减少为主.登陆中国热带气旋季节延续期缩短了近1个月.热带气旋年平均登陆强度及其概率分布偏度有增加趋势,表明登陆的强台风有增加;登陆中国华南和东部地区的台风强度都有增强趋势,前者比后者趋势更明显.另外,热带气旋年最大登陆强度差长期呈现减小的趋势.