城市地表特征对京津冀地区夏季降水的影响研究

本文利用京津冀地区24个气象站的日降水资料和耦合有单层城市冠层模式(SLUCM)的中尺度数值模式WRF的模拟结果,研究了城市地表特征对京津冀地区夏季降水的影响。结果表明,在京津冀城市面积迅速增长的近三十年(1981~2010),该地区大部分站点的降水量都呈现减少的趋势,减少最明显的站点主要集中在京津唐城市区域,其中≥50 mm的降水量减少趋势占总降水量减少趋势的50%以上。城市扩张可能是造成京津冀降水时空格局改变的因素之一。通过对比分析控制试验与敏感性试验的模拟结果,发现城市化引起的地表特征的改变使北京、天津、唐山主要城市地区的降水量和降水频次都有明显减少,而城市群下风向的降水量和降水强度则明显增加和增强,其中50 mm以上等级的降水量变化最为显著,贡献率在60%以上。城市地表特征使北京、天津和唐山地区50 mm以上等级降水量的百分比下降了6%~20%,下风向地区增加了8%。城市地表特征也影响了主要城市和城市群下风向地区降水量的日变化结构,使北京和唐山几乎所有时段的降水量都有所减少,而城市群下风向降水量的增加主要发生在白天。研究发现城市地表特征对深对流的抑制(加强)可能是造成京津冀地区降水减少(增多)的重要原因,而由于城市地表蒸发量的改变引起的潜热通量和对流有效位能的改变则可能是引起深对流变化的重要因素。     

祖厉河流域近50a降水变化及典型人类活动对降水的影响

对祖厉河流域近50 a 降水资料的分析结果表明:祖厉河主流域区等降水量线纬向分布特征明显,降水量随纬度增高而减少;在流域南部和东北部高度差大的地方,降水量随高度增高而增加;受地形影响,祖厉河中下游有一条干舌自西北向东南伸到流域东部边缘,与周边区域相比,干舌区降水偏少90～140 mm.近50 a祖厉河流域降水显著减少,区域平均减少106.4 mm.小波分析表明,25 a以上和10 a左右的降水变化周期很明显,目前处于偏少期;区域平均降水量从20世纪60年代后期开始减少,1986年发生了突变,之后迅速减少.流域内降水季节分配很不均匀,夏季降水最多,占年降水的55%,春、秋季均占年降水的21%,冬季占年降水的3%;春、夏季降水减少不显著,秋季降水减少显著,但进入本世纪,秋雨开始增多,冬季降水有不显著的增多趋势.中下游过度垦殖及河流源头过多的小水利工程等人类活动造成地表状况变化,降水有加剧减少的迹象;流域外大量调水虽然对降水不足有相当的补偿作用,但地表调水显然没有使流域内的天然降水量增加;地表植被增加和人类活动对地表影响较小的区域降水减少比较缓慢.     

MODIS反照率产品在模拟黄河源区陆面过程和降水中的应用

地表反照率是陆面过程中一个重要的物理量, 其变化直接影响地表能量的收支状况, 进而可以影响气温和降水等其它气象要素。本文利用WRF (Weather Research and Forecasting) 模式, 通过两组数值模拟试验分别探讨了地表反照率改变在黄河源区不同下垫面情况下潜热、 感热的分配关系, 详细分析了地表反照率改变对降水变化的影响机制, 最后应用EOS/MODIS地表反照率产品替代原模式低时空分辨率的地表反照率。研究结果表明: (1)当地表反照率减少(增加)时, 模拟的区域平均地表温度、感热、潜热数值相应增大(减少)。当地表反照率减少0.1时, 地表温度上升约1.0 K, 感热和潜热量增量比约为3∶1。 (2) 地表反照率改变对降水量变化影响最大的区域是黄河源区下游的草场区域, 其次是黄河源头区域, 最小的是黄河源区北部的稀疏植被区域。地表反照率通过对大气动力、 热力以及水汽条件的影响, 使得降水发生的环境改变, 主要体现在: 当地表反照率减少时, 地表气压的减少使得大气低层的辐合气流增强, 有利于上升运动的发生; 2.0 m气温的升高增强了大气近地层的热力不稳定度; 2.0 m比湿的增加表明近地层空气水汽含量增加。 (3) 与实况对比分析发现, 使用卫星遥感产品后在月尺度上能够更准确地模拟降水量的变化过程。     

青藏高原与中国其他地区气候突变时间的比较

基于1961～2006年中国地面观测气温和降水资料,对青藏高原地区以及中国其他6个地区地表气温、降水的变化趋势和突变时间进行了检测和比较。结果发现,(1)地表气温:1961～2006年青藏高原地区年和四季的地表气温都呈增加趋势。年平均地表气温在20世纪80年代中期开始变暖,但显著快速增暖的突变发生在90年代中期,该时间比东北、华北、西北和淮河地区晚,与长江中下游和华南地区接近,不同季节青藏高原地区与其他地区变暖突变时间的差别也各有不同,但所有季节快速变暖突变的时间都比东北地区晚,中国东部陆地地区年和冬季平均地表气温表现出北早南晚的经向差异;(2)降水:1961～2006年青藏高原地区年降水量没有检测到显著的变化趋势,冬春降水量显著增加,而夏季降水有微弱的减少,秋季降水显著减少。降水突变的信号明显比温度突变的信号弱,年降水量和春季降水都没有检测到突变的发生,降水突变方向(增或减)和突变时间在区域与区域之间以及不同季节之间都存在较大差异。由上可见,青藏高原气候的显著快速变化比中国东部长江以北地区有明显的滞后现象,尤其是冬春温度变化,这可能是由于青藏高原地区积雪增加导致的反照率增加和冰川融化吸热对青藏高原变暖的减弱作用所致。     

浚县35年降水气候特征分析

利用浚县1963－1997年降水资料，分析了浚县35年来年降水量以及春、夏、秋、冬降水量变化特征，结果表明：年降水量呈减少趋势；春季降水有增加趋势且降水百分率呈波动增加趋势，夏季降水减少、降水百分率呈波动变化且较稳定，秋季降水减少且降水百分率波动较大，冬季降水有增加趋势且降水百分率波动不大。     

青海省近40年雨日、雨强气候变化特征

本文利用青海26个代表1961～2002年逐日雨量资料和青海东部地区10个站1981～2001年降水自记资料，分析近40a来青海雨日、雨强气候变化特征。结果表明：青海近年来虽然夏半年降水量和雨日在减少，但降水强度在增大。夏半年降水量的减少主要是降水日数的减少造成的；而冬半年降水量的明显增加是由于降雪日数增多和每次降水日平均雨量的增大造成的。近20a来十分钟、一小时最大降水的强度在明显增加。同时90年代夜间出现强降水的机率多于80年代，白天则少于80年代。因此从降水的强度变化和强降水出现时间变化来看，今后防止洪涝灾害的任务将更加艰巨。     

湟水河流域水资源变化特征及其对气候的响应

利用1961-2005年湟水河流域9个气象台站气温、降水等地面观测资料及湟水河(民和)流量资料,研究湟水河流域气候变化及其对地表水资源的影响,结果表明:湟水河流域2001-2005年比最冷的60年代四季平均气温分别偏高0.7～2.5℃,冬季增温比较显著;年降水量总体变化趋势是中游地区缓慢增加,而上游和下游地区则缓慢减少,流域内年平均降水量呈减少趋势,2001-2005年比最多的60年代平均偏少12.9mm;四季地表蒸发量均在增加,夏秋季大于其它季节;湟水河年平均流量以3.0m3/s的速率减少,20世纪90年代以来减少幅度最大,夏秋季降水多寡是造成流量减少的直接原因。     

近45年来河北省极端降水事件的变化研究

利用河北省1961-2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45年河北省极端降水事件频率变化的时空特征.结果表明,全省平均年最大日降水量呈下降趋势,1980年为由多向少的转折点;强降水日数和暴雨日数变化不大,但南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,暴雨日数和强度在1990年代中后期显著增加;降水日数有较明显减少,南部和东南部平原减少更显著;降水日数的减少主要是中、小雨(雪)日数减少造成的.这些结果说明,河北省强降水日数和暴雨日数在降水日数中的比重有增大趋势,强降水量和暴雨降水量在总降水量中的比重可能增加了.这种相对增加趋势主要发生在1990年代中期以后.     

1961—2010年我国夏季总降水和极端降水的变化

利用1961—2010年我国753站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近50年我国夏季降水的变化,包括夏季总降水量、极端降水量和极端降水频次的变化。结果表明,夏季总降水量和极端降水量的空间分布大致相似,在我国东南和西南部呈上升趋势,在东北和西北部呈下降趋势。用泊松回归拟合出的极端降水频次变化趋势显示,江淮流域及其以南地区测站的降水频次普遍增加,以北地区则呈减少趋势。进一步分析得到,我国大部分地区的夏季总降水量变化由降水平均强度的变化引起,而极端降水量的变化多由降水频次的变化引起。通过比较温度和水汽变化对降水量变化影响的相对重要性得到:在黄河以北大多数地区,水汽变化主导夏季总降水量的变化;而在江淮流域及华南大部分地区,温度变化为主导。     

华北中部近45a极端降水事件变化特征

利用华北中部41个气象台站1961—2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45a来华北中部极端降水事件频率变化的时空特征。结果表明：华北中部平均年最大日降水量呈下降趋势,南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,降水日数有较明显减少,强降水日数和暴雨日数变化趋势不明显,降水日数的减少主要是中、小雨（雪）日数减少造成的。暴雨日数和强度在20世纪90年代中后期显著增加。华北中部强降水日数和暴雨日数在降水日数中的比重有增大趋势,强降水量和暴雨降水量在总降水量中的比重可能也增加了。这种相对增加趋势主要发生在20世纪90年代中期以后。     

中国地区IPCC A1B情景下21世纪中期气候变化的数值模拟试验

利用MM5V3区域气候模式单向嵌套ECHAM5全球环流模式的结果,对中国地区实际温室气体浓度下当代气候(1981—2000年)及IPCC A1B情景下21世纪中期气候(2041—2060年)分别进行了水平分辨率为50 km的模拟试验。首先检验全球和区域模式对当代气候的模拟情况,结果表明:区域模式对中国地区地面温度和降水空间分布的模拟能力优于全球模式;与实际观测相比,区域模式模拟的地面温度在中国大部分地区偏低,模拟的降水量偏多,降水位置偏北。IPCCA1B情景下中国地区21世纪中期气候变化的模式结果显示:各季节地面温度在全国范围内都将比当代升高1.2～3.9℃,且升温幅度具有北方大于南方、冬季大于夏季的时空分布特征;降水变化具有一定的区域性和季节性,秋季和冬季降水在全国大部分地区都将增加10%～30%,春季和夏季降水则呈现"北方减少、南方增多"的趋势,变化幅度在-10%～10%之间。21世纪中期地面温度和降水变化还具有一定的年际特征:地面温度在中国地区各子区域均表现为上升趋势,升温速率在0.7～0.9℃/10a之间,温度变率也比当代有所增大;降水在西北地区略呈下降趋势,在其它子区域均为上升,降水变率的变化具有区域性特征。     

辽河流域气候变化及对径流影响预估与评估分析

辽河流域属于气候变暖较为显著区域,增温幅度比全球和全国的增温幅度都要高。同时辽河流域也是水资源较为匮乏且需求量大的地区,因此气候变化对水资源影响问题也更值得关注。基于长期历史观测气象水文数据和未来不同情景下气候变化预估资料,建立评估气候变化与径流量的关系,预估未来气候变化对径流量的可能影响,为辽河流域应对气候变化决策提供科学依据。结果表明:1961—2020年,辽河流域气温为持续上升趋势,降水没有明显的增减趋势,但存在阶段性变化;辽河流域降水量与径流量有较好的相关关系,具有较为一致的长期变化趋势与特征,年降水量与径流量相关数达到0.6以上。日降水量与径流量相关分析表明,降水发生后次日且为大雨降水等级(即日降水量≥25 mm)时,两者相关系数可高达0.85;敏感性试验和模式模拟试验表明,径流量对气候变化有明显的响应,降水增加(减少)、气温降低(升高),则径流量增加(减少);在未来RCP8.5排放情景下气温升高趋势最为明显,未来径流量也为显著增加趋势;RCP2.6排放情景下气温增加的幅度最小,未来径流量也表现为无明显增减趋势;RCP4.5情景下,气温增加的幅度居中,未来径流量则为减少趋势。     

A regional climate change simulation over East Asia

In this study, regional climate changes for seventy years (1980–2049) over East Asia and the Korean Peninsula are investigated using the Special Reports on Emission Scenarios (SRES) B1 scenario via a high-resolution regional climate model, and the impact of global warming on extreme climate events over the study area is investigated. According to future climate predictions for East Asia, the annual mean surface air temperature increases by 1.8°C and precipitation decreases by 0.2 mm day^?1 (2030–2049). The maximum wind intensity of tropical cyclones increases in the high wind categories, and the intra-seasonal variation of tropical cyclone occurrence changes in the western North Pacific. The predicted increase in surface air temperature results from increased longwave radiations at the surface. The predicted decrease in precipitation is caused primarily by northward shift of the monsoon rain-band due to the intensified subtropical high. In the nested higher-resolution (20 km) simulation over the Korean Peninsula, annual mean surface air temperature increases by 1.5°C and annual mean precipitation decreases by 0.2 mm day^?1. Future surface air temperature over the Korean Peninsula increases in all seasons due to surface temperature warming, which leads to changes in the length of the four seasons. Future total precipitation over the Korean Peninsula is decreased, but the intensity and occurrence of heavy precipitation events increases. The regional climate changes information from this study can be used as a fruitful reference in climate change studies over East Asia and the Korean peninsula.     

阿城近50a气候变化特征分析

本文根据黑龙江省阿城市1961-2013年间的逐月气温和降水量资料,对阿城市近53 a的气候变化特征进行分析。结果表明:近53 a来阿城市年平均气温呈上升趋势,年平均气温以0.28℃/10 a的幅度上升,其中以冬季增温最为明显,春、秋季增温次之,而夏季的变化趋势则不明显。降水量的年变化略呈现下降趋势,年降水量大小存在波动变化,有一个2-3 a的变化周期,近10 a平均降水量比近50 a平均降水量减少了19 mm。     

植被覆盖异常变化影响陆面状况的数值模拟

利用NCAR最新的公用陆面模式CLM3．0，通过数值模拟初步研究了植被叶面积指数（LAI，leafareaindex）异常变化对陆面状况的可能影响，结果表明，植被LAI的异常变化能够引起地表能量平衡、地表水循环等陆面状况的异常。（1）植被LAI的异常变化主要影响太阳辐射在植被与地表之间的分配，以及地表的感热、潜热通量。植被LAI增大，能够引起植被吸收的太阳辐射增加，而到达土壤表面的太阳辐射减小，并导致植被的蒸发、蒸腾潜热通量增加，造成地表的蒸发潜热和感热通量不同程度的减小。（2）植被LAI增大时，植被对降水的拦截和植被叶面的蒸发增大，植被的蒸腾作用也明显增强；植被LAI增加会使得热带地区各个季节的土壤表面蒸发、地表径流减小，而土壤湿度有所增加；LAI增加造成中高纬度地区土壤蒸发的减少主要出现在夏季；LAI增加还能够引起中高纬地区冬、春积雪深度不同程度的增加，造成春末、夏初地表径流的增加。（3）植被LAI增加能够使得叶面和土壤温度有所下降，但植被LAI的变化对叶面、土壤温度的影响相对较小。     

Elevation gradients of European climate change in the regional climate model COSMO-CLM

A transient climate scenario experiment of the regional climate model COSMO-CLM is analyzed to assess the elevation dependency of 21st century European climate change. A focus is put on near-surface conditions. Model evaluation reveals that COSMO-CLM is able to approximately reproduce the observed altitudinal variation of 2 m temperature and precipitation in most regions and most seasons. The analysis of climate change signals suggests that 21st century climate change might considerably depend on elevation. Over most parts of Europe and in most seasons, near-surface warming significantly increases with elevation. This is consistent with the simulated changes of the free-tropospheric air temperature, but can only be fully explained by taking into account regional-scale processes involving the land surface. In winter and spring, the anomalous high-elevation warming is typically connected to a decrease in the number of snow days and the snow-albedo feedback. Further factors are changes in cloud cover and soil moisture and the proximity of low-elevation regions to the sea. The amplified warming at high elevations becomes apparent during the first half of the 21st century and results in a general decrease of near-surface lapse rates. It does not imply an early detection potential of large-scale temperature changes. For precipitation, only few consistent signals arise. In many regions precipitation changes show a pronounced elevation dependency but the details strongly depend on the season and the region under consideration. There is a tendency towards a larger relative decrease of summer precipitation at low elevations, but there are exceptions to this as well.     

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。     

CMIP5多模式集合对江苏省气候变化模拟评估及情景预估

利用中国气象局所属的2 400余个台站观测资料制作的分辨率为0.25°×0.25°数据集中的气温、降水量资料评估了CMIP5中17个模式对于1961—2004年江苏省气温和降水量空间分布特征的模拟能力,筛选出了5个对江苏省气候特征模拟较好的模式。之后基于5个优选模式集合平均的结果预估了3种典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCPs)下江苏省2006—2100年的气温和降水量变化趋势。结果表明:(1)全球耦合气候模式对江苏省的气温和降水量空间分布特征具有一定的模拟能力,并且模式集合平均的气温和降水量与观测资料的空间相关系数分别为0.85和0.93;(2)在低浓度路径(RCP2.6)、中浓度路径(RCP4.5)和高浓度路径(RCP8.5)3种温室气体排放情景下,江苏省2006—2100年的地表温度均呈现明显的增温趋势,并且苏北的增温幅度要高于苏南;(3)3种温室气体排放情景下,江苏省未来百年降水量均呈现出北方增多南方减少的趋势;(4)未来百年江苏省降水量随气温变化的趋势并不稳定,RCP2.6和RCP4.5情景下降水量随气温的升高而增加,而RCP8.5情景下降水量随气温的增加而减少。     

Effects of climate change on the thermal structure of lakes in the Asian Monsoon Area

This research investigates the effect of climate change on the thermal structure of lakes in response to watershed hydrology. We applied a hydrodynamic water quality model coupled to a hydrological model with a future climate scenario projected by a GCM A2 emission scenario to the Yongdam Reservoir, South Korea. In the climate change scenario, the temperature will increase by 2.1°C and 4.2°C and the precipitation will increase by 178.4?mm and 464.4?mm by the 2050 and 2090, respectively, based on 2010. The pattern changes of precipitation and temperature increase due to climate change modify the hydrology of the watershed. The hydrological model results indicate that they increase both surface runoff itself and temperature. The reservoir model simulation with the hydrological model results showed that increasing air temperature is related to higher surface water temperature. Surface water temperature is expected to increase by about 1.2°C and 2.2°C from the 2050 and 2090, respectively, based on the 2010 results. The simulation results of the effects of climate warming on the thermal structure of the Asian Monsoon Area Lake showed consistent results with those of previous studies in terms of greater temperature increases in the epilimnion than in the hypolimnion, increased thermal stratification, and decreasing thermocline depths during the summer and fall. From this study, it was concluded that the hydrodynamic water quality model coupled to the hydrological model could successfully simulate the variability of the epilimnetic temperature, changed depth and magnitude of the thermocline and the changed duration of summer stratification.     

气候变化国家评估报告(Ⅰ):中国气候变化的历史和未来趋势

The climate change in China shows a considerable similarity to the global change, though there still exist some significant differences between them. In the context of the global warming, the annual mean surface air temperature in the country as a whole has significantly increased for the past 50 years and 100 years, with the range of temperature increase slightly greater than that in the globe. The change in precipitation trends for the last 50 and 100 years was not significant, but since 1956 it has assumed a weak increasing trend. The frequency and intensity of main extreme weather and climate events have also undergone a significant change. The researches show that the atmospheric CO2 concentration in China has continuously increased and the sum of positive radiative forcings produced by greenhouse gases is probably responsible for the country-wide climate warming for the past 100 years, especially for the past 50 years. The projections of climate change for the 21st century using global and regional climate models indicate that, in the future 20-100 years, the surface air temperature will continue to increase and the annual precipitation also has an increasing trend for most parts of the country.