CMIP5全球气候模式对青藏高原地区气候模拟能力评估

青藏高原是气候变化的敏感和脆弱区,全球气候模式对于这一地区气候态的模拟能力如何尚不清楚。为此,本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的历史模拟试验数据,评估了44 个全球气候模式对1986~2005 年青藏高原地区地表气温和降水两个基本气象要素的模拟能力。结果表明,CMIP5 模式低估了青藏高原地区年和季节平均地表气温,年均平均偏低2.3℃,秋季和冬季冷偏差相对更大;模式可较好地模拟年和季节平均地表气温分布型,但模拟的空间变率总体偏大;地形效应校正能够有效订正地表气温结果。CMIP5 模式对青藏高原地区降水模拟能力较差。尽管它们能够模拟出年均降水自西北向东南渐增的分布型,但模拟的年和季节降水量普遍偏大,年均降水平均偏多1.3 mm d-1,这主要是源于春季和夏季降水被高估。同时,模式模拟的年和季节降水空间变率也普遍大于观测值,尤其表现在春季和冬季。相比较而言,44 个模式集合平均性能总体上要优于大多数单个模式;等权重集合平均方案要优于中位数平均;对择优挑选的模式进行集合平均能够提高总体的模拟能力,其中对降水模拟的改进更为显著。     

基于ASD统计降尺度的雅鲁藏布江流域未来气候变化情景

青藏高原对东亚、南亚甚至全球的气候和水文循环有重要影响,模拟和分析青藏高原未来气候状况对研究东南亚区域生态、气候、水资源格局与演变趋势具有重要意义。利用ASD统计降尺度方法,对MIROC3.2_medres模式输出的降水和气温进行降尺度,并与ERA-40再分析资料进行了对比分析和评价,在此基础上分析了2046-2065年与2081-2100年三种情景下的气候变化情况。结果表明,ASD统计降尺度模型可以较好地将雅鲁藏布江流域GCM大尺度降水和气温数据降尺度到站点尺度,气温的解释方差都在90%以上,降水的解释方差也达到12%~27%;雅鲁藏布江流域未来降水年际变化不明显,年变化趋势多数小于5%;降水年内分配将更加集中,秋、冬、春季的降水减少趋势明显,最大降幅达55.58%,夏季降水显著增加,最大增幅达到30.44%;雅鲁藏布江流域未来将显著增温,21世纪中叶增温幅度为1.60~2.12℃,21世纪末期增温幅度达2.34~3.69℃;在降水与气温的双重影响下,流域水资源问题可能会变得更加严峻。     

青海高原未来SRESA1B情景下气候变化分析

利用国家气候中心发布的中国地区气候变化预估数据集中的全球气候模式加权平均集合数据,分析了未来温室气体中等排放情景下(SRESA1B),青海高原不同地区未来气候变化趋势,并分析了2020时段和2050时段青海高原不同地区的气候特点,分析结果表明:2001—2100年青海各地气温均呈明显的增加趋势,全省平均增温率为4.09℃/100年,年降水量呈增多趋势,全省平均变化率为62.63mm/100年。与气候基准年相比,2020年全省年平均气温升高1.44℃,全省平均降水距平百分率为4.18%;2050年全省平均升温幅度为2.63℃,全省平均降水距平百分率为8.75%。由于目前全球气候模式的分辨率还较低,气候模式在诸多方面还有待完善,因此所提供的未来情景数据存在一定的不确定性。     

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.     

CMIP5多模式预估的1.5℃升温背景下中国气温和降水变化

本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中39个全球气候模式的试验数据,预估了相对于工业革命前期全球1.5℃升温背景下中国气温和降水变化。根据多模式中位数预估结果,在不同典型浓度路径（RCPs）情景下,相对于工业革命前期全球1.5℃升温分别发生在2034年（RCP2.6）、2033年（RCP4.5）和2029年（RCP8.5）。全球升温1.5℃时,中国年和季节气温平均上升1.8℃和1.6～2.1℃,其中冬季最强。增温总体上由南向北加强,青藏高原为高值中心。年和各季节增温均超过其自然内部变率,区域平均的信噪比分别为3.4和1.6～2.7。年和季节降水整体上在中国北方增加、华南减少;区域平均的年降水增加1.4%,季节降水增加0.1%～5.1%,冬季增幅最大。年和季节降水变化要远小于其自然内部变率,区域平均的信噪比仅为0.1和0.01～0.2。总体上,模式对气温预估的不确定性较小,对降水的偏大,其中对季节尺度预估的不确定性要高于年平均结果。     

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。     

CMIP6HighResMIP对青藏高原气候模拟的评估和预估

高分辨率模式模拟被认为是研究资料相对欠缺的青藏高原地区气候变化的重要方法之一。第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)新增了高分辨率模式比较计划(HighResMIP),但其对青藏高原气候的模拟性能尚未系统评估。本研究分析了6对(更高、较低分辨率)CMIP6 HighResMIP模式对青藏高原当前气候的模拟能力,并集合预估了近期青藏高原气候的变化趋势。相对较粗分辨率模拟,所有(2/3)模式的更高分辨率模拟减少了平均降水(气温)的区域平均偏差。泰勒图涉及指标的综合评估显示,约1/3模式的更高分辨率对平均气温和降水模拟效果优于较低分辨率,其余模式的更高分辨率则接近或者劣于较低分辨率。集合平均结果优于单个模式,且其更高分辨率模拟效果总体优于较低分辨率。更高分辨率模式集合预估显示,相对于1995—2014年,在SSP5-8.5情景下到2021—2040年青藏高原整体呈增温趋势,东南部增温相对较弱;降水从北到南呈增加-减少-增加的变化模态;青藏高原气温将平均增加(0.81±0.91) ℃,降水将平均增加(0.05±0.25) mm/d。     

多模式集合预估21世纪淮河流域气候变化情景

利用政府间气候变化委员会第四次评估报告(the Fourth Assessment Report of the Intergov-ernmental Panel on Climate Change,IPCC AR4)的14个全球气候耦合模式对中国淮河流域气温和降水的模拟能力进行了评估,预估了该地区21世纪的降水和气温变化。同时,还分析了14个气候模式对1961-1999年气温和降水的模拟能力,并且根据Taylor方法选取具有较好模拟能力的模式做集合分析。结果表明,不同的气候模式对淮河流域的气温和降水都具有一定的模拟能力,但大多数模式模拟的气温偏低、降水偏多;选取的模式集合可以明显改善模式的模拟能力,但是没有表现出明显的优势。对淮河流域降水和气温未来情景的预估表明,各模式给出的情景结果尽管存在一定的差异,但模拟的21世纪气候变化的趋势基本一致,即气温持续增加,降水出现区域性增加;还重点分析了14个模式集合的结果在2010-2039年、2040-2069年和2070-2099年3个时段的年平均、季节平均降水和气温变化及其时空变化特征,结果表明,3个时段的气温和降水在不同情景下都是逐渐增加的,A2情景下增幅最显著,B1情景下增幅最小。     

1951~2010年云贵高原大理和丽江气温、降水的气候特征分析

利用大理和丽江气象站1951~2010年的逐日气象资料,分析了横断山脉东部气温、降水的气候特征。结果表明,1991年以后,大理和丽江地区均存在显著增温的趋势（0.58和0.55℃/10 a）,明显高于同时期中国平均气温的增加幅度;而在1991年之前,大理和丽江的年平均气温呈现下降或微弱上升的趋势（-0.14和0.07℃/10 a）。与夏季平均气温的增温幅度相比,冬季平均气温的增温更显著,且其变化趋势与年均气温的气候特征是一致的。大理和丽江年总降水及各季节降水量在1951~2010年并没有明显增加或减少的趋势。大理和丽江雨季开始的时间分别为第28候和第30候,持续时间分别约为5.5和4.5个月。20世纪80年代以后,丽江年平均风速的减小强度明显大于大理,这是因为丽江站地处城区,城市化剧烈,地表粗糙度增加显著。日照时数与云量呈反相的季节变化,降水量的多年平均的逐候变化与日照时数、总云量、尤其是低云云量相关,随风速增大而减小。     

SRES A2情景下中国区域21世纪末平均和极端气候变化的模拟

利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS单向嵌套该中心全球海-气耦合气候模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3H,分析了SRES A2情景下2071-2100年相对于气候基准时段（1961-1990年）中国区域的气候变化,包括气温和降水的年际、季节和日时间尺度的变化以及极端气候事件的变化趋势。模拟结果表明：气温呈明显增加趋势,其中新疆和东北地区增温明显。而降水表现了更大的年际变化和季节变化,冬季南方降水减少,但沿黄河流域的降水明显增加,夏季与冬季相比呈现出相反的趋势。此外,连续高温日数呈现增加趋势,而连续霜冻日数呈现减少趋势。连续湿日数也表现出一定的增加趋势。     

我国西北降水变化趋势和预估

利用观测资料、GPCC再分析资料和第六次耦合模式比较计划（CMIP6）模拟结果,研究了我国西北地区近几十年及未来降水变化趋势。结果表明,1979—2019年我国西北干旱半干旱区降水在全年各季节均有显著增加,其中秋季增加最多。CMIP6模拟结果显示,随着全球变暖,我国西北地区降水在2015—2100年将继续增加。至21世纪末,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,我国西北地区年平均降水量将分别增加约13.7%（37 mm）和25.8%（78 mm),其中降水量增加最多的季节分别为夏季和春季。考虑到西北地区蒸发量也将随全球变暖而增加,模式平均的结果显示西北地区年平均净降水量在两种情景下的增幅分别约1.4%和4.9%,表明我国西北地区未来气候呈现显著的变湿趋势。进一步分析表明,西北地区未来降水增加可能与局地大气低层位势高度降低和上升运动加强有关。     

Future changes and uncertainties in temperature and precipitation over China based on CMIP5 models

Climate changes in future 21 st century China and their uncertainties are evaluated based on 22 climate models from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5). By 2081–2100, the annual mean surface air temperature(SAT) is predicted to increase by 1.3℃± 0.7℃, 2.6℃± 0.8℃ and 5.2℃± 1.2℃ under the Representative Concentration Pathway(RCP) scenarios RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5, relative to 1986–2005, respectively. The future change in SAT averaged over China increases the most in autumn/winter and the least in spring, while the uncertainty shows little seasonal variation.Spatially, the annual and seasonal mean SAT both show a homogeneous warming pattern across China, with a warming rate increasing from southeastern China to the Tibetan Plateau and northern China, invariant with time and emissions scenario.The associated uncertainty in SAT decreases from northern to southern China. Meanwhile, by 2081–2100, the annual mean precipitation increases by 5% ± 5%, 8% ± 6% and 12% ± 8% under RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5, respectively. The national average precipitation anomaly percentage, largest in spring and smallest in winter, and its uncertainty, largest in winter and smallest in autumn, show visible seasonal variations. Although at a low confidence level, a homogeneous wetting pattern is projected across China on the annual mean scale, with a larger increasing percentage in northern China and a weak drying in southern China in the early 21 st century. The associated uncertainty is also generally larger in northern China and smaller in southwestern China. In addition, both SAT and precipitation usually show larger seasonal variability on the sub-regional scale compared with the national average.     

Change in Precipitation over the Tibetan Plateau Projected by Weighted CMIP6 Models

Precipitation over the Tibetan Plateau (TP) is important to local and downstream ecosystems. Based on a weighting method considering model skill and independence, changes in the TP precipitation for near-term (2021–40), mid-term (2041–60) and long-term (2081–2100) under shared socio-economic pathways (SSP1-1.9, SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSSP3-7.0, SSP5-8.5) are projected with 27 models from the latest Sixth Phase of the Couple Model Intercomparison Project. The annual mean precipitation is projected to increase by 7.4%–21.6% under five SSPs with a stronger change in the northern TP by the end of the 21st century relative to the present climatology. Changes in the TP precipitation at seasonal scales show a similar moistening trend to that of annual mean precipitation, except for the drying trend in winter precipitation along the southern edges of the TP. Weighting generally suggests a slightly stronger increase in TP precipitation with reduced model uncertainty compared to equally-weighted projections. The effect of weighting exhibits spatial and seasonal differences. Seasonally, weighting leads to a prevailing enhancement of increase in spring precipitation over the TP. Spatially, the influence of weighting is more remarkable over the northwestern TP regarding the annual, summer and autumn precipitation. Differences between weighted and original MMEs can give us more confidence in a stronger increase in precipitation over the TP, especially for the season of spring and the region of the northwestern TP, which requires additional attention in decision making.     

气候变化背景下中国滑坡灾害人口风险评估

中国是世界上滑坡灾害造成人口伤亡较严重的国家.受气候变化影响,极端降水频率与强度的增加会提高滑坡灾害的人口风险.文中将不同RCPs情景多个模式的未来降水数据和SSPs情景下的未来人口数据相结合,构建滑坡灾害人口风险评估模型,评估气候变化背景下的中国滑坡灾害人口风险.研究发现,气候变化下中国滑坡灾害的危险性呈上升趋势,预...     

概率密度分布法在“一带一路”地区极端月气温评估和预估中的应用

“一带一路”地区人口众多,气候类型复杂,亟待加强区域气候变化风险的认识。文中将该区分成10个区域,基于第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中的31个全球模式模拟结果,应用概率密度分布（PDF）方法评估历史阶段（1986—2005年）各模式模拟暖月和冷月气温的能力,挑选并建立较优模式集合,用以预估21世纪中叶（2041—2060年）和21世纪末（2081—2100年）的极端月气温。结果表明,模式对观测中冷月气温距平PDF的模拟水平整体较暖月高。与多模式平均以及中位值相比,较优模式集合方法更适于极端暖/冷月气温的评估。在中等排放RCP4.5情景下,与低纬度地区相比,较优模式模拟中高纬地区未来极端暖/冷月气温的增温幅度的不确定性范围较大。21世纪中叶和21世纪末较优模式模拟的极端暖月气温在地中海增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。对较优模式集合预估的极端冷月气温而言,无论是21世纪中叶还是世纪末,北欧增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。     

“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。     

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。     

气候变化对长江上游径流影响预估

利用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中5个气候模式在3种典型浓度路径(RCPs)下的预估结果驱动SWAT水文模型,预估了21世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。结果表明：预估的长江上游平均气温呈显著上升趋势,21世纪末较当前(1986—2005年)升高1.5~5.5℃,降水总体呈增加趋势,在21世纪30年代后高于当前气候平均值,21世纪末相对于当前增加5%~15%。流域内气候变化存在明显空间差异,金沙江和岷沱江流域气温升高和降水增加幅度均大于流域平均值。预估的长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势,在21世纪30年代后高于当前多年平均值,21世纪中期增加4%~8%,21世纪末增加10%~15%。预估的径流年内分布的均匀性有所增加,但年际变化明显增大,极端旱涝事件的频率和强度明显增加。预估的各子流域径流变化对气候变化的响应也存在差异,金沙江和岷沱江流域年径流量、年际变化和年内分布变化小,对气候变化的响应表现为低敏感;嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流径流增加幅度大,同时极端丰枯出现的频率和程度增加显著,是气候变化响应的敏感区域。     

Projections of high resolution climate changes for South Korea using multiple-regional climate models based on four RCP scenarios. Part 1: surface air temperature

We projected surface air temperature changes over South Korea during the mid (2026-2050) and late (2076-2100) 21st century against the current climate (1981-2005) using the simulation results from five regional climate models (RCMs) driven by Hadley Centre Global Environmental Model, version 2, coupled with the Atmosphere- Ocean (HadGEM2-AO), and two ensemble methods (equal weighted averaging, weighted averaging based on Taylor’s skill score) under four Representative Concentration Pathways (RCP) scenarios. In general, the five RCM ensembles captured the spatial and seasonal variations, and probability distribution of temperature over South Korea reasonably compared to observation. They particularly showed a good performance in simulating annual temperature range compared to HadGEM2-AO. In future simulation, the temperature over South Korea will increase significantly for all scenarios and seasons. Stronger warming trends are projected in the late 21st century than in the mid-21st century, in particular under RCP8.5. The five RCM ensembles projected that temperature changes for the mid/late 21st century relative to the current climate are +1.54°C/+1.92°C for RCP2.6, +1.68°C/+2.91°C for RCP4.5, +1.17°C/+3.11°C for RCP6.0, and +1.75°C/+4.73°C for RCP8.5. Compared to the temperature projection of HadGEM2-AO, the five RCM ensembles projected smaller increases in temperature for all RCP scenarios and seasons. The inter-RCM spread is proportional to the simulation period (i.e., larger in the late-21st than mid-21st century) and significantly greater (about four times) in winter than summer for all RCP scenarios. Therefore, the modeled predictions of temperature increases during the late 21st century, particularly for winter temperatures, should be used with caution.     

松花江流域气候变化及ECHAM5模式预估

 根据松花江流域1961-2000年观测气温、降水量资料和ECHAM5/MPI-OM模式对该流域21世纪前50 a气候变化的预估结果,分析了松花江流域1961-2000年年平均气温和年降水量变化,并对21世纪前50 a气温和降水量变化趋势进行了预估。结果表明,在全球变暖的背景下,作为中国气候变暖区域响应的先锋,松花江流域年平均气温自1980年代初持续升高,升温幅度比较显著;年降水量在1961-2000年无明显增加或减少趋势,年代际差异也不大。相对于1961-1990年的气候场,21世纪前半叶,年平均气温仍将呈明显增加趋势,到2040年代升温幅度达1℃以上,年降水量变化趋势不显著,可能微弱增加,但冬季平均气温和冬季降水量都呈增加趋势,春季降水量也为增加趋势。