珠江流域1961-2007年气候变化及2011-2060年预估分析

 根据珠江流域1961-2007年气温、降水量观测资料和ECHAM5/MPI-OM模式2011-2060年预估结果,分析了流域过去47 a的气温和降水量变化,并预估未来50 a变化趋势。结果表明,在全球变暖的背景下,过去47 a温度呈上升趋势,约升高1.8℃。冬季增温最明显,夏季最弱。未来50 a流域温度仍呈上升趋势,A1B情景下升幅约1.9℃,并且年际变化增强。A2和B1两种排放情景下秋季升温最显著,冬季最弱,A1B排放情景与此相反。过去47 a秋季降水量呈减少趋势;春、夏、冬季和年降水量均呈增加趋势。未来50 a降水总体呈增加趋势,A1B排放情景降水增加最多,约为230 mm。A2、A1B和B1情景下降水季节分配未发生显著变化。年降水和冬季降水的年际变率增强,秋季减弱。     

南水北调东线工程流域未来气候变化预估

利用国家气候中心全球大气海洋环流模式(NCC／IAP T63),考虑IPCC SRES A2(高排放)和A1B(中等排放)两种人类排放情景,对2030年前南水北调东线工程流域气候变化进行了预估。结果表明,由于人类活动,未来30a东线区域将变暖,尤以1月(冬季)东线北部地区变暖最明显,其中A2情景,2010年1月变暖约5℃,2020年1月变暖约7℃。7月(夏季)东线南部变暖最小,其中,2010年为0.2℃,2020年为0.9℃。值得注意的是,人类活动对未来30a东线区域降水的影响不明显,A2情景可能略有增加趋势,A1B情景可能略有减少趋势。     

21世纪黄河流域上中游地区气候变化趋势分析

气候变化预估常用的全球气候模式（GCM）难以提供区域或更小尺度上可靠的逐日气候要素序列,针对这一问题,应用统计降尺度模型（statistical downscaling model,SDSM）将HadCM3的模拟数据（包括A2、B2两种情景）处理为具有较高可信度的逐日站点序列。以1961-1990年为基准期,分析了21世纪黄河流域上中游地区未来最高气温、最低气温与年降水量的变化。在A2、B2两种气候变化情景下,日最高气温、日最低气温均呈升高趋势;但A2的变化较显著,日最高气温的升高趋势在景泰站最明显,日最低气温的升高趋势在河曲站最显著。流域平均的年降水量变化范围为-18.2%～13.3%。A2情景下降水量增加和减少的面积基本相等,宝鸡站降水量增加最多;B2情景下大部分区域降水减少,西峰镇降水量减少最显著。     

21世纪黄河流域上中游地区气候变化趋势分析

 气候变化预估常用的全球气候模式（GCM）难以提供区域或更小尺度上可靠的逐日气候要素序列,针对这一问题,应用统计降尺度模型（statistical downscaling model,SDSM）将HadCM3的模拟数据（包括A2、B2两种情景）处理为具有较高可信度的逐日站点序列。以1961-1990年为基准期,分析了21世纪黄河流域上中游地区未来最高气温、最低气温与年降水量的变化。在A2、B2两种气候变化情景下,日最高气温、日最低气温均呈升高趋势;但A2的变化较显著,日最高气温的升高趋势在景泰站最明显,日最低气温的升高趋势在河曲站最显著。流域平均的年降水量变化范围为-18.2%～13.3%。A2情景下降水量增加和减少的面积基本相等,宝鸡站降水量增加最多;B2情景下大部分区域降水减少,西峰镇降水量减少最显著。     

1981—2017年内蒙古雾气候特征分析

利用内蒙古116个国家级地面气象观测站1981—2017年逐日雾观测数据,分析了内蒙古雾的气候特征。结果表明:(1)内蒙古年平均雾日数在空间上分布不均匀,雾日数最多的地区是呼伦贝尔市北部;(2)内蒙古雾日分布具有明显的季节特征,夏季比其他季节更易出现雾天气;(3)内蒙古多雾的站点分布在4个气候区,Ⅰ—Ⅲ区雾日数都显现出中间多,两头少的分布特征,Ⅳ区1—3月雾日数相对较多,4—6月雾日数最少,之后又呈现增多的趋势;(4)Ⅰ区雾日数年际变化特征明显,近37a呈现显著减少趋势,减少幅度为0.27d/10a,在1993年有一次明显的突变过程,Ⅱ—Ⅳ区年平均雾日数37a来呈现波动变化的特征,没有明显的增减趋势。     

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.     

全球气候模式对未来中国风速变化预估

利用世界气候研究计划之第三次耦合模式比较计划 (WCRP/CMIP3) 提供的, 参加IPCC AR4的19个气候模式和国家气候中心为IPCC第五次报告研发的新一代气候模式 (BCC_CSM1.0.1) 及模式集成, 考虑高排放 (A2)、 中等排放 (A1B) 和低排放 (B1) 三种人类排放情景, 预估21世纪中国近地层 (离地10 m) 风速变化。预估结果表明: (1) 21世纪全国平均的年平均风速呈微弱的减小趋势, 且随着预估情景人类排放的增加, 中国年平均风速减小趋势越显著。 (2) 冬季 (夏季) 全国平均风速呈减小 (增大) 趋势, 人类排放量越多, 冬季 (夏季) 风速减小 (增加) 程度越大。21世纪我国风速夏季 (冬季) 增大 (减小) 与全球变暖的背景下未来亚洲夏季风 (冬季风) 增强 (减弱) 有一定关系。 (3) 与20世纪末期 (1980～1999年) 相比, 21世纪初期 (2011～2030年) 中国区域年平均风速A2情景下略偏小, A1B和B1情景下年平均风速无明显变化; 21世纪中期 (2046～2065年) 和后期 (2080～2099年), 三种排放情景下中国年平均风速均比20世纪末期风速小。 (4) 21世纪初期、 中期和后期均表现为冬季 (夏季) 平均风速比20世纪末期冬季 (夏季) 平均小 (大)。 (5) 夏季中国中北部和东北地区风速偏大, 其余地区风速无明显变化或略偏小; 冬季除了东北北部和西藏东南部外, 中国大部地区风速偏小。绝大部分地区超过50%模式一致地预估上述风速变化形式, 具有一定的可信度。     

CSIRO Mk3.6.0模式及其驱动下RegCM4.4模式对中国气候变化的预估

使用区域气候模式RegCM4.4,对全球模式CSIRO-Mk3.6.0在RCP4.5情景下的气候变化试验结果（1950-2100年）在东亚地区进行25 km动力降尺度试验,比较了CSIRO-Mk3.6.0和RegCM4.4预估中国地区的21世纪气候变化。结果表明,两个模式预估未来中国地区气温持续升高,升温幅度具有区域性特征,RegCM4.4预估区域平均升温幅度低于CSIRO-Mk3.6.0,但二者年际波动基本一致。两个模式预估未来降水在中国西部以持续增加为主,东部则表现出较大的不一致性,预估区域平均年降水量变化不大,呈现冬季明显增加,夏季微弱减少的特点。此外,为了解区域气候模式对中国降水预估的不确定性,对本研究和以往RegCM3使用相同分辨率模拟得到的未来降水预估进行了对比,两个区域模式预估中国西部大部分地区未来降水一致性增加,东部存在明显不一致（冬季中、高纬除外）。     

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。     

中国21世纪气候变化情景的统计分析

利用区域气候模式系统PRECIS,分析SRES A2、B2情景下21世纪的三个时段中国地面气温和降水的变化,并对B2情景下中国区域地面气温和降水可能的变化趋势进行统计分析。结果表明,未来极端高温和降水事件将会增加,而极端低温事件将会减少。对全国七大区平均地面气温和降水变化的分析显示：未来东北、华北和西北地区夏季增温大而降水增加少,暖干化趋势较明显;华中、华东和华南地区的夏季降水增加明显而冬季增加较少,尤其是华南冬季的降水明显地减少,这表明这些地区夏季的洪涝和冬季的干旱都会加重。     

基于ECHAM5模式预估2050年前中国旱涝格局趋势

 利用ECHAM5/MPI-OM气候模式输出的2001-2050年逐月降水量资料,考虑IPCC采用的3种排放情景（A2：温室气体高排放情景;A1B:温室气体中排放情景;B1：温室气体低排放情景）,计算其标准化降水指数,分析了中国2050年前3种排放情景下的旱涝格局。结果表明：3种情景下旱涝趋势空间分布不同,其中A2情景下旱涝格局同1961-2000年观测到的旱涝格局相似,均存在一条由东北向西南的干旱带;而A1B和B1情景下旱涝格局则发生了很大的变化,尤其B1情景下出现了"北涝南旱"的格局。未来50 a干旱面积在A2情景下呈略增加趋势;A1B和B1情景下为减少趋势。3种情景下干旱频率的空间分布也各不相同。     

2010—2100年淮河径流量变化情景预估

根据淮河流域14个气象站点1964—2007年观测降水量与温度数据和ECHAM5/MPI-OM模式在3种排放情景下对该流域2001—2100年的气候预估,利用人工神经网络模型预估淮河蚌埠站2010—2100年逐月径流量变化。计算结果表明:3种排放情景下2010—2100年淮河径流量年际变化幅度差异较大,SRES-A2情景总体处于波动上升趋势,其中2051—2085年上升趋势显著;SRES-A1B情景2024—2037年年平均流量显著降低;SRES-B1情景年平均流量的变率甚小。季节分析表明:春季径流量在2010—2100年变幅最小,距平百分率在-15.1%～18.6%之间小幅波动。夏季平均流量在2040年代前呈下降趋势,之后小幅波动上升。秋、冬季平均流量SRES-A2和SRES-A1B情景变幅显著,其中,秋季SRES-A2情景2060年代距平百分率下降达50.6%,为3种情景下各季节径流量降幅之最;冬季SRES-A1B情景2050年代其增幅达到54.7%,亦为上升幅度之最。     

5个全球气候模式对中国东北地区地面温度的模拟与预估

利用5个全球气候模式和中国东北地区162个站点地面温度实测资料,评估全球气候模式和多模式集合平均对中国东北地区地面温度的模拟能力,并对SRES B1、A1B和A2排放情景下,中国东北地区未来地面温度变化进行预估。结果表明：全球气候模式能够较好地再现了东北地区地面温度的年变化和空间分布特征,但存在系统性冷偏差,模式对夏季地面温度模拟偏低1.16 ℃,优于冬季。预估结果表明,3种排放情景下21世纪中期和末期东北地区地面温度均将升高,末期增幅高于中期,冬季增幅高于其他季节, SRES A2排放情景下增幅最大,B1排放情景下最小;增温幅度自南向北逐渐增大,增温最显著地区位于黑龙江小兴安岭;21世纪末期3种情景下中国东北地区年平均地面温度将分别升高2.39 ℃(SRES B1)、3.62 ℃(SRES A1B)和4.43 ℃(SRES A2)。     

Projections of annual mean air temperature and precipitation over the globe and in China during the 21st century by the BCC Climate System Model BCC_CSM1.0

Evaluating the projection capability of climate models is an important task in climate model development and climate change studies. The projection capability of the Beijing Climate Center (BCC) Climate System Model BCC CSM1.0 is analyzed in this study. We focus on evaluating the projected annual mean air temperature and precipitation during the 21st century under three emission scenarios (Special Report on Emission Scenarios (SRES) B1, A1B, and A2) of the BCC CSM1.0 model, along with comparisons with 22 CMIP3 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 3) climate models. Air temperature averaged both globally and within China is projected to increase continuously throughout the 21st century, while precipitation increases intermittently under each of the three emission scenarios, with some specific temporal and spatial characteristics. The changes in globally-averaged and China-averaged air temperature and precipitation simulated by the BCC CSM1.0 model are within the range of CMIP3 model results. On average, the changes of precipitation and temperature are more pronounced over China than over the globe, which is also in agreement with the CMIP3 models. The projection capability of the BCC CSM1.0 model is comparable to that of other climate system models. Furthermore, the results reveal that the climate change response to greenhouse gas emissions is stronger over China than in the global mean, which implies that China may be particularly sensitive to climate change in the 21st century.     

Projections of Annual Mean Air Temperature and Precipitation over the Globe and in China During the 21st Century bythe BCC Climate System Model BCC_CSM1.0

Evaluating the projection capability of climate models is an important task in climate model development and climate change studies. The projection capability of the Beijing Climate Center (BCC) Climate System Model BCC_CSM1.0 is analyzed in this study. We focus on evaluating the projected annual mean air temperature and precipitation during the 21st century under three emission scenarios (Special Report on Emission Scenarios (SRES) B1, A1B, and A2) of the BCC_CSM1.0 model, along with comparisons with 22 CMIP3 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 3) climate models. Air temperature averaged both globally and within China is projected to increase continuously throughout the 21st century, while precipitation increases intermittently under each of the three emission scenarios, with some specific temporal and spatial characteristics. The changes in globally-averaged and China-averaged air temperature and precipitation simulated by the BCC_CSM1.0 model are within the range of CMIP3 model results. On average, the changes of precipitation and temperature are more pronounced over China than over the globe, which is also in agreement with the CMIP3 models. The projection capability of the BCC_CSM1.0 model is comparable to that of other climate system models. Furthermore, the results reveal that the climate change response to greenhouse gas emissions is stronger over China than in the global mean, which implies that China may be particularly sensitive to climate change in the 21st century.     

2050年前长江流域地表水资源变化趋势

 利用ECHAM5/MPI-OM气候模式预估2001-2050年长江流域不同排放情景（SRES-A2,A1B,B1）下径流深的变化,分析了长江流域地表水资源量的时空变化特征。结果表明：3种排放情景下长江流域多年平均地表水资源量相差不大,但不同排放情景下年际变化特征较为复杂,且变化趋势有所不同。其中,A2高排放情景下地表水资源量呈缓慢减小的趋势,A1B中等排放情景下变化趋势不明显,B1低排放情景下呈相对最为显著的增加趋势。地表水资源量年代际变化波动幅度也较大,2001-2030年3种情景下地表水资源量总体呈现下降特征,但从2030年起,则均表现出不同程度的增加,最高增幅达7.47%,其中尤以夏季和冬季增加显著。模式预估长江流域未来水资源量仍保持目前水平,水资源空间分布不均匀特征仍较为突出。     

Projections of Extreme Rainfall in Hong Kong in the 21st Century

The possible changes in the frequency of extreme rainfall events in Hong Kong in the 21st century wereinvestigated by statistically downscaling 30 sets of the daily global climate model projections (involvinga combination of 12 models and 3 greenhouse gas emission scenarios,namely,A2,A1B,and B1) of theFourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.To cater for the intermittentand skewed character of the daily rainfall,multiple stepwise logistic regression and multiple stepwise linearregression were employed to develop the downscaling models for predicting rainfall occurrence and rainfallamount,respectively.Verification of the simulation of the 1971-2000 climate reveals that the models ingeneral have an acceptable skill in reproducing past statistics of extreme rainfall events in Hong Kong.Theprojection results suggest that,in the 21st century,the annual number of rain days in Hong Kong is expectedto decrease while the daily rainfall intensity will increase,concurrent with the expected increase in annualrainfall.Based on the multi-model scenario ensemble mean,the annual number of rain day is expected todrop from 104 days in 1980-1999 to about 77 days in 2090-2099.For extreme rainfall events,about 90% ofthe model-scenario combinations indicate an increase in the annual number of days with daily rainfall 100mm (R100) towards the end of the 21st century.The mean number of R100 is expected to increase from 3.5days in 1980-1999 to about 5.3 days in 2090-2099.The projected changes in other extreme rainfall indicesalso suggest that the rainfall in Hong Kong in the 21st century may also become more extreme with moreuneven distributions of wet and dry periods.While most of the model-emission scenarios in general projectconsistent trends in the change of rainfall extremes in the 21st century,there is a large divergence in theprojections among different model/emission scenarios.This reflects that there are still large uncertainties inmodel simulations of future extreme rainfall events.     

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。     

2050年前长江流域地表水资源变化趋势

利用ECHAM5/MPI-OM气候模式预估2001-2050年长江流域不同排放情景（SRES-A2,A1B,B1）下径流深的变化,分析了长江流域地表水资源量的时空变化特征。结果表明：3种排放情景下长江流域多年平均地表水资源量相差不大,但不同排放情景下年际变化特征较为复杂,且变化趋势有所不同。其中,A2高排放情景下地表水资源量呈缓慢减小的趋势,A1B中等排放情景下变化趋势不明显,B1低排放情景下呈相对最为显著的增加趋势。地表水资源量年代际变化波动幅度也较大,2001-2030年3种情景下地表水资源量总体呈现下降特征,但从2030年起,则均表现出不同程度的增加,最高增幅达7.47%,其中尤以夏季和冬季增加显著。模式预估长江流域未来水资源量仍保持目前水平,水资源空间分布不均匀特征仍较为突出。     

Projection of Extreme Temperatures in Hong Kong in the 21st Century

The possible changes in the frequency of extreme temperature events in Hong Kong in the 21st century were investigated by statistically downscaling 26 sets of the daily global climate model projections (a combination of 11 models and 3 greenhouse gas emission scenarios, namely A2, A1B, and B1) of the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. The models’ performance in simulating the past climate during 1971–2000 has also been verified and discussed. The verification revealed that the models in general have an acceptable skill in reproducing past statistics of extreme temperature events. Moreover, the models are more skillful in simulating the past climate of the hot nights and cold days than that of the very hot days. The projection results suggested that, in the 21st century, the frequency of occurrence of extremely high temperature events in Hong Kong would increase significantly while that of the extremely low temperature events is expected to drop significantly. Based on the multi-model scenario ensemble mean, the average annual numbers of very hot days and hot nights in Hong Kong are expected to increase significantly from 9 days and 16 nights in 1980–1999 to 89 days and 137 nights respectively in 2090–2099. On the other hand, the average annual number of cold days will drop from 17 days in 1980–1999 to about 1 day in 2090–2099. About 65 percent of the model-scenario combinations indicate that there will be on average less than one cold day in 2090–2099. While all the model-emission scenarios in general have projected consistent trends in the change of temperature extremes in the 21st century, there is a large divergence in the projections between difierent model/emission scenarios. This reflects that there are still large uncertainties in the model simulation of the future climate of extreme temperature events.