全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水的变化特征北大核心CSCD

中国乡村振兴核心区生态环境较脆弱,暴雨洪涝等气象灾害频发,在此背景下,定量、科学地评估乡村振兴核心区全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为乡村振兴核心区防止因灾返贫策略等的制定提供一定的科学依据。本研究基于CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6)气候模式下不同SSPs-RCPs(Shared Socioeconomic Pathways-Representative Concentration Pathways)组合情景模拟数据,对全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水事件频次、强度和持续时间的变化特征进行了分析。结果表明:(1)相对于基准期(1995~2014年),全球升温1.5℃情景下,乡村振兴核心区受极端降水影响明显增大,面积占比60.91%的区域极端降水频次增加,面积占比88.19%的区域极端降水强度增强,面积占比81.07%的区域极端降水持续时间增加;(2)全球升温2.0℃情景下,乡村振兴核心区三项极端降水指标变化与升温1.5℃情景下相似,相对于基准期有增加趋势,极端降水频次、强度和持续时间面积占比分别为55.78%、85.24%、79.33%;(3)从空间角度分析,全球升温1.5℃和2.0℃情景下,乡村振兴核心区中西部相较东部可能更易受极端降水的影响,西藏片区频次和持续时间增加显著,尤其值得关注;(4)当全球升温从1.5℃到2.0℃情景,乡村振兴核心区整体极端降水特征的变化未表现出明显增减趋势及空间特征。相比1.5℃较基准期的变化,2.0℃情景下极端降水频次、强度、持续时间的增加区域范围均缩小,但平均增幅均变大,对于发生极端降水事件的乡村振兴核心区区域而言可能面临更大的风险。     

仁化长坝沙田柚的气候适宜性及其变化趋势分析

应用仁化国家气象站和DB44/T 864-2011中的气候资料,采用数理统计方法对仁化长坝沙田柚生长的气温、降水和光照等条件及气候变化趋势进行研究。结果表明:(1)极端低温条件为特优,年平均气温、年降水日数为优,≧10℃年积温、年降水量为良,年日照时数为一般。(2)年平均气温、≧10℃年积温、极端低温和年降水量呈上升态势,速率分别为0.01、5.28、0.03℃/年、1.27 mm/年,其中年平均气温、≧10℃年积温通过0.01的显著性检验,极端低温通过0.05的检验;年降水日数和年日照时数呈下降态势,速率分别为-0.4 d/年、-0.99 h/年,其中年降水日数通过0.01显著性检验。(3)年平均气温和≧10℃年积温偏低风险呈下降态势,而年降水日数偏少的风险仍在增加。     

不同升温阈值下中国地区极端气候事件变化预估

本文基于耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的18个全球气候模式的模拟结果,预估了全球平均气温在不同典型浓度路径(RCPs)下达到2℃、3℃和4℃阈值时,中国地区气温和降水的变化,并采用了具有稳定统计意义的27个极端气候指标定量评估了全球平均气温达到不同阈值时,中国地区极端气候事件的可能变化。结果表明,未来我国平均气温增幅将高于全球平均增暖,极端暖事件(如暖夜、暖昼、热带夜)明显增多,达到4℃阈值时,暖夜指数相比参考时段增加约49.9%。极端冷事件(如冷夜、冷昼、霜冻)减少。随全球气温升高,中国北方平均降水增多。在不同升温阈值下,中国地区降水的极端性都体现出增强的趋势,强降水事件发生频率(如中雨日数、大雨日数)和强度(如五日最大降水量、极端强降水量)都明显增加。随升温阈值的升高,这些变化幅度更大,在 RCP8.5 情景下全球升温 3℃和4℃时,中国平均五日最大降水分别增加 12.5mm和17.0mm。我国西南地区极端降水强度的增幅高于其他地区。     

基于极端气温指数的高寒内流区升温特征分析

基于高寒内流区26个国家气象站的日气温资料,利用线性趋势法、5年滑动平均等方法分析高寒内流区近49年升温特征,结果表明：（1）1969-2017年,高寒内流区整体暖化。平均气温、平均最高气温、平均最低气温均呈显著上升趋势,年平均最低气温的上升趋势是年平均最高气温的1.5倍。空间上平均最高和最低气温均呈由东南向西北增加的趋势。（2）极端气温指数暖化趋势明显,生长季长度、极端气温暖指数以及一些冷指数（日最高气温的极低值）在高寒内流区北部增暖幅度较大,冰冻日数、霜冻日数在高寒内流区西南部、南部增温明显。暖指数和生长季长度自20世纪60年代以来呈上升趋势,而一些冷指数（冷昼日数和冷夜日数）、冰冻日数、霜冻日数和气温日较差的斜率多年来呈下降趋势。（3）冷指数的减小幅度大于暖指数的增大幅度,夜指数的减小幅度大于昼指数的增大幅度。（4）高寒内流区极端高温指数（日最高气温的极高值和日最高气温的极低值）受海拔影响较大;极端高温事件主要发生在低海拔区;极端气温随着大西洋副高强度增加、面积增大、脊线指数偏大,北界指数偏大,西太平洋副高位置偏东、强度加大呈增暖趋势。     

全球升温1.5℃和2.0℃情景下澜沧江流域极端降水的变化特征

澜沧江是我国为数不多的跨境河流,流域内多发暴雨、洪水灾害,因此定量、科学地评估澜沧江流域未来全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为澜沧江-湄公河沿线国家共同管理流域水资源和抵御自然灾害提供一定的科学指导。文中基于部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）下5个全球气候模式降水数据,通过偏差校正增强其在澜沧江流域极端降水的模拟能力,使用降水强度、日最大降水量和强降水量等9个指标评价未来全球升温1.5℃和2.0℃下澜沧江流域极端降水的变化情况,并对结果的不确定性和可信度进行研究,得出以下主要结论：随着全球温度的升高,澜沧江流域年降水和极端降水均呈现增大趋势,其中极强降水量（R99p）升幅最大,升温1.5℃和2.0℃下升幅分别为37%和75%;相对于基准期,全球升温2.0℃下各极端降水指数增幅明显大于升温1.5℃,前者升幅甚至超出后者一倍;未来全球升温情景下,澜沧江流域湿季会变得更湿润,而干季则会更干燥;澜沧江流域降水集中程度会增大,使得流域内洪涝灾害发生的风险增大;ISI-MIP气候模式对澜沧江流域未来极端降水模拟存在较大不确定性,升温2.0℃较升温1.5℃情景下不确定性更大,但相对于基准期,前者极端降水增大的可信度更高。     

近50 a齐齐哈尔市极端气候事件特征分析

利用目前国际上较流行的极端气候指数方法对1951～2006年齐齐哈尔市24种极端气候指数进行计算和分析,得到了齐齐哈尔市极端气候事件的事实和变化特征。结果表明:齐齐哈尔市的年最低气温、暖夜、热夜日数和生长季长度呈显著上升趋势;冷夜、冷日、霜日、冰日和日平均温差均呈显著下降趋势。各种降水指数的变化趋势都不显著;极端气温和降水指数均存在阶段性特征和突变特征;最低气温的增暖主要发生在20世纪80年代中期以后,而最高气温则在90年代以后变暖明显,夜间气温的上升对增暖进程的贡献更大;极端降水事件的强度和频率呈增加趋势,2000年以后增加趋势尤为明显。     

近50α齐齐哈尔市极端气候事件特征分析

利用目前国际上较流行的极端气候指数方法对1951～2006年齐齐哈尔市24种极端气候指数进行计算和分析,得到了齐齐哈尔市极端气候事件的事实和变化特征.结果表明:齐齐哈尔市的年最低气温、暖夜、热夜日数和生长季长度呈显著上升趋势;冷夜、冷日、霜日、冰日和日平均温差均呈最著下降趋势.各种降水指数的变化趋势都不显著;极端气温和降水指数均存在阶段性特征和突变特征:最低气温的增暖主要发生在20世纪80年代中期以后,而最高气温则在90年代以后变暖明显,夜间气温的上升对增暖进程的贡献更大;极端降水事件的强度和频率呈增加趋势,2000年以后增加趋势尤为明显.     

1.5和2℃升温阈值下中国温度和降水变化的预估

基于CMIP5耦合气候模式模拟结果对1.5和2℃升温阈值时中国温度和降水变化的分析表明,1.5℃升温阈值时,中国年平均升温由南向北加强且在青藏高原地区有所放大,季节尺度上升温的空间分布与其类似,就区域平均而言,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均气温分别升高1.83、1.75和1.88℃,气温的季节变幅以冬季升高最为显著;除华南和西南地区外中国大部分地区年平均降水量增多,降水的季节差异明显,以夏季降水的分布模态与年平均降水量的分布最为相似,区域平均的年降水量分别增加5.03%、2.82%和3.27%,季节尺度上以冬季降水增幅最大。2℃升温阈值时,RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均温度的空间分布与1.5℃升温阈值基本一致,中国年平均气温分别升高2.49和2.54℃,季节尺度上气温的变化以秋、冬季增幅最大;中国范围内年平均降水量基本表现为增多趋势,其中,西北和长江中下游部分地区表现为明显的季节差异,区域平均的年降水量分别增加6.26%和5.86%。与1.5℃升温阈值相比较,2℃升温阈值时中国年平均温度在RCP4.5和RCP8.5情景下分别升高0.74和0.76℃,降水则分别增加3.44%和2.59%,空间上温度升高以东北、西北和青藏高原最为显著,降水则在东北、华北、青藏高原和华南地区增加最为明显。      

全球1.5℃和2.0℃升温下潮白河流域气候和径流量变化预估

潮白河流域为北京主要供水源,其水资源量对北京用水保障至关重要,因此开展该流域在全球1.5℃和2.0℃升温下的径流预估研究具有现实意义。利用1961—2001年WATCH数据对SWAT水文模型进行率定和验证,在此基础上,应用第五次耦合模式比较计划(CMIP5)中5个全球气候模式在典型浓度路径(RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)下预估的全球1.5℃和2.0℃升温下的数据驱动SWAT模型,开展了潮白河流域气温、降水及径流量的变化预估研究,并量化评估由气候模式和RCPs导致的水文效应的不确定性。结果表明：(1) SWAT模型基本能较好地模拟潮白河流域的月径流特征,应用该模型进行气候变化对径流量的影响评估是可行的。(2)在全球1.5℃和2.0℃升温下,潮白河流域年平均温度较基准期(1976—2005年)分别增加1.5℃和2.2℃,年平均降水量也增加4.9%和7.0%。预估的年径流量在全球1.5℃升温下总体略有增加,盛夏和秋初的径流量占全年的比例也有所增加;在全球2.0℃升温下,年径流量增幅达30%以上,但夏季径流量占全年的比例明显减少。(3)在全球2.0℃升温下,潮白河流域极端丰水流量明显增加,洪涝发生风险增大。(4)未来气温、降水量和径流量的预估都存在一定的不确定性,在全球2.0℃升温下不确定性更大;相对而言,径流量的不确定性要远大于降水量的不确定性;无论是全球1.5℃升温下还是2.0℃升温下,预估不确定性主要来源于全球气候模式。     

全球升温1.5℃与2.0℃目标下长江流域极端降水的变化特征

基于区域气候模式COSMO-CLM及5个全球气候模式(GFDL-ESM2M,HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, MIROC-ESM-CHEM, NorESM1-M)1961—2100年逐日降水数据,采用重现期法计算20 a与50 a一遇极端降水量,研究全球升温1.5℃和2.0℃目标下长江流域极端降水的变化特征。研究发现:全球升温1.5℃目标下,长江流域20 a与50 a一遇极端降水量分别为78和93 mm,相比1986—2005年将增加10%和9%;空间上表现为中下游普遍增加,最大增幅145%,上游地区则主要表现为减少趋势;全球升温2.0℃目标下,20 a与50 a一遇极端降水量分别为81和98 mm,将较基准期上升14%和15%;中下游极端降水量显著上升,最大增幅约188%,上游成都平原以西以北明显下降;随全球升温由1.5℃至2.0℃时,20 a与50 a一遇极端降水量分别增加4%和6%,中下游较上游增幅更明显,最大增幅136%。因此,将温室气体减排目标控制在1.5℃水平对减缓长江流域尤其是中下游地区极端降水事件影响具有重要的意义。     

Detection, Causes and Projection of Climate Change over China： An Overview of Recent Progress

This article summarizes the main results and findings of studies conducted by Chinese scientists in the past five years.It is shown that observed climate change in China bears a strong similarity with the global average.The country-averaged annual mean surface air temperature has increased by 1.1℃over the past 50 years and 0.5-0.8℃over the past 100 years,slightly higher than the global temperature increase for the same periods.Northern China and winter have experienced the greatest increases in surface air temperature.Although no significant trend has been found in country-averaged annual precipitation, interdecadal variability and obvious trends on regional scales are detectable,with northwestern China and the mid and lower Yangtze River basin having undergone an obvious increase,and North China a severe drought.Some analyses show that frequency and magnitude of extreme weather and climate events have also undergone significant changes in the past 50 years or so. Studies of the causes of regional climate change through the use of climate models and consideration of various forcings,show that the warming of the last 50 years could possibly be attributed to an increased atmospheric concentration of greenhouse gases,while the temperature change of the first half of the 20th century may be due to solar activity,volcanic eruptions and sea surface temperature change.A significant decline in sunshine duration and solar radiation at the surface in eastern China has been attributed to the increased emission of pollutants. Projections of future climate by models of the NCC(National Climate Center,China Meteorological Administration)and the IAP(Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences),as well as 40 models developed overseas,indicate a potential significant warming in China in the 21st century,with the largest warming set to occur in winter months and in northern China.Under varied emission scenarios,the country-averaged annual mean temperature is projected to increase by 1.5-2.1℃by 2020,2.3-3.3℃by 2050, and by 3.9-6.0℃by 2100,in comparison to the 30-year average of 1961 1990.Most models project a 10% 12% increase in annual precipitation in China by 2100,with the trend being particularly evident in Northeast and Northwest China,but with parts of central China probably undergoing a drying trend.Large uncertainty exists in the projection of precipitation,and further studies are needed.Furthermore,anthropogenic climate change will probably lead to a weaker winter monsoon and a stronger summer monsoon in eastern Asia.     

北京气候变暖与主要极端气温指数的归因分析

在对资料进行均一化处理的基础上,分析了北京1960—2008 年气候变暖及主要极端气温指数的统计特征,并应用格兰杰检验法对其进行归因分析。结果表明:(1) 近49 a 来北京年平均气温增速约为0.39 ℃/(10 a),气候增暖具有明显的非对称性。(2) 霜冻指数和气温年较差呈下降趋势,降幅为3.9 d/(10 a)和0.8 ℃/(10 a)。生长季指数、暖夜指数及热浪指数则呈上升趋势,增幅平均达3.0 d/(10 a)、0.75%/(10 a)和1.5 d/(10 a)。(3) 北京年平均气温是霜冻指数、生长季指数及暖夜指数发生变化的格兰杰原因。虽然年平均气温与热浪指数在不同滞后期均具强相关性,但是检验表明它们之间并无显著的因果关系,很可能是由于某种原因导致的一种统计上的伪相关现象。      

Recent Progress in Studies of Climate Change in China

An overview of basic research on climate change in recent years in China is presented. In the past 100 years in China, average annual mean surface air temperature (SAT) has increased at a rate ranging from 0.03℃ (10 yr)-1 to 0.12℃ (10 yr)-1 . This warming is more evident in northern China and is more significant in winter and spring. In the past 50 years in China, at least 27% of the average annual warming has been caused by urbanization. Overall, no significant trends have been detected in annual and/or summer precipitation in China on a whole for the past 100 years or 50 years. Both increases and decreases in frequencies of major extreme climate events have been observed for the past 50 years. The frequencies of extreme temperature events have generally displayed a consistent pattern of change across the country, while the frequencies of extreme precipitation events have shown only regionally and seasonally significant trends. The frequency of tropical cyclone landfall decreased slightly, but the frequency of sand/dust storms decreased significantly. Proxy records indicate that the annual mean SAT in the past a few decades is the highest in the past 400-500 years in China, but it may not have exceeded the highest level of the Medieval Warm Period (1000-1300 AD). Proxy records also indicate that droughts and floods in eastern China have been characterized by continuously abnormal rainfall periods, with the frequencies of extreme droughts and floods in the 20th century most likely being near the average levels of the past 2000 years. The attribution studies suggest that increasing greenhouse gas (GHG) concentrations in the atmosphere are likely to be a main factor for the observed surface warming nationwide. The Yangtze River and Huaihe River basins underwent a cooling trend in summer over the past 50 years, which might have been caused by increased aerosol concentrations and cloud cover. However, natural climate variability might have been a main driver for the mean and extreme precipitation variations observed over the past century. Climate models generally perform well in simulating the variations of annual mean SAT in China. They have also been used to project future changes in SAT under varied GHG emission scenarios. Large uncertainties have remained in these model-based projections, however, especially for the projected trends of regional precipitation and extreme climate events.     

Changes in Mean and Extreme Temperature and Precipitation over the Arid Region of Northwestern China:Observation and Projection

This paper reports a comprehensive study on the observed and projected spatiotemporal changes in mean and extreme climate over the arid region of northwestern China, based on gridded observation data and CMIP5 simulations under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The observational results reveal an increase in annual mean temperature since 1961, largely attributable to the increase in minimum temperature. The annual mean precipitation also exhibits a significant increasing tendency. The precipitation amount in the most recent decade was greater than in any preceding decade since 1961. Seasonally,the greatest increase in temperature and precipitation appears in winter and in summer, respectively. Widespread significant changes in temperature-related extremes are consistent with warming, with decreases in cold extremes and increases in warm extremes. The warming of the coldest night is greater than that of the warmest day, and changes in cold and warm nights are more evident than for cold and warm days. Extreme precipitation and wet days exhibit an increasing trend, and the maximum number of consecutive dry days shows a tendency toward shorter duration. Multi-model ensemble mean projections indicate an overall continual increase in temperature and precipitation during the 21 st century. Decreases in cold extremes, increases in warm extremes, intensification of extreme precipitation, increases in wet days, and decreases in consecutive dry days, are expected under both emissions scenarios, with larger changes corresponding to stronger radiative forcing.     

1.5～4℃升温阈值下亚洲地区气候变化预估

基于18个CMIP5模式在RCP情景下的模拟结果,综合分析了全球升温1.5～4℃阈值下亚洲地区平均温度和降水以及极端温度和降水的变化,并着重对比了1.5℃与2℃升温阈值下的异同。结果表明：相比工业化前,在全球升温1.5℃、2℃、3℃和4℃阈值下,亚洲区域平均温度将分别升高2.3℃、3.0℃、4.6℃和6.0℃,高纬度地区的响应大于中低纬地区;降水分别增加4.4%、5.8%、10.2%和13.0%,存在明显的区域差异。极热天气将增加,极冷天气将减少;极端降水量的变率将会加大。与2℃升温阈值相比：1.5℃阈值下亚洲平均温度的上升幅度将降低0.5～1.0℃以上,大部分地区的降水增幅减少5%～20%,但西亚和南亚西部的降水则偏多10%～15%;极端高温的增温幅度在亚洲地区均匀下降,而极端低温的增温幅度在亚洲中高纬地区降低显著;亚洲大部分地区极端降水的增加幅度减弱,但在西亚会增强。全球升温1.5℃和2℃时,亚洲发生非常热天气的概率相比基准期（1861-1900年）均将增加1倍以上,发生极热天气的概率普遍增加10%;发生极端强降水的概率增加10%。     

1.5℃增暖对全球和区域影响的研究进展

《巴黎协定》明确提出将全球平均升温控制在相对于工业化前水平2℃以内,并努力将其控制在1.5℃以内,以降低气候变化的风险与影响。随后,《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）邀请IPCC筹备关于1.5℃增暖影响及温室气体排放途径的特别报告,为UNFCCC谈判提供科学依据。通过回顾近期发表的一些成果发现,在1.5℃到2℃的不同升温条件下,很多极端天气事件发生的概率将增加。2℃条件下一些易受威胁的系统,如生态系统和农业系统,将承受全球变暖带来的严重后果;海平面明显上升,珊瑚礁锐减,季风降水减弱等影响将进一步加强。同时,不同地区对全球不同程度增暖的响应也存在很大差异。总的说来,相较于2℃增暖而言,将增暖控制在1.5℃以内能进一步减小气候变化影响的风险。然而,要把全球增暖控制在1.5℃内具有极大的挑战性,并且目前对1.5℃增暖的影响认识仍然十分不足。定量分析2℃和1.5℃增暖对不同区域自然和人类系统造成的影响差异,需要更高分辨率的模式以及更多针对2℃和1.5℃增暖影响而设计的专门试验支持。     

近50年东北地区热量资源变化特征

利用1951—2005年东北地区100个气象站日平均气温资料,得出各年代稳定通过10℃,0℃积温及其持续天数和起止日期分布的变化,进而分析了气候变暖背景下东北地区热量资源的变化特征。结果表明:东北地区气温持续增暖,线性趋势达0.4℃/10 a,较我国其他地区更为显著,且与各热量资源指标有较好的相关性。东北地区气候变暖使得稳定通过10℃,0℃积温普遍显著升高,且稳定通过10℃,0℃积温的持续天数也普遍显著增加;稳定通过10℃,0℃积温和持续天数的等值线在东北平原和相对平坦的内蒙古高原向北大幅度推进,而在山区有向高海拔地区抬升的趋势;稳定通过10℃,0℃积温持续天数普遍增加是受到起始日期提前和终止日期延后的影响,而且起始日期提前比终止日期延后的影响更明显。东北地区热量资源的变化有利于东北地区粮食产量的提高和稳定。     

1961-2007年台安县气候变化特征分析

在全球变化背景下,台安县气候变化地域特征明显。本文利用1961—2007年的气候资料,通过气候倾向率和Mann-Kendall检测等方法,研究了台安县气候变化特征。结果表明:近47 a来,台安县气候明显变暖,平均气温以0.34℃/10 a的速度上升,积温净增加约260 ℃或以上,冬季增温对气候变暖的贡献最大,直接导致冬季最大冻土深度以3.6 cm/10 a速度变浅。年降水量出现减少趋势,春、夏季降水量减少比较明显,极端降水日数无变化规律。四季日照时数明显减少,不利于绿色植物的光合作用。近47 a间,除了年平均最高气温和降水量外,平均气温、年日照时数、平均最低气温、最大冻土深度、大于等于10 ℃积温和大于等于0 ℃积温等要素都发生了显著突变,但突变时间存在差异。