QM和QDM方法对中国极端气候的高分辨率气候变化模拟的误差订正对比

采用分位数映射（Quantile Mapping, QM）和delta分位数映射（Quantile Delta Mapping, QDM）两种误差订正方法对区域气候模式RegCM4在中国区域内模拟的逐日气温和降水数据进行订正。模式数据是5种不同全球气候模式驱动下的区域模式气候变化模拟结果。计算订正前后的极端气候指数进行对比分析,包括日最高气温极大值（TXx）、日最低气温极小值（TNn）、连续干旱日数（CDD）和最大日降水量（RX1day）。结果表明,5组模拟结果和其集合平均（ensR）都显示气温指数的模拟效果高于降水指数,其中对TXx模拟最好,对CDD的模拟最差;经过订正后,针对不同模式的两种订正结果都能够有效地减小模式与观测的偏差并提高了空间相关系数,且两种方法的订正效果无明显差别。对RCP4.5情景下未来变化的分析中,QM在一定程度上改变了模式模拟的未来变化幅度和空间分布特征,QDM则能够有效地保留所有极端指数的气候变化信号。从全国平均来看,除CDD外,所有指数未来都呈现增加趋势,且QDM订正结果与订正前模式模拟的变化趋势更为接近。建议在气候变化模拟的误差订正中采用QDM方法。     

新疆地区未来气候变化的区域气候模式集合预估

本文基于一套在5个全球气候模式结果驱动下,RegCM4区域气候模式对东亚25 km水平分辨率的集合预估,分析了中、高温室气体典型排放路径（RCP4.5和RCP8.5）下,21世纪不同时期新疆地区的未来气候变化。对模式当代气候模拟结果的检验表明,区域模式的模拟集合（ensR）总体上能够很好地再现当代新疆平均气温、降水和极端气温、降水分布特征。ensR预估21世纪未来新疆平均气温和降水将不断升高或增加,RCP8.5下的变化大于RCP4.5。在21世纪末期RCP8.5下,区域年平均气温和降水将分别增加4.9°C和28%（102 mm）,夏季（6～8月）的升温幅度略高于冬季（12～2月）,降水则以冬季增加为主。极端温度以及高温日数同样将不断升高,其中年日最低气温最小值的增幅总体高于年日最高气温最大值,未来新疆地区的极端冷事件将减少,高温、热浪事件将增加。由极端降水指标日最大降水量反应的强降水事件将普遍增加,连续无降水日数总体以减少为主。积雪变化存在一定区域差异,具体表现为除塔里木盆地外的普遍减少。对总径流量和表层土壤湿度的预估分析表明,二者在新疆地区均以增加为主,但水文干旱在北疆会加重。ensR各模拟间无论是在当代模拟还是未来预估中都表现出较好的一致性,但在变化的具体数量及个别情况下符号均存在一定差异。最后,综合考虑ensR对各要素的预估发现,总体而言新疆未来更趋向于“暖湿化”,但这不会改变其干旱、半干旱气候的本质,而且水文干旱频率在一些地区会增加,未来新疆的水资源状况仍不容乐观。     

东南亚地区未来气候变化的区域气候模式预估

在联合区域气候降尺度试验CORDEX(Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment)的框架下,使用全球气候模式MPI-ESM-MR（简称MPI）的模拟结果,驱动区域气候模式RegCM4(Regional Climate Mode version 4),开展了在中等温室气体排放路径RCP4.5下的东南亚区域21世纪气候变化预估试验。试验中模式的水平分辨率为25 km×25 km,积分时间为1981～2099年。模式对东南亚区域当代（1986～2005年）气候的模拟结果表明：MPI与RegCM4对这一区域年平均气温、降水的空间分布特征均具有较好的模拟能力;相比于全球模式,高分辨率的RegCM4提供了空间分布上更为精细的气候信息,但其模拟的气温存在系统性冷偏差,对降水的模拟则普遍偏多。对未来气候变化的预估显示,MPI与RegCM4预估的未来气温均一致表现为增加,至21世纪末期（2081～2099年）,预估的区域年平均气温升高幅度分别为1.8°C和1.7°C。二者对降水的预估则存在较大差异,MPI预估的年平均降水有不同程度增加,而Reg...     

兰江流域气候与水文模拟研究

该文建立了气候-水文嵌套模式,用于气候变化情景下流域气候、水文模拟,并在此基础上进行水资源评估.首先应用20km高分辨率的区域气候模式RegCM3,嵌套全球环流模式FvGCM的大气部分,在中国东部地区进行了两组30a积分的模拟试验,即控制试验和未来预测试验.控制试验(1961-1990年)结果表明,RegCM3能较细致地刻画浙江省的地形分布,模拟的浙江省的多年平均气温和降水均呈现出明显的地形特征,与实况较为符合.兰江流域年平均气温模拟较好,但夏季降水模拟量明显偏低.在未来预测试验中,构建了SRES A2排放情景下兰江流域2071-2100年的气候变化情景.然后,用兰江流域的历史观测资料对分布式水文模型DHSVM进行了率定和验证,该模型较好地再现了兰江流域的历史径流过程,具有较好的模拟特性.最后,将RegCM3的两组试验结果输入到DHSVM中,驱动模型进行水文模拟.模拟结果表明:相对于1961-1990年,兰江流域2071-2100年各月的平均气温均呈上升趋势,年平均气温上升幅度达2.84 ℃;年降水量也将增加,主要发生在4-7月的汛期,可能会导致汛期洪涝灾害发生频率上升;年径流深变化与年降水量变化基本一致,汛期径流将明显增加.在全球持续变暖的背景下,兰江流域未来高温热浪和洪涝等气候、水文极端事件有可能进一步加剧.     

基于高分辨率模拟数据RCP4.5情景下的华中区域气候变化预估

基于RegCM4.4高分辨率区域气候模式数据和华中区域1986—2005年逐日气象观测资料,在对模式模拟性能检验的基础上,对中国华中区域未来不同时期、1.5℃和2℃温升阈值下气候变化进行预估。结果表明：模拟结果能较准确反映出区域气温、降水年内变化特征及空间分布特征;与观测值相比,气温模拟值偏低、降水模拟值偏大;与1986—2005年相比,未来RCP4.5温室气体排放情景下2020—2098年中国华中区域气温增幅为2.1℃,且以0.3℃/10 a的趋势增加,降水量无明显变化趋势;远期（2080—2098年）气温将上升2.88℃,降水将增加7.58%,均高于近期（2020—2035年）和中期（2046—2065年）;1.5℃温升情景下华中区域气温上升1.22℃,降水增加1.93%;2℃温升情景下,华中区域气温上升1.36℃,降水增加3.57%。     

CMIP6模式对亚洲中高纬区极端温度变化的模拟及预估

利用观测的亚洲中高纬区逐日最高、最低气温和CMIP6计划中28个全球气候模式资料,系统评估了CMIP6模式对亚洲中高纬区日最高温(TXx)和日最低温(TNn)的模拟性能,并对其未来演变趋势进行了科学预估。主要结论如下:1)CMIP6大部分模式能合理地模拟亚洲中高纬区TXx和TNn自南向北、自西到东逐渐降低的空间分布特征,但所有模式均在青藏高原北部地区附近存在较大的冷偏差。模式对气候平均态的模拟一致性较好,对TNn的模拟优于TXx;但是对于趋势变化模拟,对TXx的模拟与观测更为接近,而且多模式集合的模拟效果更优。2)预估结果指出,日最高气温和最低气温在21世纪均表现出显著增温趋势,其中TNn增加趋势更加明显。在SSP5-8.5排放情景下,到了21世纪末期,TXx约增加7.0℃,TNn约增加9.6℃。此外,预估结果不确定性随时间推移、排放增多而增加,其中对于TXx的预估结果可信度更高。     

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。     

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）。     

6.25 km高分辨率降尺度数据对雄安新区及整个京津冀地区未来极端气候事件的预估

基于RCP4.5情景下6.25 km高分辨率统计降尺度数据,使用国际上通用的极端气候事件指数,分析雄安新区及整个京津冀地区未来极端气候事件的可能变化。首先对当代模拟结果进行评估,结果表明,集合平均模拟可以较好地再现大部分极端气候事件指数的分布,且对与气温有关的极端气候事件指数模拟效果较好。但也存在一定偏差,特别是对连续干旱日数(CDD)的模拟效果相对较差。集合平均的预估结果表明,未来在全球变暖背景下,雄安新区及整个京津冀地区均表现为极端暖事件增多,极端冷事件减少,连续干旱日数减少,极端强降水事件增多。具体来看,到21世纪末期,日最高气温最高值(TXx)和日最低气温最低值(TNn)在整个区域上都是增加的,大部分地区增加值分别超过2.4℃和3.2℃;夏季日数(SU)和热带夜数(TR)也都表现为增加,但两者的变化分布基本相反,其中SU在山区增加幅度较大,平原地区增加幅度较小,而TR在平原地区的增加值较山区更显著,两个指数未来增加值分别为20~40 d和5~40 d;霜冻日数(FD)和冰冻日数(ID)都表现为减少,减少值分别超过10 d和5 d;与降水有关的极端气候事件指数,CDD、降雨日数(R_1mm)和中雨日数(R_10mm)的变化均以减少为主,但数值较小,一般都在?10%~0之间;最大5 d降水量(R_X5day)、降水强度(SDII)和大雨日数(R_20mm)主要表现为增加,增加值一般在0~25%之间。从区域平均的变化来看,与气温有关的极端气候事件指数的变化趋势较为显著,与降水有关的极端气候事件指数变化趋势较小。两个区域对比来看,雄安新区模式间的不确定性更大,反映出模式对较小区域模拟的不足。     

中国20年一遇气温和降水极值变化的高分辨率模拟

基于25 km高分辨率区域气候模式（RegCM3）嵌套MIROC3.2_hires全球气候模式结果,进行IPCC SRES A1B情景下21世纪气候变化的模拟,分析中国区域未来气温和降水极值重现期的变化。首先检验模式对当代（1981-2000年）极端事件重现期的模拟能力,结果表明,模式能够较好地再现中国地区20年一遇极端事件的基本分布型,但所模拟的数值与观测相比还有一定偏差,特别是在极端降水方面。21世纪中期（2041-2060年）和末期（2081-2100年）20年一遇的高温极值在整个区域内均将升高,东北地区增幅最大;低温极值将增大,中心位于内蒙古、新疆及青藏高原南麓;降水极值也将普遍增大。气温和降水极值在21世纪末期的增加幅度均比中期要大。在未来全球变暖背景下,中国地区极端高温事件将明显增多,面积增大;极端低温事件将大幅度减少,面积减少;强降水事件也将增多,面积不断扩大。     

Projected Changes in Temperature and Precipitation Extremes over China as Measured by 50-yr Return Values and Periods Based on a CMIP5 Ensemble

Future changes in the 50-yr return level for temperature and precipitation extremes over mainland China are investigated based on a CMIP5 multi-model ensemble for RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The following indices are analyzed:TXx and TNn(the annual maximum and minimum of daily maximum and minimum surface temperature), RX5 day(the annual maximum consecutive 5-day precipitation) and CDD(maximum annual number of consecutive dry days). After first validating the model performance, future changes in the 50-yr return values and return periods for these indices are investigated along with the inter-model spread. Multi-model median changes show an increase in the 50-yr return values of TXx and a decrease for TNn, more specifically, by the end of the 21 st century under RCP8.5, the present day 50-yr return period of warm events is reduced to 1.2 yr, while extreme cold events over the country are projected to essentially disappear.A general increase in RX5 day 50-yr return values is found in the future. By the end of the 21 st century under RCP8.5, events of the present RX5 day 50-yr return period are projected to reduce to 10 yr over most of China. Changes in CDD-50 show a dipole pattern over China, with a decrease in the values and longer return periods in the north, and vice versa in the south. Our study also highlights the need for further improvements in the representation of extreme events in climate models to assess the future risks and engineering design related to large-scale infrastructure in China.     

Change in Extreme Climate Events over China Based on CMIP5

The changes in a selection of extreme climate indices(maximum of daily maximum temperature(TXx),minimum of daily minimum temperature(TNn),annual total precipitation when the daily precipitation exceeds the 95th percentile of wet-day precipitation(very wet days,R95p),and the maximum number of consecutive days with less than 1 mm of precipitation(consecutive dry days,CDD))were projected using multi-model results from phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project in the early,middle,and latter parts of the 21st century under different Representative Concentration Pathway(RCP)emissions scenarios.The results suggest that TXx and TNn will increase in the future and,moreover,the increases of TNn under all RCPs are larger than those of TXx.R95p is projected to increase and CDD to decrease significantly.The changes in TXx,TNn,R95p,and CDD in eight sub-regions of China are different in the three periods of the 21st century,and the ranges of change for the four indices under the higher emissions scenario are projected to be larger than those under the lower emissions scenario.The multi-model simulations show remarkable consistency in their projection of the extreme temperature indices,but poor consistency with respect to the extreme precipitation indices.More substantial inconsistency is found in those regions where high and low temperatures are likely to happen for TXx and TNn,respectively.For extreme precipitation events(R95p),greater uncertainty appears in most of the southern regions,while for drought events(CDD)it appears in the basins of Xinjiang.The uncertainty in the future changes of the extreme climate indices increases with the increasing severity of the emissions scenario.     

基于多区域模式集合的中国西部干旱区极端温度未来预估

利用CORDEX-EA计划11个区域模式模拟结果,集合预估了中国西部干旱区16个极端温度指数未来的变化趋势及空间分布。结果表明:1)区域模式基本上能够再现近30 a西部干旱区极端温度的空间分布。2)多模式集合预估的西部干旱区21世纪中期霜冻日数(FD)和冰封日数(ID)呈现显著的下降趋势,而热夜日数(TR)和夏季日数(SU)则呈现明显的上升趋势。3)未来异常暖昼持续指数(WSDI)和生长期(GSL)呈现增加趋势,异常冷昼持续指数(CSDI)和日较差(DTR)则呈现下降趋势。4)未来气候增温导致冷昼日数(TX90p)、暖夜日数(TN90p)增加,而暖昼日数(TX10p)和冷夜日数(TN10p)减少。5)未来月最高温度极大值(TXx)、月最低温度极大值(TNx)、月最高温度极小值(TXn)和月最低温度极小值(TNn)都呈现增加的趋势。因此,西部干旱区未来发生极端低温事件的概率减小,发生极端高温事件的概率则会增大,但不同的极端温度指数变化的空间分布并不均一,存在明显的区域差异。     

Assessment of Temperature Extremes in China Using RegCM4 and WRF

This study assesses the performance of temperature extremes over China in two regional climate models(RCMs),RegCM4 and WRF, driven by the ECMWF's 20 th century reanalysis. Based on the advice of the Expert Team on Climate Change Detection and Indices(ETCCDI), 12 extreme temperature indices(i.e., TXx, TXn, TNx, TNn, TX90 p, TN90 p,TX10 p, TN10 p WSDI, ID, FD, and CSDI) are derived from the simulations of two RCMs and compared with those from the daily station-based observational data for the period 1981–2010. Overall, the two RCMs demonstrate satisfactory capability in representing the spatiotemporal distribution of the extreme indices over most regions. RegCM performs better than WRF in reproducing the mean temperature extremes, especially over the Tibetan Plateau(TP). Moreover, both models capture well the decreasing trends in ID, FD, CSDI, TX10 p, and TN10 p, and the increasing trends in TXx, TXn, TNx, TNn, WSDI, TX90 p,and TN90 p, over China. Compared with observation, RegCM tends to underestimate the trends of temperature extremes,while WRF tends to overestimate them over the TP. For instance, the linear trends of TXx over the TP from observation,RegCM, and WRF are 0.53?C(10 yr)^-1, 0.44?C(10 yr)^-1, and 0.75?C(10 yr)^-1, respectively. However, WRF performs better than RegCM in reproducing the interannual variability of the extreme-temperature indices. Our findings are helpful towards improving our understanding of the physical realism of RCMs in terms of different time scales, thus enabling us in future work to address the sources of model biases.     

Propagation characteristic of atmospheric responses to abnormal warm SST in the Kuroshio Extension in winter

A complete picture of changes in climate extremes has been presented for Shanxi Province, China using data from all 61 available stations. The results reveal large spatial coherence of trends for the majority of extremes, especially for temperature extremes. Significant and symmetric increasing trends of the annual mean maximum and mean minimum temperatures (TXam, TNam) are detected over the past 50 years. Significant positive trends are detected for warm days and nights (TX90p, TN90p), the highest and lowest maximum and minimum temperatures (TXx, TXn, TNx, TNn), and the growing season length (GSL). Significant negative trends are revealed for cold days and nights (TX10p, TN10p) and frost days (FD). Significant decreases are found in the number of heavy precipitation days (R10mm) and wet day precipitation (PRCPTOT). Although Shanxi and the northern half of North China Plain (NNCP) have been grouped into the North China region and assessed together in previous studies for China, the changes in climate extremes in the NNCP have some pronounced differences in comparison with Shanxi. Noticeably, the increase of the TNam is at a rate nearly three times that of the TXam during 1959–2008 over the NNCP. The warming for the nighttime indices TN90p, TN10p, TNx, and TNn is stronger, but the warming for the daytime indices TX10p, TX90p, and TXx is weaker in the NNCP. There is no significant decrease for R10mm and PRCPTOT in the NNCP.     

基于ETCCDI指数2017年中国极端温度和降水特征分析

利用中国1961—2017年2419站均一化逐日气候数据,计算了气候变化检测和指数联合专家组定义的26个极端气候指数,分析2017年中国极端温度和降水特征。结果表明：2017年中国区域平均的所有极端高温指数均高于1961—1990年30年平均,所有极端低温指数均低于1961—1990年30年平均。中国区域平均的多个极端温度指数达到或者接近历史极值,其中年最小日最高气温(TXn)和年最小日最低气温(TNn)均达到历史最高值,冷夜(TN10p)、冷昼(TX10p)和持续冷日日数(CSDI)达到历史最低值。年最大日最高气温(TXx)、年最大日最低气温(TNx)、暖夜(TN90p)、霜冻(FD)、冰冻(ID)、热夜(TR)、生长期长度(GSL)排在1961年以来的第2或第3位,其余极端温度指数全部排在了1961年以来前10位。2017年中国区域平均的10个极端降水指数中,有7个指数值处于1961—2017年1个标准差范围内,指示2017年的极端降水接近正常年。