重庆高温热浪指数和暖夜指数变化及其情景预估

利用重庆地区1951—2008年逐日气温资料分析了近58年重庆高温热浪指数(HWDI)和暖夜指数(TN90)的年际、年代际变化及其与气温各要素的关系。利用用于IPCC-AR4的全球气候模式产品,在验证其对重庆地区热浪和暖夜指数的模拟能力的基础上,筛选模拟能力较好的模式进行合理组合,并考虑模式模拟气候参考时段的偏差,预估高(A2)、中(A1B)、低(B1)3种排放情景下21世纪重庆地区热浪和暖夜指数的变化。与目前气候(1980—1999年)相比,3种情景下21世纪重庆地区热浪和暖夜指数都将呈显著增加的趋势。2011—2100年,3种不同情景下热浪指数的平均增幅为7.7～12.3天,暖夜指数的平均增幅为12.2%～16.4%。分阶段来看,3种不同排放情景下,21世纪前期(2011—2040年)热浪指数的平均增幅为3.1～4.1天,暖夜指数的平均增幅为5.7%～7.3%;中期(2041—2070年)热浪指数的平均增幅为6.9～11.3天,暖夜指数的平均增幅为12.2%～17.5%;后期(2071—2100年)热浪指数的平均增幅为12.4～21.6天,暖夜指数的平均增幅为17.1%～27.8%。     

21世纪重庆最大连续5d降水的预估分析

 利用用于IPCC第四次评估报告的全球气候模式产品,验证其对重庆地区最大连续5 d降水（R5d）的模拟能力的基础上,对模拟能力较好的模式进行组合,预估温室气体排放高（A2）、中（A1B)、低（B1）3种情景下未来21世纪重庆地区R5d的变化。与目前（1980-1999年）气候相比,不同情景下21世纪重庆地区R5d均可能增加,尤其是21世纪后期相比21世纪前、中期增加更为显著。     

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)。     

5个IPCC AR4全球气候模式对东北三省降水模拟与预估

利用IPCC AR4中5个全球气候模式数据集和中国东北三省162个站降水实测资料,评估5个全球气候模式和多模式集合平均对中国东北三省降水的模拟能力,并对SRES B1、A1B和A2三种排放情景东北三省未来降水变化进行预估。结果表明：全球气候模式能较好再现东北三省降水的月变化,但存在系统性湿偏差;多模式集合平均能较好模拟东北三省年降水量的空间分布,但模拟中心偏北,强度略强,模式对东北三省夏季降水的模拟效果优于冬季降水;预估结果表明,三种排放情景下21世纪中前期和末期东北三省降水均将增多,21世纪末期增幅高于21世纪中前期,冬季增幅高于其他季节;就排放情景而言,SRES A1B和A2排放情景增幅相当,高于B1排放情景增幅;不同排放情景东北三省降水量增率分布呈较一致变化,A2排放情景下,增幅最显著的辽宁环渤海地区年降水量在21世纪中前期将增加7%以上,21世纪末期将增加16%。     

基于19个站的不同排放情景下贵州21世纪气候变化预估

运用IPCC AR4提供的模式预估结果,分析了基于19个站的不同排放情景下21世纪贵州气候变化特征,结果表明:21世纪贵州省将继续变暖、变湿,且人类排放越大,增温增湿的幅度越大。从未来情景气候预估的区域性特征来看,相对于基准期(1981—1999年),2011—2040年,A2(高排放)、A1B(中排放)和B1(低排放)3种排放情景下全省年平均气温偏暖在1℃以下,且省北部地区偏暖程度略大。2041—2070年,3种排放情景下全省年平均气温分别比基准期偏暖1.6~2℃、1.8~2.4℃和1.2~1.8℃,且均表现为省东北部偏暖幅度大、西南部偏暖幅度小的态势。2071—2099年,偏暖态势亦是东北部多、西南部少,3种排放情景下分别比基准期偏暖3℃以上、2.6~3.2℃和1.8~2.2℃。降水方面,前期(2011—2040年)在A2和A1B情景下相对于基准期全省年平均降水以偏少为主,偏少幅度在2%以内,在B1情景下相对于基准期省西北部降水偏少东南部降水偏多,变化幅度基本在1%以内。21世纪中期(2041—2070年)和后期(2071—2099年)在3种排放情景下全省各区域降水相对于基准期均是偏多。其中2041—2070年,3种排放情景下全省年平均降水分别偏多0%~3%,2%~5%和1%~3%,且偏多态势分布在3种情景下均不一致。2071—2099年,降水偏多的态势为南多北少,具体表现为3种排放情景下分别偏多4%以上,3%以上和2%~5%。     

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。     

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。     

基于全球气候系统模式结果的重庆21世纪气候变化预估分析

利用政府间气候变化委员会（IPCC）第4次评估报告提供的13个新一代气候系统模式的模拟结果,分析了不同情景下（高排放SRESA2、中等排放SRESA1B和低排放SRESB1）重庆地区21世纪的气候变化。结果表明：21世纪重庆气候总体有显著变暖、变湿趋势,年平均气温变暖趋势为每100年2．3～4．2℃,年降水增加趋势为每100年5．9％～8．8％。冬季变暖最明显,春季降水增加较显著、秋季减少较明显。在A2、A1B和B1情景下,21世纪后期气温分别比常年偏高3．68、3．28、2．26℃,年降水分别比常年偏多5．24％、5．77％和3．43％。     

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。     

多模式集合对中国气温的模拟效果及未来30年中国气温变化预估

利用1961-1999年中国区域701个气象站气温观测资料,分析了20个全球气候模式(IPCCAR4)在中国区域地面气温的模拟能力;利用三因素统计方法,先确定各模式气温模拟的权重因子,最后对多模式做不等权重和等权重的集合模拟.在此基础上分析了A2,A1B,B1排放情景下未来时段(2011-2040年)中国区域的气温变化...     

未来气候变化对天津市办公建筑制冷采暖能耗的影响

利用能耗模拟软件（TRNSYS）模拟了1971—2010年天津市办公建筑制冷和采暖能耗,结合未来不同排放情景（低排放：B1;中等排放：A1B）下气候预估数据,定量评估了未来（2011—2100年）气候变化对办公建筑能耗的影响。结果表明,2011—2100年热负荷呈显著的下降趋势,而冷负荷显著上升,冷负荷的上升幅度高于热负荷的下降,导致总能耗呈微弱的上升趋势;低排放情景下热负荷的下降和冷负荷的上升幅度低于中等排放情景,总能耗的变化在两种排放情景下没有明显差异;与1971—2010年相比,低排放和中等排放两种情景下2011—2050年热负荷下降10%左右,而冷负荷上升约12%,总能耗增加超过2%;2051—2100年热负荷的下降和冷负荷的上升更为明显,尤其是冷负荷上升（约30%）,总能耗增加8%左右,冷负荷变化率在两种情景下相差较大。     

未来气候变化对淮河流域径流的可能影响

采用新安江月分布式水文模型, 结合1961—2000年历史月气候资料和4个CGCMs的3个SRES排放情景下 (B1, A 2, A 1B) 未来降水和气温情景模拟结果, 对过去淮河流域的径流进行模拟检验并对未来2011—2040年的径流影响进行评估, 为水资源管理和规划提供依据。结果表明:水文模型能较好地反映年、月流量以及多年平均值和季节的变化; 年流量模拟一般好于月流量, 淮河干流主要控制水文站如王家坝、鲁台子、蚌埠的年流量模型效率系数均在80%以上; 多年平均值模拟效果好, 平均绝对相对误差为10%。多数CGCMs不同排放情景下气候模拟结果表明:未来2011—2040年, 淮河流域气候将趋于暖湿, 但年径流量将可能以减少趋势为主。这对淮河地区水资源的可持续发展以及东线调水工程水资源统一调配和管理提出了较大的挑战。淮河流域大部分区域2011—2040年月径流量减少将主要发生在1月和7—12月, 变化趋势较为确定; 4—6月, 径流量将以增加趋势为主, 不确定性较大; 2—3月, 径流具有增加趋势的地区多分布在淮河以北地区, 具有减少趋势的地区则多分布在淮河干流及以南地区和洪泽湖、平原区, 这些地区增加或减少趋势的不确定性较大。     

CMIP5全球气候模式对贵州省极端气温的预估

利用泰勒图客观地评估了贵州省在参照时段1986—2005年8个CMIP5模式试验结果对气温的模拟能力,并采用在等权重系数条件下的集合平均结果计算了贵州省21世纪不同阶段不同情景下未来极端气温指数.研究表明：8个模式的集合平均的模拟效果能较好地模拟用于计算极端气温指数的基础数据,包括日平均气温、日最低气温和日最高气温.根据集合平均的结果,不同RCPs排放情景下21世纪贵州省相对于基准期大于25℃的高温日数（SU）、最低气温的最低值（TNN）和生长季长度（GSL）均表现为增加的趋势,而小于0℃的霜冻日数（FD）则呈现减少的趋势,排放越高,增加或减少的趋势越明显.RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下2006—2099年贵州省极端气温指数相对于1986—2005年SU、TNN、FD和GSL的变化速率分别为8.06~1.30 d／（10 a）、0.49~0.07℃／（10 a）、-4.99~-0.97 d／（10 a）和3.33~0.04 d／（10 a）.     

CMIP5模式对中国地区气温模拟能力评估与预估

利用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）中29个气候模式的气温模拟结果,评估了各模式对中国地区年平均气温的模拟能力,对未来不同典型浓度路径（RCPs）下中国地区气温的可能变化给出了预估。结果表明：各模式能较好地模拟过去100多年中国地区增温趋势和年平均气温的空间分布,从模式间标准差来看,各模式对中国中部、南部气温模拟具有较高的一致性。利用相对均方根误差分析了各模式的模拟能力,对于多时间尺度（月、年）气温的气候平均态,有7个模式表现良好,高于中等水平,5个模式的模拟能力低于中等水平,模式集合平均值的模拟效果优于大多数单个模式。根据29个模式的评估结果,使用模拟性能相对较好的模式分析了未来不同排放情景下中国地区气温变化,21世纪前期,不同排放情景之间的预估结果差别较小,21世纪中期各情景之间的差别逐渐增大,到21世纪后期,3种排放情景的升温差别明显增大。     

IPCC AR4多模式对海河流域气候模拟能力的评估及预估

根据海河流域1961-2010年气象观测资料,检验IPCC AR4中全球气候模式和多模式集合的模拟能力,并预估未来2011-2050年气候变化的可能趋势,结果表明:全球气候模式以及多模式集合对海河流域都具有一定的模拟能力,其中MIUB_ECHO_G模式和多模式集合具有相对较好的模拟能力.海河流域气温和降水未来情景预估表明:气温整体呈现增加趋势,尤其是A1B情景下各模式的年升温率均高于全国水平;未来降水也呈现增加趋势,在A1B和B1情景下,各模式都为夏季降水增加显著.A2情景下,春季时各模式降水均增加显著,A1B情景下,MIUB_ECHO_G模式模拟在2013年出现突变,降水量出现显著增长,A2情景下,MIUB_ECHO_G模式和多模式集合模拟的降水量则是在2031年和2001年出现突变,出现显著增长.     

CMIP5耦合模式对北半球3—4月积雪面积的历史模拟和未来预估

基于卫星观测数据,评估了23个CMIP5耦合模式对北半球3—4月积雪面积的模拟能力,在此基础上应用多模式集合平均结果,预估了未来不同温室气体排放情景下北半球3—4月积雪面积的变化情况。结果表明:整体上看,CMIP5耦合模式对北半球3—4月积雪面积具有一定的模拟能力,模式基本能再现北半球3—4月积雪面积的分布特征,但对高原等复杂地形地区积雪的模拟偏差较大并且低估了北半球积雪的减少趋势,这些可能是由卫星资料本身的缺陷以及模式参数化方案的不同造成的。多模式集合预估结果表明,未来几十年北半球3—4月积雪将继续减少并且集中发生在欧亚大陆中西部地区。温室气体排放将会对未来北半球积雪的变化产生显著影响。在RCP8.5情景下,未来北半球积雪减少最显著;在RCP4.5和RCP6.0情景下,在21世纪前半叶北半球积雪减少趋势与RCP8.5情景相当,但是在21世纪后半叶积雪的减少趋势明显小于RCP8.5情景;在RCP2.6情景下,北半球积雪减少趋势最小。所以,控制温室气体排放对于未来北半球积雪的生存至关重要。     

基于SSA-BP神经网络模型的全球入海径流量未来变化趋势

入海径流是水循环的重要环节,探究气候变化背景下全球入海径流量的时空变化特征,可为水资源合理利用提供依据。基于全球376条外流河逐月流量、ERA5-LAND再分析资料和10个全球气候模式,构建基于SSA-BP神经网络的降水径流关系模型,分析全球入海径流量在历史时期(1961—2020年)和未来(2021—2100年)3种情景(SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5)下的时空变化特征。研究发现：(1)全球尺度上,1961—2020年,多年平均入海年径流量为37423 km³。2021—2100年,全球入海年径流量在未来3种情景下均呈增加趋势,SSP1-2.6情景下趋势显著。与基准期相比,21世纪末期增幅最大。(2)洲际尺度上,历史时期,非洲入海径流量呈显著减少趋势,北美洲呈显著增加趋势。2021—2100年,亚洲、北美洲在3种情景下呈增加趋势,大洋洲呈减少趋势,其余各大洲情景间差异明显。(3)纬向分布上,历史时期,南北半球低纬度变化趋势不显著;北半球中纬度呈弱减少趋势,南半球中纬度呈显著减少趋势;北半球高纬度呈显著增加趋势。2021—2100年,从低到高...     

基于BP-CCA统计降尺度的中亚春季降水的多模式集合模拟与预估

利用中亚地区30个观测台站逐月降水资料及同期ERA-40再分析资料,结合8个CMIP5全球气候模式模拟与未来预估大尺度环流场,使用基于变形典型相关分析的统计降尺度方法（BP-CCA）建立降尺度模型,评估多个气候模式对当前气候下中亚地区春季降水的降尺度模拟能力,并对春季降水进行降尺度集合未来预估。结果表明,建立的降尺度模型能够很好地模拟出交叉检验期内春季降水的时间变化和空间结构：降尺度春季降水与相应观测序列的平均时间相关系数为0.35,最高为0.62,平均空间相关系数为0.87。气候模式对中亚春季降水的模拟能力通过降尺度方法得到了显著提高：8个模式降尺度后模拟的降水气候平均态相对误差绝对值降至0.2%—8%,相比降尺度前减小了10%—60%,模拟的降水量场与相应观测场的空间相关均超过0.77;对比降尺度前多模式集合结果,多模式降尺度集合模拟的相对误差绝对值由64%减小至4%,空间相关系数由0.47增大至0.81,标准化均方根误差降至0.59,且多模式降尺度集合结果优于大部分单个模式降尺度结果。多模式降尺度集合预估结果表明,在RCP4.5排放情景下,21世纪前期（2016—2035年）、中期（2046—2065年）和末期（2081—2100年）的全区平均降水变化率分别为-5.3%、3.0%和17.4%。21世纪前期中亚大部分地区降水呈减少趋势,降水呈增多趋势的站点主要分布在南部。21世纪中期整体降水变化率由减少变为增多趋势,21世纪末期中亚大部分台站降水增多较为明显。21世纪初期和末期可信度高的台站均主要位于中亚西部地区。     

典型相关分析方法对21世纪江淮流域极端降水的预估试验

利用1961—1990年江淮流域逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和HadCM3 SRES A1B情景下模式预估资料,采用典型相关分析统计降尺度方法,评估降尺度模型对当前极端降水指数的模拟能力,并对21世纪中期和末期的极端降水变化进行预估。结果表明：通过降尺度能够有效改善HadCM3对区域气候特征的模拟能力,极端降水指数气候平均态相对误差降低了30%～100%,但降尺度结果仍然在冬季存在湿偏差、夏季存在干偏差;在SRES A1B排放情景下,该区域大部分站点的极端强降水事件将增多,强度增大,极端强降水指数的变化幅度高于平均降水指数,且夏季增幅高于冬季;冬季极端降水贡献率（R95t）在21世纪中期和末期的平均增幅分别为14%和25%,夏季则分别增加24%和32%。     

江苏春季霜冻气候变化特征及其未来可能变化趋势

在利用江苏省35站1961-2008年气象观测资料分析春霜冻发生时空演变特征的基础上,利用“WCRP”的耦合模式比较计划一阶段3的多模式未来气候数据,分析了未来不同气候变化情景下江苏省春霜冻变化趋势。结果表明：近48a来,江苏省终霜冻期显著提早、春霜冻日数明显减少;终霜冻期和春霜冻日数均在20世纪90年代后期发生气候突变。在未来全球气候变化背景下,江苏的终霜冻期将进一步明显提前,其中在中排放情景下（A1B）,2020s终霜冻期将比1961-1999平均终霜冻期提前4．6～9．6d,至2060s将提前14．6～17．7d;在高排放情景下（A2）,2020s将提前7．3～11．3d,至2060s将提前12．8～16．5d;在低排放情景下（B1）,2020s将提前5．3～10．2d,至2060s将提前9．4～14．2d。