基于日值SPEI的青藏高原干旱演变特征

利用1980-2014年青藏高原74个台站的气象资料,通过Penman-Monteith公式计算了蒸散发及标准化降水蒸散指数（SPEI）,并采用M-K趋势分析和小波分析等方法研究了高原干旱变化的时空分布特征及变化趋势。结果表明,基于Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发的逐日SPEI指数能够很好地反映青藏高原干旱特征。1980年以来青藏高原SPEI值总体呈上升趋势,即偏于湿润,干旱强度有所降低。高原近35年的干旱演变具有明显的年代际差异,20世纪90年代之前干旱较为严重。小波分析结果表明高原干旱的发生存在2~4 a的振荡周期,在2~4 a的时间尺度上总体表现出干-湿周期变化。在整体小波变化周期中,1983-1997年虽然出现了干旱严重区间,但在1997年以后高原总体上呈现湿润趋势,3.7 a的主周期并没有影响整体变湿的趋势,且三种指标的3.7 a振荡主周期均通过了95%的红噪声检验。     

青藏高原气候变化的若干事实及其年际振荡的成因探讨

利用1961-2012年青藏高原88个气象台站逐月气温、降水以及温室气体等气候系统监测资料和CMIP5输出的未来气候变化情景数据,分析了近52年来青藏高原气候变化暖湿化的若干事实,揭示了其年际振荡与温室气体、高原加热场、高原季风、AO等气候系统因子的关系,预测了未来20~40年青藏高原可能的气候变化趋势。研究表明：近52年来青藏高原在总体保持气候变暖的趋势下自2006年以来出现了某些增暖趋于缓和的迹象,较全球变化滞后了8年左右;降水量的增加在青藏高原具有明显的普遍性和显著性,气候变湿较变暖具有一定的滞后性,降水量变化的5年短周期日趋不显著,而12年、25年较长周期逐渐明显且仍呈增多趋势。由于温室气体、气溶胶持续增加、高原夏季风趋强、ENSO事件和太阳辐射减少,青藏高原气候持续增暖但有所缓和;春季高原加热场增强、高原夏季风爆发提前且保持强劲,使得高原春、夏季和年降水量增加,而秋、冬季AO相对稳定少动,东亚大槽强度无明显变化,高原冬季风变化不甚显著,导致了高原秋、冬季降水量无明显变化。未来20~40年青藏高原仍有可能继续保持气温升高、降水增加趋势。     

近40年来青藏高原典型高寒草原和湿地蒸散发变化的对比分析

青藏高原地表蒸散发是决定亚洲水塔水储量变化的关键要素.在快速升温背景下,长时间尺度的青藏高原地表蒸散发如何响应气候变化亟需深入探讨.以青藏高原两种典型高寒生态系统(草原和湿地)为研究对象,以野外观测和互补蒸散发模型为研究手段,利用常规气象资料驱动互补蒸散发模型,应用于青藏高原的典型资料稀缺地区,并就模拟结果进行验证评估,揭示了两种典型高寒生态系统近40年的蒸散发变化特征.结果 表明,校正参数后的非线性互补蒸散发模型可较为准确地模拟两种下垫面的蒸散发,亦即该模型在青藏高原资料稀缺区具有较好的应用潜力.1973-2013年,青藏高原典型高寒草原蒸散发呈不显著的增大趋势,而高寒湿地则以2.0 mm/a的速率显著增大.相关分析表明,高寒草原和湿地蒸散发的年际变化主要与水汽压(即空气湿度)有关.阶段性分析发现,1970s至1990s末期,两种生态系统蒸散发皆在波动中逐渐增大;而1997年以后,高寒草原和高寒湿地蒸散发的变化模式表现出明显差异:前者在波动中逐渐减小,后者则持续增大至2000s中期.造成这种差异的原因可归结为高寒湿地受冰川融水的影响,土壤含水量可维持在较高的水平,加之2000s高寒湿地的水汽压和日照时数增大,使得该时段内地表蒸散发仍呈增大之势,亦即上游的冰川融水对下游的湿地蒸散发有重要影响.结果 表明,空间距离较近的两种典型高寒生态系统,由于所受水源补给不同,局地蒸散发对气候变化的响应模式可能有较大差异.     

青藏高原多年冻土退化对蒸散发的影响

青藏高原作为“亚洲水塔”对气候变化极为敏感,研究气候变化下青藏高原多年冻土退化对蒸散发的影响有助于理解多年冻土地区水文过程对气候变化的响应情况。基于Budyko-Fu假设,构建了考虑多年冻土活动层厚度变化的水热耦合模型,建立了符合青藏高原多年冻土区的模型参数化方案,通过设置情景假设探讨了多年冻土退化对蒸散发的影响。模拟结果表明:1982—2018年青藏高原多年冻土区平均年蒸散发为275.6 mm,空间分布由东南向西北递减;研究区年蒸散发整体上以3.57 mm/a的速率上升。多年冻土活动层加深会引起蒸散发的增大,忽略冻土退化因素将导致约2.2%的蒸散发低估。冻土退化对蒸散发的影响呈现显著的空间异质性,土壤有效含水量和植被覆盖度越低的地区,蒸散发对冻土退化的响应越敏感。     

基于CMIP6模式的黄河上游地区未来气温模拟预估

利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）提供的5个气候模式,并结合基于地面气象站的CN05.1气象资料,评估了CMIP6模式对黄河上游地区1961—2014年气温变化的模拟能力。基于7个共享社会经济路径及代表性浓度路径（SSP-RCP）组合情景,结合多模式集合平均预估了2015—2100年黄河上游地区年均气温和季平均气温的时空变化规律。结果表明：多模式集合平均能较好地模拟黄河上游地区历史平均气温的空间分布格局与年变化。7个未来情景一致表明,2015—2100年黄河上游地区年平均气温呈现波动上升趋势［0.03～0.82 ℃?（10a）^-1］。其中,低辐射强迫情景下（SSP1-1.9、SSP1-2.6及SSP4-3.4）气温先呈现增加趋势,21世纪中期到达增幅峰值,之后增温呈现放缓趋势;而中、高辐射强迫情景下（SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP4-6.0及SSP5-8.5）气温表现为持续上升态势。空间上,未来气温增幅显著的区域位于黄河上游西部地区;时间上,呈现夏季增温快,春季增温慢。四季增温的空间分布呈现出一致特征,表现为西部增温强于东部,北部增温强于南部。研究结果可为黄河流域水资源管理及气候变化的适应性研究提供科学依据。     

IPCC AR4多模式对中国地区未来40 a雪水当量的预估

通过评估参加CMIP3计划的22 个GCM在20 世纪气候情景(20C3M)下中国地区雪水当量模拟能力的检验, 挑选出模拟能力较好的模式, 通过多模式集合方法, 对SEARS的模拟结果进行集合, 预估未来40 a雪水当量在中国地区的时空变化特征.结果表明: 在A1B情景下和B1情景下, 中国地区未来40 a雪水当量年际变化均呈减少趋势; 在A1B和B1情景下, 青藏高原地区、 华北平原地区、 长江中游地区及东北北部地区的雪水当量均呈减少趋势, 其中在昆仑山西段帕米尔高原地区减少最为显著, 其次为喜马拉雅山区和巴颜喀拉山东段地区.在中国北部的内蒙古高原地区、 云贵高原等部分地区的雪水当量则有所增加.总体上, A1B情景下比B1情景下雪水当量的减少更为明显. 2021-2050年雪水当量在青藏高原减少显著; 对于季节变化来说, 在秋冬季积雪的累积期, 雪水当量可能增加, 尤其在10-12月, 而在积雪消融的春夏季(2-6月)有所减少.     

基于可靠性集合平均方法的全球1.5/2.0℃变暖下中国极端气候的未来预估

全球变暖下我国气候响应的研究对进一步预估我国未来气候变化相关风险及制定适应和减缓政策具有重要意义。利用第六次耦合模式比较计划中25个全球气候模式的模拟结果,评估比较了各种可靠性集合加权方案对中国区域气候的模拟性能,基于表现最好的可靠性集合平均方案预估了SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下中国极端气候指数在全球增暖1.5和2.0℃下的未来变化。结果表明,改进的可靠性集合方案模拟中国气候指数表现最好,与观测的偏差最小。未来中国区域温度明显增加,极端温度的增幅强于平均温度,极端降水整体也增加,且SSP5-8.5情景下增幅略强于SSP2-4.5情景。SSP5-8.5情景下,中国区域平均温度、最高温和最低温在全球增暖1.5(2.0℃)下较1995—2014年分别增加了1.11、1.18和1.31℃(1.88、1.98和2.14℃),总降水和强降水分别增加了5.6%和14.4%(10.5%和25.7%)。中国北方和青藏高原部分区域为增温的大值区,中国西部为降水增加的大值区。额外0.5℃增暖对中国地区产生显著影响,几乎整个中国地区温度指数的增幅都将超过全球平均。极端降水也将进一步增加,SSP5-...     

1979—2100年青藏高原夏季大气0 ℃层高度变化分析

大气0 ℃层高度是决定青藏高原冰冻圈消融状态的重要指标。基于ERA5再分析资料,分析了1979—2019年青藏高原夏季大气0 ℃层高度时空变化,发现青藏高原夏季大气0 ℃层高度介于4 423~5 972 m之间,以高原中南部（30°~32° N,83.5°~88.5° E）为高值中心,呈纬向分带状向四周逐渐降低。过去41 a青藏高原夏季大气0 ℃层高度总体呈持续上升趋势,高原北部上升趋势大于南部,祁连山地区上升趋势最为明显,为60 m?（10a）^-1,而在高原西南部略呈下降趋势。平均而言,青藏高原夏季地面温度每升高1 ℃,大气0 ℃层高度升高122 m。利用CMIP6模式数据,预估在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5四种社会共享路径情景下,2020—2100年期间青藏高原夏季大气0 ℃层高度都呈现升高趋势,但不同情景下升高趋势在空间上差别较大。相对于1979—2014年参考时段,在四种情景下,到2081—2100年青藏高原夏季平均大气0 ℃层高度将分别升高265 m、394 m、576 m 和729 m;相对应的是到2081—2100年,在高原上处于夏季大气0 ℃层高度以下的冰川面积分别为第二次冰川编目数据的79%、86%、94%和98%。仅从夏季大气0 ℃层高度变化角度看,在SSP5-8.5情景下,到本世纪末期,预估除帕米尔高原和昆仑山西北部地区外,青藏高原其他地区的冰川在夏季将不存在积累区。     

近50年来青藏高原及其周边地区潜在蒸散发变化特征及其突变检验

利用FAO Penman-Monteith方程和青藏高原及周边地区274个气象站逐日常规观测资料,结合中国生态地理分区方案,对1970—2017年高原及周边地区潜在蒸散发的空间格局及突变特征进行分析。结果表明:①除夏季和冬季外,研究区多年平均年和季节潜在蒸散发都呈现南北高、中部低的空间分布;月潜在蒸散发最大值和最小值发生时间表现出南早北晚的纬向差异。②研究区潜在蒸散发均值和趋势突变显著,但突变时间在区域间以及年和不同季节间均存在较大差异。其中,均值突变以正向突变为主,高原突变时间春季最早、冬季最晚;趋势突变主要表现为先降后升,高原年、春季、秋季和冬季潜在蒸散发的趋势转折时间由东北向西南推迟,至西南地区分别推迟约20、10、20和5年。比较而言,高原总体潜在蒸散发趋势转折时间较其周边地区滞后,年和四季分别推迟约5、1、12、5和4年。③显著的蒸发悖论只离散地存在于研究区内,主要发生在趋势转折(2007年)之前。研究结果可为进一步认识全球变暖背景下青藏高原及周边地区气候变化和生态水文过程提供科学依据。     

基于CMIP6多模式的和田河流域未来气候变化预估

气候系统模式是对历史和未来气候模拟最广泛有效的工具,但存在一定的不足和局限性,使其无法直接用以预估未来气候变化。本文采用基于分位数映射的日偏差校正(DBC)、多模式集合(MME)平均和基于皮尔逊r相关系数的加权集合(r-MME)平均方法,以1971—2000年为基准期,评估6种气候模式在和田河流域的适用性;运用r-MME方法对未来SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下各模式的偏差校正结果进行集合,分析未来近期(2021—2050年)、远期(2061—2090年)日最高、最低气温以及降水的时空演变特征。结果表明：基于DBC的r-MME融合方法能够综合考虑各模式的优势,可大幅提高气候模式模拟的精度,年均最高气温、最低气温和降水量与实测序列的相关系数分别达到0.918、0.821和0.878;3种情景下的气温和降水均呈现增加趋势,其中低强迫SSP1-2.6情景下的增幅最小,远期年最高气温、最低气温和降水的平均增量分别为2.830、2.523℃和46.412 mm,高强迫SSP5-8.5情景下的增幅最大,远期年最高气温、最低气温和降水的平均增量为5.697、6.452℃和9...