基于模式优选的21世纪中国气候变化情景集合预估

未来气候变化情景预估是制定气候变化应对和适应策略的科学基础。本文利用参与耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的30个气候模式的模拟数据,通过评估各模式对历史气候变化的模拟能力,筛选出模拟区域气候变化的最优模式组合,进而建立偏最小二乘回归（PLS）集合预估模型,据此利用最优模式模拟结果预估区域温度和降水变化情景。通过与历史数据的对比,研究发现本文基于最优模式建立的PLS集合预估模型不仅优于传统的多模式集合平均,而且也优于利用全部模式建立的PLS集合预估模型,体现了模式优选过程的重要性。本文基于优选模式的PLS集合预估模型预估结果表明：① 21世纪各区域温度将持续上升,且冬半年升温速率总体大于夏半年,北方地区升温速率总体高于南方地区;RCP 4.5排放情景下温度上升先快后慢,转折点出现在21世纪中期,RCP 8.5排放情景下,呈持续增加趋势,至21世纪末的升温幅度约为RCP 4.5情景的2倍。② 21世纪各区降水变化均呈显著增加趋势,并表现出高排放情景大于低排放情景,少雨区大于多雨区的特征,但是降水增加过程伴有明显的年代际波动。对比发现,传统的等权重集合平均全部模式（EMC）方法预估的中国夏季变暖速率高于冬季,且降水基本呈线性增加,有悖于全球变暖的基本特征及中国降水具有鲜明的年代际变化特征的基本认识。因而,本文预估的温度和降水变化特征均更符合中国气候变化的基本规律。     

未来百年不同排放情景下滦河流域径流特征分析

为了研究滦河流域未来百年（2010-2100年）不同排放情景下气候变化对径流的影响,利用ECHAM5/MPI-OM模式在3种排放情景下（A2高排放、A1B中排放、B1低排放）下所做的21世纪未来百年气候变化预估实验得到的数据,应用HBV模型对滦河流域进行了模拟研究,模型率定期和验证期的结果表明HBV模型在滦河流域具有很好的适用性。结合HBV模型和ECHAM5/MPI-OM模式在3种排放情景下的百年气候变化预估数据,结果显示在3种排放情景下滦河流域百年平均径流深度相差不大,但变化趋势有较大不同,年际变化突出。整体而言,未来百年在3种情景下滦河流域的径流深度都将有不同程度的增加趋势,其中在B1低排放情景下,增加趋势显著;在周期方面,A2和A1B情景下,2-9年的年际变化周期较为明显,而在B1情景下周期不太明显。     

基于CMIP5多模式集合资料的中国气温和降水预估及概率分析

选用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）提供的30个全球大气-海洋耦合模式（AOGCMs）在典型浓度路径（RCPs）情景下气温和降水量的预估结果,采用扰动法,用站点观测资料作为气候背景场替代AOGCM模拟的气候平均,尝试校正气候预估结果的系统性偏差。通过集合方法,用概率的形式给出中国平均气温升高1 ℃,2 ℃和3 ℃以及降水量增加10%,20%和30%概率的空间分布,讨论了中国未来平均气温和降水量可能的变化。结果表明：经过扰动法处理后的气温和降水量预估集合保留了当前气候的局地信息。预估平均气温在中国均有上升,北方地区尤其是青藏高原地区变暖的程度大于南方地区,北方大部分地区平均气温升高的趋势为0.28 ℃/10a。在21世纪初,中国北方地区年平均气温升高1 ℃的可能性超过50%。到了21世纪末期,中国大部分地区平均气温升高2 ℃的可能性超过60%,新疆北部以及青藏高原南部地区气温升高3 ℃的可能性超过50%。预估中国降水量普遍增多,中国北方地区降水量增多的程度要明显大于江淮流域及其以南地区,尤其是西北地区降水量增多非常显著,降水量增多30%的可能性超过70%以上。     

RCPs情景下未来青海高原气候变化趋势预估

利用 CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)耦合模式结果对 RCPs(Representative Concentration Pathways)情景下的青海高原气温、降水变化趋势及极端气候事件2011-2100年演变特征进行了预估。结果表明:在21世纪,青海高原年平均气温显著升高,RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5排放情景下增温速率分别为0.06 ℃/10a、0.24 ℃/10a和0.61 ℃/10a。年降水量将明显增加,幅度1.4～7.0 mm/10a。青海高原21世纪与气温、降水有关的事件都有趋于极端化的趋势,极端冷指标下降,极端暖指标均明显上升。极端降水频次增加,强度加重,且变化幅度与排放强度成正比。     

IPCCSRES情景下新疆未来气候变化格局分析

全球气候模型（GCM）提供了有效的方法来评估全球气候变化的过程,并可预估包括人类活动因素驱动在内的未来气候变化情景。然而其较低的分辨率并不能捕捉到那些地表特性复杂区域的气候变化特性。因此,使用包括区域气候模型（RcM）、偏差校正法和统计方法等方法在内的降尺度方法来处理GCM的原始数据以达到评估区域的气候变化的目的。本研究应用使用偏差校正法中的delta方法将24个GCM在IPCC三种气候变化情景下的月尺度数据水平分辨率降尺度到0．5℃,进而用于分析新疆未来气候变化格局。基于降尺度后的计算结果与GCM模型原始数据比较表明：降尺度方法可以改善复杂地表和地形的区域气候变化预估特征,并降低GCM生成的气候数据在新疆地区的不确定性。结果表明：AIB、A2和B1三种情景模式下年均气温和年降水量在21世纪早期具有相似的空间格局与变化趋势,到21世纪中期会产生波动变化。年平均气温在A1B,A2和B1三种情景下到21世纪末将分别达到10℃,11．1℃和8．5℃;与此同时,年降水量将会有波动性的增加趋势。在2020—2070年间,AIB情景下区域年平均气温大于其他两个情景。A1B情景下的年降水量在2020-2040年间也大于其他两个情景。然而,在不同的情境下年平均气温与年降水存在很大的不确定性。不同情景下年平均气温的差异达6℃,而年平均降水差异大约200mm。在区域气候变化格局方面,到21世纪末,在天山中部、伊犁河流域、天山南部和塔里木河下游的年平均气温的增长要比准噶尔盆地、帕米尔高原和昆仑上北坡的小。年降水量在南疆西部呈现出轻微的下降趋势,但是在昌吉,吐鲁番,哈密和阿尔金山北部呈现出增长趋势。     

基于CMIP6气候模式的东北三省农业水热资源时空变化特征

全球气候变化深刻影响农业水热资源分布,预估未来农业水热资源的时空变化有助于应对气候变化带来的机遇和挑战。该文基于CMIP6中的27个气候模式和东北三省85个气象站的观测数据,采用泰勒图法评估新一代全球气候模式对东北三省气候变化的模拟性能,在此基础上分析SSP245和SSP585情景下东北三省农业水热资源的时空变化特征。结果表明：(1)CMIP6中能较好模拟东北三省气候变化的模式为MRIE、ACC2和GFD2,且经过较优模式等权重集合修订后,模拟性能得到提升;(2)未来农业热量资源显著增加,SSP585情景下的增温速率(0.69℃/(10 a))明显高于SSP245情景(0.26℃/(10 a)),东北三省北部的增温幅度高于南部,东部高于西部,沿海高于内陆,增幅高值区位于大兴安岭;(3)未来农业降水资源有所增加,但波动较大,到21世纪末期,SSP245和SSP585情景下降水量较基准期分别增加27.8%和22.1%,呈由东南向西北递减的空间分布格局,且东部降水变率普遍高于西部,辽宁东南部将成为降水增加最显著地区。     

RCP8.5气候变化情景下21世纪印度粮食单产变化的多模式集合模拟

基于跨部门影响模型比较计划（ISI-MIP）中20种气候模式与作物模型组合的模拟结果,预估了RCP 8.5排放情景下21世纪印度小麦和水稻单产变化。研究发现：① 多模式集合模拟结果基本再现了印度小麦和水稻单产的空间差异;同时,再现了小麦和水稻单产对温度和降水变化的响应特征：与温度呈负相关,与降水呈正相关。② RCP 8.5情景下,水稻和小麦生长季温度和降水均呈增加趋势,小麦生长季的温度、降水增加幅度大于水稻。空间上,温度增加幅度自北向南逐渐减小,降水增幅则逐渐增加,并且小麦种植区升温幅度大于非种植区,降水增幅则少于非种植区,水稻种植区升温幅度小于非种植区,降水增幅则多于非种植区。③ RCP 8.5情景下,小麦和水稻单产均呈下降趋势,21世纪后半叶尤为明显。小麦单产的下降速度明显大于水稻,其中21世纪前半叶小麦和水稻单产下降速度约分别为1.3%/10a （P < 0.001）和0.7%/10a （P < 0.05）,后半叶分别增至4.9%/10a （P < 0.001）和4.4%/10a （P < 0.001）。小麦和水稻单产变化存在明显的空间异质性,小麦单产的最大下降幅度出现在德干高原西南部,降幅约60%,水稻单产最大下降幅度出现在印度河平原北部,降幅约50%。这意味着未来气候变化情景下印度粮食供给将面临较大的挑战。     

黄河上游夏季流量对气候变化的响应及未来趋势预估

本文从气候变化的角度出发, 研究黄河上游龙羊峡水库夏季流量与流域气候条件的响应关系及流量预估模型, 并根据区域气候模式输出数据降尺度生成的未来气候情景, 对未来龙羊峡夏季水库流量进行了预估。结果表明:近35 年来, 黄河上游夏季气温升高、蒸发增大, 降水略有减少;黄河上游龙羊峡水库平均入库流量呈递减趋势, 夏季流量对流域降水量、平均最高气温及最低气温的响应显著;未来两个时期(2020s、2030s)龙羊峡夏季流量均较基准期(1988-2010 年)减少, 但在不同气候变化情景下流量变化有所差异, 其中A2 情景下夏季平均流量分别减少23.9%(2020s)和19.8%(2030s), B2 情景下分别减少14.4%(2030s)和17.3%(2030s), 据此, 未来气候变化对黄河上游流域夏季流量的可能影响将弊大于利, 但仍具有较大不确定性。     

IPCC-AR4全球气候模式在华东区域气候变化的预估能力评价与不确定性分析

本文分析了IPCC第四次评估报告中的全球气候模式在华东区域的气候预估能力与不确定性.以均方根误差作为衡量预估能力的标准,比较了IPCC-AR4中21个气候模式在中等排放情景下的预估能力,结果表明气候模式对华东区域气候变化的模拟能力差异较大,模式NCAR-CCSM3和MRI_CGCM2_3.2在年平均气温和年降水2个要素的均方根误差均较小.说明它们对华东区域的气候预估能力比其他模式强.在中等排放情景下,气候模式能够模拟出接近观测实况的年平均气温与降水的空间分布特征,但是由于空间分辨率较低,模式不能模拟出局部细致的结构:多模式集合平均对华东区域气温预估存在明显系统偏差,比观测实况偏低1.6℃以上,偏低幅度超过了不确定性(一倍的模式间标准偏差)能涵盖的范围;华东区域年降水模式间标准偏差占模式集合平均百分比为26.7%,表明直接用AR4多模式集合平均的结果难以准确反映华东区域该要素的未来变化.     

《巴黎协定》排放情景下中亚地区降水变化响应

为了应对全球气候变化,《巴黎协定》提出各国将以“国家自主贡献”（INDC）的方式参与全球温室气体减排行动,而在“国家自主贡献”排放目标情景下区域降水变化的格局和特征尚不清楚。中亚地区位于欧亚大陆腹地,是中国“一带一路”倡议发展的关键地区。本文研究了中亚地区的降水变化对全球INDC排放的响应,基于参与国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的33个全球气候模式的模拟。结果表明：在INDC目标情景下,到21世纪末中亚地区的平均年降水量相对现代水平（1985—2005年平均）增加10.6%（4.6%~13.3%）,其中高纬度地区的响应大于低纬度地区。进一步看,中亚地区极端强降水事件随着气候变暖而持续增加,但极端持续干期事件在不同区域呈现不同的变化趋势。考虑极端降水事件相关风险,极端强降水和持续干期事件的人口暴露度在中亚大部分区域都增加,将全球温升控制在较低水平（如2.0 ℃或1.5 ℃）可显著降低暴露度。以上结果有助于增进对未来极端气候事件风险的认识,为中亚这一生态脆弱地区的气候变化的减缓与适应政策提供参考。     

Assessing changes in extreme precipitation over Xinjiang using regional climate model of PRECIS

In this paper, an analysis, with the simulation of PRECIS(Providing Regional Climate for Impact Studies), was made for future precipitation extremes, under SRES(Special Report on Emission Scenarios) A2 and B2 in IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) AR4. The precipitation extremes were calculated and analyzed by ETCCDI(Climate Change Detection and Indices). The results show that:(1) In Present Scenario(1961–1900), PRECIS could capture the spatial pattern of precipitation in Xinjiang.(2) The simulated annual precipitation and seasonal precipitation in Xinjiang had a significantly positive trend and its variability had been deeply impacted by terrain. There was a strong association between increasing trend and the extreme precipitation's increase in frequency and intensity during 1961–2008. Under SRES A2 and B2, extreme precipitation indicated an increasing tendency at the end of the 21 st century. The extreme summer precipitation increased prominently in a year.(3) PRECIS's simulation under SRES A2 and B2 indicated increased frequency of heavy precipitation events and also enhancement in their intensity towards the end of the 21 st century. Both A2 and B2 scenarios show similar patterns of projected changes in precipitation extremes towards the end of the 21 st century. However, the magnitude of changes in B2 scenario was on the lower side. In case of extreme precipitation, variation between models can exceed both internal variability and variability of different SRES.     

民勤荒漠区气候变化对全球变暖的响应

 近年来,全球变暖已成为一个全世界广泛关注的问题。那么,荒漠气候是如何响应全球变暖的呢？以中国西北典型荒漠地区民勤为例进行了分析。结果表明,民勤荒漠区年平均气温的抬升速率高于20世纪全球气温抬升速率和中国近100 a气温抬升速率;2—6月和11—12月月平均气温表现为不同程度增温趋势,其中,2月增温最明显;从20世纪全球最暖的80—90年代开始极端最高气温变幅明显增大,极端最低气温间歇式下降,极端最高气温和极端最低气温的不稳定性增大;在变暖的同时,降水量表现为增加趋势;1956年以来当地沙尘暴发生日数表现为减少趋势,其原因主要是1961年以来当地的空气相对湿度增大,暖湿气候是导致沙尘暴减少的主要原因之一。     

未来气候情景下我国北方地区干旱时空变化趋势

干旱是我国北方地区最为突出的环境问题。根据WCRP耦合模式输出的未来气候变化逐月资料,基于降水-蒸发力标准化干旱指数（SPEI）,分析了IPCC SRES A1B、A2和B1三种情景下,2011-2050年我国北方地区干旱状况的时空变化趋势。结果表明：中国北方地区未来40 a呈现干旱化倾向,其中轻度和中度季节性干旱发生频率降低,重度和极端季节性干旱发生频率增加,增温引起的地表蒸发增加是极端干旱频发的主要原因。A1B、B1和A2情景下,2040s整个北方地区极端干旱频率增加、强度增强、影响范围明显扩大。极端干旱的增加可能给农业生产带来风险,采取有效应对措施,将有利于区域农业的可持续发展。     

我国北方沙区气候变化对全球变暖的响应

我国北方沙区,由于东西跨度很大,各沙区之间气温、降水及湿润度存在着较大差异。西部的沙区气温较高、降水较少、气候干燥;东部的沙区气温较低、降水较多、气候相对湿润。春季各沙区都比较干燥。各沙区气温变化基本是同步的,而降水变化有差异。各沙区夏半年气温与降水之间基本为负相关;冬春季节,河套沙区和东部沙区有明显的正相关时段。在全球变暖的背景下,我国北方沙区的气温总体也在升高(沙区气温每10a上升约03℃,且升温幅度比全国、全球更明显,而降水变化却相对较小。各个沙区对全球变化的响应不尽相同。东部沙区气温升高、降水减少、湿润度下降幅度最大,暖干化趋势最明显;塔里木沙区气温变化平稳、降水及湿润度略增;其他沙区气温略升、降水略减、湿润度略降,呈弱的暖干化趋势。与气候变化相对应,我国北方沙区沙漠化土地面积增大,而且沙漠化主要发生在东部沙区。预计21世纪初10a我国北方沙区的气候将进一步暖干化,因而土地沙漠化的自然过程也将进一步加快和加剧。