新型蒸渗仪及其对陆面实际蒸散发过程的观测研究

水量平衡和蒸散发过程研究是水文循环研究的重要方面。正确的观测和计算地表实际蒸散发量对认识气候变化条件下的水循环特征、实现区域水资源的可持续开发利用具有非常重要的意义。传统蒸渗仪功能单一,不仅安装费用较高,日常维护和观测需要大量的人力物力,观测精度也常常受到仪器系统误差或人为因素的影响。围绕着陆面蒸散发观测和解决"蒸发悖论"的科学问题,设计了用于研究气候变化对水循环、陆面蒸散发影响的野外自动观测实验的新系统,站址选择在江西省南昌县生态实验站。该新型蒸渗仪(Lysimeter)系统采用先进的高分辨率称重系统(陆面蒸散发观测精度:0.01 mm)、高精度土壤水分水势传感器(pf:0-7,国际专利号:102004010518.9)和动态IP解析技术的GPRS数据采集器(24 bit,512 k),通过地表气象站、土壤水分水势、蒸渗仪和地下水位等独立的观测实验对比,确定陆地表面实际蒸散发量以及蒸散发过程的有关参数。该系统无论在测量的精度及频次上都比传统观测方法有极大的提高。另外,除了应用于陆面实际蒸散发量的观测外,该系统装置了2004年获得国际专利的新型土壤水分、温度和水势传感器,观测精度较高,观测频次可调节幅度较大,且适应多种环境条件,能够根据不同的科学目标进行新的组合和设计。     

共享社舍经济路径(SSPs)下2020—2050年中国分产业产值时空变化

根据IPCC共享社会经济路径（SSPs）全球框架,基于中国国内生产总值历史资料、人口普查数据及历年各省统计年鉴,对柯布-道格拉斯（Cobb-Douglas）经济预估模型的劳动参与率、资本产出弹性、全要素生产率等参数进行本地化,预估分析2020—2050年中国（除港、澳、台外）31个省（区、市）第一、第二和第三产业产值变化。结果表明：(1)不同SSPs路径下,中国各省分产业产值的变化趋势有显著差异。第一、第二产业产值变化趋势相同,但第二产业产值远高于第一产业。第一、第二产业在SSP1、SSP2和SSP5路径下持续增加,在SSP3和SSP4路径下呈现先增后减的趋势。第三产业产值在5种路径下均呈持续上升趋势。(2)三产产值增速总体呈下降趋势,产业间增速及物质需求的变化导致第一、第二产业对国内生产总值的贡献逐渐减少,第三产业比重增加,产业结构逐渐优化。(3)不同的社会经济发展政策对中国分省分产业产值影响显著。2020—2050年,三产产值基本呈现东高西低的空间特点。与2010年相比,2050年三产产值均在东部经济区增加最多,第一、第二产业产值在东北经济区增加最少,而第三产业在西部经济区最少。2050年,中国各省第一产业产值对经济贡献普遍低于8%,第二产业在25%~30%,第三产业普遍高于60%。东部经济区第三产业产值对经济总量的贡献始终高于西部,产业结构更为合理。     

气候变化对跨部门和区域关键风险研究新认知：IPCC AR6 WGⅡ解读

IPCC第六次评估报告(AR6)第二工作组报告(WGⅡ)中“跨部门和区域关键风险”章节评估了观测到的气候变化影响、与适应相关的响应、适应限制以及跨部门和区域的关键风险。相较于第五次评估报告,AR6 WGⅡ报告提供了更多气候变化影响的有力证据,强调了适应对降低风险的作用,提供更多证据区分了适应的软、硬限制,提出了剩余风险概念并将其纳入风险评估框架中,更新了关切理由相关的风险对气候变化水平的依赖性。AR6 WGⅡ报告指出气候变化已在自然、人类和管理系统中造成了广泛影响(极高信度),生态系统的响应可能无法或不足以适应气候变化的速度,人类系统的适应措施在降低气候风险上的有效性或充分性有限,不良适应正在增多(高信度)。适应限制被分为软限制和硬限制。共识别了127个关键风险,它们可通过级联效应传导,导致21世纪内跨部门和区域八个典型关键风险在某种程度被放大。典型关键风险使实现可持续发展目标的挑战增加(高信度)。更多的证据支持五大关切理由,无适应或适应性低的情况下,全球变暖将使五个关切理由的风险等级增加至高和非常高水平(高信度)。     

RCP4.5情景下长江上游流域未来气候变化及其对径流的影响

基于1961—2010年长江寸滩以上流域50个气象站的逐日观测数据和寸滩水文控制站的逐日径流数据,结合流域的地形、土地利用和土壤信息,采用HBV和SWAT水文模型,模拟了流域降水径流定量关系,并利用CCLM区域气候模式,开展了气候变化背景下,寸滩未来径流的可能演变趋势分析。结果表明:HBV和SWAT水文模型都适用于位于湿润地区的长江寸滩以上流域,月径流的模拟Nash-Sutcliffe效率系数都在0.90以上。相比较,SWAT水文模型对于枯水径流的模拟较差,HBV水文模型峰值流量的模拟高于实测。相对于基准期(1986—2005年),RCP4.5情景下,2011—2040年寸滩以上流域平均气温、最高气温、最低气温将明显增加,并呈持续上升趋势;流域降水也有一定的增加,但2030年后呈弱减少趋势。从两类水文模型对径流模拟的集合结果来看,2011—2040年年径流将上升14.2%;而径流量的概率分布尾部特征及径流分位数变化进一步表明,流域的未来峰值流量预计将有所增大。     

不同重现期下淮河流域暴雨洪涝灾害风险评价

为探讨不同重现期情景下淮河流域暴雨洪涝灾害风险变化,利用不同类型共20 种分布函数拟合得到最大日降水量结果,并将其作为致灾因子,结合其他11 种指标,定量化评价淮河流域不同重现期暴雨洪涝灾害风险。研究发现：① 淮河流域暴雨洪涝灾害高风险区为流域中上游干流蓄洪区及周边地势低洼地,流域中部、西南部以及东部部分地区为中高风险区,低风险区分布于流域北部与中南部。② 随重现期增加（10a 一遇至1000a 一遇）,最大日降水量空间分布变化为流域东部整体危险性逐渐减弱,西南部高值区域增幅较大;而最终淮河流域暴雨洪涝灾害风险区划变化则表现为中高风险区保持相对稳定;高风险区与低风险区逐渐缩小,占流域总面积分别由8.3%、42.4%减小至3.2%与30.8%,风险高值保持稳定但区域集中程度越来越明显;中风险区则由28.3%增加至40.9%;整体呈现“流域东部大灾减少、小灾不断,西部高值区遇水成灾,北部中南部相对安全”的空间分布变化格局。     

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.     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下中国东南沿海致灾气旋的时空变化

将造成经济损失的热带气旋定义为致灾气旋。基于气象观测站的逐日气压、风速和降水量数据确定致灾气旋阈值,结合区域气候模式COSMO-CLM(CCLM)在1961—2100年的输出资料,预估致灾气旋发生频数及其风速与降水量,分析全球升温1.5 ℃与2.0 ℃情景下,中国东南沿海地区致灾气旋时空变化特征。结果表明:(1) 1986—2015年,东南沿海地区致灾气旋发生频数共计180个,整体呈上升趋势,平均风速和降水量分别为8.7 m/s和129.8 mm,对浙江东部及广东东部沿海影响最严重。(2)全球升温1.5 ℃,2020—2039年致灾气旋频数将由基准期(1986—2005年)的111个上升至138个,增加区域主要位于广东省西南地区及福建省南部地区;平均风速和降水量分别上升15%和17%,至8.4 m/s和109.9 mm,以福建省沿海地区增加最明显。(3)全球升温2.0 ℃,2040—2059年致灾气旋频数较1986—2005年增加33%,将达148个;风速上升32%,以浙江省东部、福建和广东省接壤的沿海地区及广东省南部增幅最大;降水量上升35%,以福建与广东省接壤的沿海地区及广东省西南地区增加明显。(4)相比升温1.5 ℃,全球气温额外升高0.5 ℃,东南沿海地区致灾气旋频数及其风速与降水量将分别上升9%、17%和18%。努力将温升控制在1.5 ℃,对降低致灾气旋频率和强度增加所导致的影响具有重要意义。      

1984—2014年影响中国热带气旋的经济损失标准化及其变化特征

根据1984—2014年中国热带气旋损失数据和社会经济统计资料,采用居民消费者物价指数方法(consumer price index,CPI)、常规标准化方法(conventional normalization method,CNM)和替代标准化方法(Alternative Normalization Method,ANM)对影响中国的气旋的直接经济损失进行标准化处理,对比研究了原始的和CPI、CNM、ANM等三种标准化的灾害损失时空特征。研究结果表明:(1) 原始损失值有利于与同年其他灾种损失进行对比以及数据的逐年延长更新,而标准化后的损失值有利于长时间序列的时空比较研究,其中,CPI方法计算简单,易于推广,可用于中国灾害损失的数据处理与分析汇总,而在人口和财富快速增长的地区,CNM和ANM方法有利于体现人口和财富对损失的影响,在长时间序列的时空比较研究方面更具优势;(2) 1984—2014年,共有243个影响气旋影响中国大陆的22个省(区、市),气旋频数多年来没有显著变化趋势,但未登陆的影响气旋和台风(TY)强度及以上等级的影响气旋频数多年来皆呈明显增加趋势;(3) 1984—2014年影响气旋所造成的直接经济损失在原始的和经CPI标准化后的序列中均呈显著增加趋势,而经CNM和ANM标准化后的序列则无明显趋势,原始序列中最高损失年是2013年,CPI、CNM和ANM标准化后损失序列在1996年达到最高值后经历了由高到低的突变,原始的以及三种标准化后的损失序列均存在2~3年的周期振荡,浙江、广东和福建省始终是直接经济损失最高的三个省份;(4) 在对中国大陆造成最高直接经济损失的十个影响气旋中,1996年的“赫伯”(Herb)始终位居首位,而其他影响气旋的排序位次因标准化与否以及标准化方法的不同而有明显差异。      

中国暴雨洪涝灾害的暴露度与脆弱性时空变化特征

利用1984-2012年中国暴雨洪涝灾害灾情和社会经济数据,从灾害暴露范围、人口暴露度、经济暴露度和农作物暴露度4个方面分析了灾害暴露度的特征,从人口脆弱性和经济脆弱性两方面分析了灾害脆弱性特征。研究表明：1984-2012年,中国暴雨洪涝灾害年平均暴露范围、人口暴露度、经济暴露度和农作物暴露度分别为9.37万km²、126人/km²、149万元/km²和1.53亿hm²,暴露度总体呈显著增加趋势,高暴露区域主要分布在沿海省（市）;人口脆弱性显著增大,但经济脆弱性有逐渐减小的趋势,灾害脆弱性高值区主要分布在长江中游沿岸的湖南、安徽、重庆、江西、湖北等省（市）,上海、北京、天津为灾害脆弱性最低的区域。