基于SWAT模型模拟的未来气候变化对洪湖流域水资源影响研究

利用SWAT模型和IPCC第五次评估报告中全球气候模式BCC-CSM 1.1数据,对未来气候变化RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5共3种典型排放情景对洪湖流域水资源的影响进行了模拟研究。结果表明:SWAT模型对洪湖流域供水资源模拟的适用性较好,洪湖流域在未来RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5排放情景下的温度增幅分别为1.4℃、1.9℃和2.4℃,降水变率分别为-3.20%、7.60%和7.90%。SWAT模型模拟结果表明,未来3种情景下随着温度上升洪湖流域实际蒸散发量均略增加,径流受降水影响显著且变化不同,RCP 4.5和RCP 8.5情景下地表径流及地下径流均增加,RCP 8.5情景比RCP4.5情景下地表径流增加多;且各种重现期的洪峰流量和洪水发生频次均增加,RCP 2.6情景下地表径流和地下径流减少。3种情景下径流变异系数较基准期均略增大,说明洪湖流域发生干旱和洪涝的可能性增大,水资源可控性和利用率降低。     

气侯变化背景下黑河上游春季融雪洪水预估研究

气候变暖将导致高山区冰冻圈加剧融化,一方面融水资源时空分布的不确定性增大;另一方面,融水洪水灾害发生的频度和强度也将发生改变。基于气象、水文数据和MODIS积雪覆盖数据,利用融雪径流模型(SRM),对1990—2012年共23年祁连山黑河札马什克控制区融雪期径流进行模拟与验证。结果表明：SRM在该流域具有较高的模拟精度（纳什系数为0.91),可用于分析和预估控制区径流强度变化。为此,采用黑河流域气温、降水降尺度数据,预估了未来气候变化背景下积雪范围变化及不同重现期洪水变化趋势。结果显示,与基准期相比,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,最大积雪范围可减小3%~7%,且随着海拔升高,变化愈剧烈。RCP2.6情景下因气温和降水变化幅度较小,到21世纪末各重现期洪水强度保持在10%以内波动;RCP4.5情景下,各重现期洪水强度最高增大约20%;在RCP8.5情景下,各重现期洪水强度最高可增大超30%。相关分析结果显示,不同重现期洪水径流与气温和降水均具有较强相关性：重现期越长,洪峰与气温的相关性越大;重现期越短,洪峰与降水的相关性越大。通过预估气候变化背景下的融雪性洪水事件强度及重现期变化,有助于有效开展区域洪水风险管理、提高洪水资源的利用价值。     

基于RegCM4模式的华北区域未来洪涝灾害风险预估

基于区域气候模式RegCM4东亚地区25 km分辨率气候变化试验模拟结果,在分析华北区域基准期(1986—2005年)洪涝灾害致灾危险度以及人口和GDP承灾体易损度基础上,建立区域灾害风险评估模型;应用建立的模型预估华北区域RCP4.5和RCP8.5两种情景下近期(2020—2035年)、中期(2046—2065年)和远期(2080—2098年)洪涝灾害风险的变化。结果表明：(1)RegCM4对华北区域基准期洪涝灾害危险度评估指标R_{20 mm}和R_{x5 day}模拟能力较好,基准期洪涝灾害风险Ⅲ级及以上的区域位于北京、天津、河北南部和东部以及山西南部等地。(2)RCP4.5和RCP8.5情景下,未来3个不同时期华北区域大部分地区R_{20 mm}和R_{x5 day}、洪涝致灾危险度以及风险增加,RCP8.5情景下增加更明显。风险等级Ⅲ级及以上范围在两种情景下均在中期最大。     

气候变化对河北坝上地区草地土壤风蚀扬尘季节和年排放速率的影响

以全球气候模式NorESM1-M产生的RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5气候变化情景数据和原环保部推荐的土壤风蚀扬尘计算方法,模拟分析了未来气候变化对河北坝上砂粘壤土、粘壤土、壤粘土、砂壤土、砂粘土和风沙土草地土壤风蚀扬尘总可悬浮颗粒物(Total Suspended Particle,TSP)、PM10和PM2.5的季节及年排放速率的影响。结果表明:气候变化影响下坝上地区气温上升,年降水量和风速波动较大、并存在上升和下降的趋势。相比基准情景,在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下,各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5季节排放速率在春季分别高15%、47%、28%和46%;秋季分别高17%、54%、45%和38%;冬季分别低36%、42%、39%和44%;夏季,在RCP2.6情景下低1%,在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分别高14%、3%和7%;未来气候变化情景下,各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5年排放速率分别高25%、54%、35%和54%。基准和未来气候变化情景下,土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5的季节和年排放速率及其差异从高到低均依次为砂粘壤土、风沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。表明未来气候变化将使河北坝上地区草地土壤风蚀扬尘排放速率增加,但存在季节和气候变化情景方面的差异。     

中、高温室气体排放情景下2069~2098年中国冬小麦气候适宜种植分区对比北大核心CSCD

基于温度、降水、光照等指标,通过利用区域气候模式所预估的分辨率为1°(纬度)×1°(经度)的未来气候预估数据,对1981~2005年的基准期和RCP4.5、RCP8.5两排放情景下2069~2098年中国热量资源以及冬小麦种植界限、理论生育期和气候适宜种植分区的空间分布特征进行了对比分析。研究主要结论为:与基准期相比,两未来气候变化情景下我国热量资源、冬小麦种植条件与气候适宜性差异显著。且相比于RCP4.5情景,在RCP8.5情景下中国2069~2098年多数地区热量资源增加、冬小麦种植北界和南界北移东扩、可种植面积扩大,多数区域理论适宜播种期推迟、理论成熟期提前、潜在生长季缩短,且潜在生长季内的光—温—水配置使得冬小麦气候适宜性有所提高。但由于冬小麦为喜凉作物,对高温胁迫非常敏感,RCP8.5情景下更多的极端高温天气和不对称增温等因素带来的负面影响很可能抵消前述光—温—水配置所带来的有利影响,从而降低冬小麦的种植适宜性。因此,未来研究工作仍应致力于减缓气候变化,以保障我国粮食生产的安全。     

淮河流域水文极值预测模型研究

为探索气候变化影响下水文极值的非平稳性和预测方法,建立了水文极值非平稳广义极值（GEV）分布的统计预测模型。利用1952-2010年淮河上游流域累计面雨量和流量年最大值资料、同期500 hPa环流特征量资料以及17个CMIP5模式对环流特征量的模拟结果,筛选出对水文极值影响显著的年平均北半球极涡强度指数作为GEV分布参数的预测因子。分析了在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下2006-2050年淮河上游流域水文极值对气候变化的响应。结果表明,10年以下与10年以上重现期的水文极值在非平稳过程中呈现前者下降而后者上升的相反变化趋势;多模型预测的集合平均在未来情景中均呈现上升趋势,情景排放量越大增幅越大,重现期越长增幅也越大。与极值的常态相比,极值的极端态更易受气候变化影响。     

西南地区持续性气候事件的未来变化预估

利用RegCM4.0区域气候模式单向嵌套BCC_CSM1.1模式输出资料进行连续积分获得的模拟预估数据,对西南地区未来2025-2055年在两种温室气体排放情景下持续性干期和持续湿期事件的特征及其相对于历史基准期的变化进行了预估分析。结果表明,最长持续干期和湿期在RCP4.5和RCP8.5两种情景下的变化趋势不一致,RCP8.5情景下的最长湿期和持续湿期事件的发生频次相较RCP4.5并没有大幅增加,而是比RCP4.5情景具有更高的年际变率特征。相对于历史基准期,两种情景下的最长持续性气候事件的日数和发生频次在西南地区的东南部区域显著性增加,而在川西高原地区显著减少。对于持续干期发生的频次FCDD和最长持续湿期而言,四川中部以及四川、云南和贵州三省邻接处在RCP4.5情景下表现为显著增加的区域在RCP8.5情景下转变为显著减少。未来几十年西南地区持续性湿期和干期的分布特征可能更加趋于不均匀。     

气候变化对云南省小粒咖啡适生区的影响

为揭示气候变化对云南省小粒咖啡适生区的影响，基于最大熵（MaxEnt）模型，结合小粒咖啡物种分布数据、环境变量数据，构建云南省小粒咖啡适生区评估及预测模型，对当前气候条件下小粒咖啡在云南省的适生区进行评估，并对未来气候条件下，小粒咖啡在云南省的适生区进行预测，再对预测结果进行对比分析。结果显示:（1）构建的最大熵模型能够较精确地用于小粒咖啡在云南省适生区的评估和预测，当前气候条件下，评估模型的训练集与测试集的AUC （Area under ROC Curve）值均为0.941，达到评估结果为极好的标准。（2）影响云南省小粒咖啡种植的主导环境因子依次为11月平均最高气温、7月降雨量、海拔高度、2月平均最低气温、10月降雨量、坡度和最冷月最低气温，共占总贡献率的91.4%。（3）当前气候条件下，小粒咖啡的适生区主要分布在滇西、滇西南以及滇南的保山、德宏、普洱、临沧、西双版纳等地区，总适生区约为116300 km2，占云南省国土面积的29.51%，且总体上，高适生区外围分布中适生区，中适生区外围分布低适生区。RCP4.5、RCP8.5情景下，小粒咖啡总适生区的面积分别约为98300、69700 km2，分别占云南省国土面积的24.95%、17.69%，两种排放情景下小粒咖啡总适生区面积分别减少了18000、46600 km2，国土面积占比分别减少了4.56%、11.82%，且总适生区的质心均由东南向西北方向移动，与RCP4.5情景相比，RCP8.5情景的移动距离更远。（4）未来气候变化将会导致小粒咖啡在云南省的总适生区面积减小，总适生区的质心位置向海拔更高与纬度更高的方向移动，且高碳排放情景下这种变化幅度更大。      

不同气候变化情景下未来中国热相关死亡风险的预估

预估气候变化背景下中国未来近期、中期及远期温度热相关人群超额死亡风险,为未来热相关人群健康风险防范提供科学依据。基于中国网格化日均气温数据集与3种排放情景下未来日均气温数据、历史人口数据与3种生育率情景下未来人口数据以及死因数据资料计算的热效应暴露-反应关系,计算每日热相关死亡人数。结果表明:（1）未来中国平均气温将持续升高,且北方地区升温幅度较大。（2）1986—2005年中国热相关非意外总死亡人数约为7.1（95%置信区间:5.7—8.5）万。（3）RCP2.6、RCP4.5情景下未来中国热相关非意外总死亡人数均呈现先升后降的变化趋势。21世纪末,不同情景下的热相关非意外总死亡人数均高于基准年代。（4）未来不同情景下中国热相关非意外总死亡人数在黄淮海地区以及成渝地区均呈上升趋势,在RCP2.6、RCP4.5情景下北方地区热相关非意外总死亡人数呈下降趋势,东南沿海地区在21世纪30年代后开始呈下降趋势。总体而言在全球变暖的背景下未来中国热相关死亡风险将上升,而在RCP2.6情景下可以有效抑制其上升趋势。      

未来气候变化情景下长江上游年径流量变化趋势研究

依据政府间气候变化委员会(IPCC)第五次评估报告(AR5)未来不同排放情景(RCPs)下的多模式(CMIP5)气温和降水预估结果,构建基于气温和降水的未来径流量预估模型,并以宜昌站为例分析了不同模式不同排放情景下未来80年(2020～2099年)长江上游年径流量的变化趋势。多模式集合平均预估结果表明:在99%的置信水平下,未来80年长江上游年径流量在RCP2.6排放情景下呈不显著增加趋势,在RCP4.5排放情景下呈不显著减小趋势,而在RCP8.5排放情景下则呈显著减小趋势;在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下未来80年长江上游年径流量预估均值相对于1961～2000年分别减少6.42%、10.99%和13.25%;同时,未来80年长江上游年径流量变化具有一定的年代际特征,在RCP2.6和RCP4.5排放情景下21世纪初期偏多、中期偏少而后期变化并不明显,在RCP8.5排放情景下则是21世纪中期以前偏多而中期以后明显偏少。本研究方法可为未来气候变化情景预估分析提供技术参考,本研究成果可供气候变化背景下长江上游乃至长江流域水资源开发利用及对策分析提供决策依据。      

气候变化背景下中国滑坡灾害人口风险评估

中国是世界上滑坡灾害造成人口伤亡较严重的国家.受气候变化影响,极端降水频率与强度的增加会提高滑坡灾害的人口风险.文中将不同RCPs情景多个模式的未来降水数据和SSPs情景下的未来人口数据相结合,构建滑坡灾害人口风险评估模型,评估气候变化背景下的中国滑坡灾害人口风险.研究发现,气候变化下中国滑坡灾害的危险性呈上升趋势,预...     

气候变化条件下雅砻江流域未来径流变化趋势研究

雅砻江为我国重要的水电基地,未来气候变化条件下流域径流变化将直接影响雅砻江梯级水库群运行安全和发电调度,因此研究气候变化对雅砻江流域径流的影响十分必要。首先建立了流域月尺度的SWAT模型,然后使用统计降尺度模型（SDSM）模拟未来2006—2100年流域内各站点的气象数据,最后使用流域SWAT模型对未来2006—2100年月径流进行模拟。结果表明,未来雅砻江流域径流呈上升趋势,且增幅随着辐射强迫的增加同步增大,RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5这3种典型浓度路径下年平均径流增幅分别为8.9%、12.5%、16.7%,且2020S（2006—2035年)、2050S（2036—2065年)、2080S（2066—2100年）这3个时期年径流量呈现不同的变化趋势,其中RCP2.6浓度路径下为先逐步增加达到峰值后略有减少,RCP4.5浓度路径下为先逐步增加达到峰值后趋于稳定,RCP8.5浓度路径下为持续增加。流域径流年内分配方面,3种典型浓度路径下汛期径流占全年比例在2020S、2050S、2080S这3个时期均为先降后升趋势,整个预测期总体为降低趋势,RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5这3种浓度路径下整个预测期的均值分别由基准期的75.9%降低为72.9%、72.0%、71.2%。径流增加会对流域洪水特性产生较大影响,为此应该修正流域设计洪水计算结果和调整防洪调度方案,以降低雅砻江流域梯级水库群因气候变化而产生的运行风险,并提高发电调度效率。     

Future changes in drought characteristics over South Korea using multi regional climate models with the standardized precipitation index

In this study, the projection of future drought conditions is estimated over South Korea based on the latest and most advanced sets of regional climate model simulations under the Representative Concentration Pathway (RCP4.5 and RCP8.5) scenarios, within the context of the national downscaling project of the Republic of Korea. The five Regional Climate Models (RCMs) are used to produce climate-change simulations around the Korean Peninsula and to estimate the uncertainty associated with these simulations. The horizontal resolution of each RCM is 12.5 km and model simulations are available for historical (1981-2010) and future (2021-2100) periods under forcing from the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. To assess the characteristics of drought on multiple time scales in the future, we use Standardized Precipitation Indices for 1-month (SPI- 1), 6-month (SPI-6) and 12-month (SPI-12). The number of drought months in the future is shown to be characterized by strong variability, with both increasing and decreasing trends among the scenarios. In particular, the number of drought months over South Korea is projected to increase (decrease) for the period 2041-2070 in the RCP8.5 (RCP4.5) scenario and increase (decrease) for the period 2071-2100 in the RCP4.5 (RCP8.5) scenario. In addition, the percentage area under any drought condition is overall projected to gradually decrease over South Korea during the entire future period, with the exception of SPI-1 in the RCP4.5 scenario. Particularly, the drought areas for SPI-1 in the RCP4.5 scenario show weakly positive long-term trend. Otherwise, future changes in drought areas for SPI-6 and SPI-12 have a marked downward trend under the two RCP scenarios.     

Projection of snow cover changes over China under RCP scenarios

Snow cover changes in the middle (2040–2059) and end (2080–2099) of the twenty-first century over China were investigated with a regional climate model, nested within the global model BCC_CSM1.1. The simulations had been conducted for the period of 1950–2099 under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. Results show that the model perform well in representing contemporary (1986–2005) spatial distributions of snow cover days (SCDs) and snow water equivalent (SWE). However, some differences between observation and simulation were detected. Under the RCP4.5 scenarios, SCDs are shortened by 10–20 and 20–40 days during the middle and end of the twenty-first century, respectively. Whereas simulated SWE is lowered by 0.1–10 mm in most areas over the Tibetan Plateau (TP). On the other hand, the spatial distributions of SWE are reversed between the middle and end terms in the northeast China. Furthermore, compared with the changes of RCP4.5 scenario, SCDs are reduced by 5–20 days in the middle period under RCP8.5 scenario with even larger decreasing amplitude in the end term. SWE was lowered by 0.1–2.5 mm in most areas except the northeast of China in middle term under RCP8.5 scenario. The great center of SCDs and SWE changes are always located over TP. The regional mean of SCDs and SWE for the TP and for China display a declining trend from 2006 to 2099 with more pronounced changes in the TP than in China as a whole. Under the RCP8.5 scenario, the changes are enhanced compared to those under RCP4.5.     

RCPs情景下汉江流域未来极端降水的模拟与预估

采用应用于跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)的5个CMIP5全球气候模式模拟的历史和未来RCP排放情景下的逐日降水数据,在评估模式对汉江流域1961—2005年极端降水变化特征模拟能力的基础上,进一步计算了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下汉江流域未来2016—2060年极端降水总量(R95p)、极端降水贡献率(PEP)、连续5 d最大降水(RX5d)和降水强度(SDII),结果表明:RCP4.5情景下的极端降水指数上升最明显,R95p和RX5d分别较基准期增加12.5%和8.2%,PEP增加3.2个百分点,SDII微弱上升。在不同排放情景下,PEP均有一定的增幅,以流域西北和东南部增幅较大;R95p在流域绝大部分区域表现出一定的增加,且流域东南部和北部是增幅高值区;RX5d在RCP2.6和RCP4.5情景下整体表现为增加的特征,但在RCP8.5情景下整体表现为减少的特征。对极端降水预估的不确定性中,SDII的不确定性最小,RX5d的不确定性最大;不确定性大值区主要位于流域东部、东南部和西北部部分区域。     

CMIP5 simulated change in the intensity of the Hadley and Walker circulations from the perspective of velocity potential

Based on the simulations of 31 global models in CMIP5, the performance of the models in simulating the Hadley and Walker circulations is evaluated. In addition, their change in intensity by the end of the 21 st century(2080–2099) under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, relative to 1986–2005, is analyzed from the perspective of 200 h Pa velocity potential.Validation shows good performance of the individual CMIP5 models and the multi-model ensemble mean(MME) in reproducing the meridional(zonal) structure and magnitude of Hadley(Walker) circulation. The MME can also capture the observed strengthening tendency of the winter Hadley circulation and weakening tendency of the Walker circulation. Such secular trends can be simulated by 39% and 74% of the models, respectively. The MME projection indicates that the winter Hadley circulation and the Walker circulation will weaken under both scenarios by the end of the 21 st century. The weakening amplitude is larger under RCP8.5 than RCP4.5, due to stronger external forcing. The majority of the CMIP5 models show the same projection as the MME. However, for the summer Hadley circulation, the MME shows little change under RCP4.5 and large intermodel spread is apparent. Around half of the models project an increase, and the other half project a decrease. Under the RCP8.5 scenario, the MME and 65% of the models project a weakening of the summer southern Hadley circulation.