中国气候变化的检测及预估

对近5a来中国科学家在气候变化的检测及预估等方面的研究工作及主要成果进行了总结:采用最新的器测时期资料和代用温度资料对中国地区近50a、100a的温度和降水变化规律进行再分析,初步重建了中国过去1000a的地表温度序列;对20世纪中国气候变化进行了检测,分析了中国气候变化的原因;预估了中国21世纪气候变化。结果表明:近百年中国气候变化的主要特征与全球气候变化的趋势一致。中国近百年增暖的幅度为0.5～0.8℃,比全球同期增温略高。近50a中国平均气温升高以北方为主,升温速率达0.8℃/10a,远大于北半球平均的升温速率。中国雨型的年代际变化明显,西北西部从20世纪80年代中降水明显增多,以新疆最为显著。中国东部则由70年代末以前的北涝南旱型转为以后的南涝北旱型。气候变暖后,中国的极端天气和气候事件的发生频率和强度也出现了变化。     

气候变化的归因与预估模拟研究

本文总结了近五年来中国科学院大气物理研究所在气候变暖的归因模拟与预估研究上的主要进展。研究表明,利用海温、太阳辐射和温室气体等实际强迫因子驱动大气环流模式,能够较为合理地模拟全球平均地表气温在20世纪的演变,但是难以模拟出包括北大西洋涛动／北极涛动和南极涛动在内的高纬度环流的长期变化趋势。利用温室气体和硫酸盐气溶胶等“历史资料”驱动气候系统模式,能够较好地模拟出20世纪后期的全球增暖,但如果要再现20世纪前期(1940年代)的变暖,还需同时考虑太阳辐射等自然外强迫因子。20世纪中国气温演变的耦合模式模拟技巧,较之全球平均情况要低;中国气候在1920年代的变暖机理目前尚不清楚。对于近50年中国东部地区“南冷北暖”、“南涝北旱”的气候变化,基于大气环流模式特别是区域气候模式的数值试验表明,夏季硫酸盐气溶胶的负辐射效应超过了温室气体的增暖效应,从而对变冷产生贡献。但现有的数值模拟证据,不足以说明气溶胶增加对“南涝北旱”型降水异常有贡献。20世纪中期以来,青藏高原主体存在明显增温趋势,温室气体浓度的增加对这种增暖有显著贡献。多模式集合预估的未来气候变化表明,21世纪全球平均温度将继续增暖,增温幅度因不同排放情景而异;中国大陆年均表面气温的增暖与全球同步,但增幅在东北、西部和华中地区较大,冬季升温幅度高于夏季、日最低温度升幅要强于日最高温度;全球增暖有可能对我国中东部植被的地理分布产生影响。伴随温室气体增加所导致的夏季平均温度升高,极端温度事件增多;在更暖的气候背景下,中国大部分地区总降水将增多,极端降水强度加大且更频繁发生,极端降水占总降水的比例也将增大。全球增暖有可能令大洋热盐环流减弱,但是减弱的幅度因模式而异。全球增暖可能不是导致北太平洋副热带－热带经圈环流自20世纪70年代以来变弱的原因。文章同时指出了模式预估结果中存在的不确定性。     

CMIP5气候模式对中国未来气候变化的预估和应用

气候模式是研究气候系统和气候变化的有力工具,其模拟结果是进行气候预测和气候变化风险评估的重要数据基础。随着全球气候变暖速度加快,地表生态环境、水文动态循环过程、社会经济发展等都受到其影响,进而影响到人类的生产和生活。利用气候模式对未来气候变化特征进行评估和预测,可为人类调整发展策略以适应气候变化提供科学依据。通过汇总CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)模式在气候变化方面的相关研究,综述了CMIP5气候模式在农业生产、水文动态监控以及其他领域中的应用,最后指出了CMIP5气候模式在模拟预估未来气候变化上存在的不足,并展望了CMIP5气候模式在未来的应用。     

南水北调东线工程流域未来气候变化预估

利用国家气候中心全球大气海洋环流模式(NCC／IAP T63),考虑IPCC SRES A2(高排放)和A1B(中等排放)两种人类排放情景,对2030年前南水北调东线工程流域气候变化进行了预估。结果表明,由于人类活动,未来30a东线区域将变暖,尤以1月(冬季)东线北部地区变暖最明显,其中A2情景,2010年1月变暖约5℃,2020年1月变暖约7℃。7月(夏季)东线南部变暖最小,其中,2010年为0.2℃,2020年为0.9℃。值得注意的是,人类活动对未来30a东线区域降水的影响不明显,A2情景可能略有增加趋势,A1B情景可能略有减少趋势。     

2050年前中国雾日变化趋势的预估

 利用1971-2005年中国591个气象台站的雾日资料以及逐日最低气温、相对湿度、平均风速资料,分析了35 a来中国各区域年雾日数与这些因子的相关关系,并利用IPCC第四次评估报告所提供的模式数据资料,针对3种不同的排放情景,对21世纪上半叶各区域年平均雾日进行预估。结果表明：对划分的9个雾区的年雾日数的回归方程的拟合效果较好,可以用来进行预估;未来50 a中国大部分地区雾日呈明显减少的变化趋势,在A1B,A2和B1情景下,雾日减少的平均幅度分别为16.2%,13.4%和12.9%。未来50 a中国雾日预估结果的空间分布显示：3种情景下未来中国大部分雾区雾日数都将减少,个别地区雾日数有增加趋势,其中A1B情景下雾日减少区的减少趋势最明显,而B1情景下雾日增加区的增加趋势最明显。     

基于CMIP5模式的中国气候变化敏感性预估与分析

以CMIP5提供的26个全球气候系统模式的温度和降水数据为基础,采用区域气候变化指数(Regional Climate Change Index,RCCI)分析中国的不同区域对21世纪气候变化响应的敏感性。结果表明,三种排放情景(RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5)下,21世纪全期,气候变化最敏感的区域分布在西藏地区,其次为我国西北地区以及东北地区,气候变化敏感性最低的区域分布在我国内蒙古中东部、华北地区以及长江中下游一带,且高排放情景对应更高的气候变化敏感性。对RCCI指数贡献因子分析结果表明,对中国气候变化敏感性贡献的大小依次为Δσ_TΔσ_pΔRRWAF。冬夏两季温度变化的大值区与RCCI指数的大致区分布一致,RCCI大小的分布很大程度上由温度变化的敏感性决定。而夏季降水变化的大值区主要出现在西藏地区、华南地区和东北地区,冬季降水变化的大值区则主要出现在黄河以南长江以北的中原地区以及东北地区。     

2℃全球变暖背景下中国未来气候变化预估

相对于工业化革命前期, 全球年平均地表气温上升2℃的时间和相应的气候变化受到了广泛关注, 特别是包括欧盟成员国在内的许多国家和国际组织已经将避免2℃全球变暖作为温室气体减排的首要目标。为此, 本文作者基于16个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1、A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟试验结果, 采用多模式集合方法预估研究了2℃全球变暖发生的时间、对应的大气中主要温室气体浓度以及中国气候变化情况。根据模式集合平均结果, 三种排放情景下2℃全球变暖分别发生在2064年、2046年和2049年, 大气二氧化碳当量浓度分别为625 ppm、645 ppm和669 ppm (1 ppm=10-6)。对应着2℃全球变暖, 中国气候变暖幅度明显更大。从空间分布形势上看, 变暖从南向北加强, 在青藏高原地区存在一个升温大值区; 就整体而言, 中国区域平均的年平均地表气温上升2.7～2.9℃, 冬季升温幅度 (3.1～3.2℃) 要较其他季节更大。年平均降水量在华南大部分地区减少0～5%, 而在其余地区增加0～20%, 中国区域年平均降水增加3.4%～4.4%, 各季节增加量在0.5%～6.6%之间。     

21世纪中国东北地区气候变化预估

利用各国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第4次科学评估报告中全球气候系统模式组考虑人类排放情景的计算结果,计算与分析了多个气候模式对21世纪中国东北地区气候变化的集成预估结果。多模式集成预估结果表明:到21世纪后期,由于人类排放增加的影响,中国东北地区气温将可能较目前变暖3.0℃或以上,降水将可能增加。需要注意这种气候变化对中国东北地区社会经济的长远影响。     

21世纪中国极端降水事件预估

摘 要：全球变暖背景下极端降水事件的变化一直受到广泛关注,本文从观测、理论及模拟预估等方面对近十多年来国内外极端降水气候事件的研究作一综述,并给出IPCC第四次评估报告对我国21世纪极端降水指数变化的预估结果。     

p-·RCM模式对中国区域气候季节变化的模拟

通过对区域气候季节变化的模拟,对p-·坐标系区域气候模式的模拟能力进行了检验。模式较准确地再现了中国区域气候系统的季节性变化特征及中国东部降水带的季节性进退,模拟的各气候区降水的季节变化趋势也与实况基本相符,但模式低估了华东和华南地区的春季降水,而高估了华东、西南和西北地区的秋季降水。     

基于多区域模式集合的中国西部干旱区极端温度未来预估

利用CORDEX-EA计划11个区域模式模拟结果,集合预估了中国西部干旱区16个极端温度指数未来的变化趋势及空间分布。结果表明:1)区域模式基本上能够再现近30 a西部干旱区极端温度的空间分布。2)多模式集合预估的西部干旱区21世纪中期霜冻日数(FD)和冰封日数(ID)呈现显著的下降趋势,而热夜日数(TR)和夏季日数(SU)则呈现明显的上升趋势。3)未来异常暖昼持续指数(WSDI)和生长期(GSL)呈现增加趋势,异常冷昼持续指数(CSDI)和日较差(DTR)则呈现下降趋势。4)未来气候增温导致冷昼日数(TX90p)、暖夜日数(TN90p)增加,而暖昼日数(TX10p)和冷夜日数(TN10p)减少。5)未来月最高温度极大值(TXx)、月最低温度极大值(TNx)、月最高温度极小值(TXn)和月最低温度极小值(TNn)都呈现增加的趋势。因此,西部干旱区未来发生极端低温事件的概率减小,发生极端高温事件的概率则会增大,但不同的极端温度指数变化的空间分布并不均一,存在明显的区域差异。     

冷湖地区气象要素变化及对天文观测的影响

基于青藏高原冷湖地区的气象观测资料,开展了气象要素变化及对天文观测的影响研究,从气温-降水、云量-日照时数、大风-沙尘三个方面分析了在冷湖地区进行天文观测的可能性与合理性。结果表明：①冷湖地区年平均气温低,最高和最低气温差值存在年代际转折特征,转折后气温差值降低（最低气温增加趋势超过最高气温）,降水量较少,夏季降水减少而其他季节降水增加,低温少雨的环境有利于大气层结稳定、减少湍流,提升天文观测数据质量;②日照时数在年代际转折以后增加,云量减少,低云量有助于电磁波的传播、提升天文观测精度;③风速和大风日数在转折以后均为减弱趋势,这使得浮尘日数也减少,这有助于减少天文观测仪器的磨损、增加天文观测仪器的使用寿命。     

多区域气候模式集合对中国径流深的模拟评估和未来变化预估

对5组区域气候模式集合模拟的中国径流深进行评估,并且预估了温室气体高排放情景RCP8.5下的未来变化。结果表明：多区域气候模式集合结果能够基本模拟出径流深的观测特征,对年径流深的空间分布特征模拟较好,但量值存在一定的系统偏差,特别是黄河中游、海河和松辽河存在明显的正偏差,且对全国9个流域片中东南、西南和西北诸河的年内分配总体模拟效果相对较差。未来到21世纪末,全国平均年径流深在各个时段都以增加为主,增加幅度多在5%以内。未来变化存在明显的空间差异,大致表现为“北增南减”的分布特征,但不会改变中国水资源南多北少的空间格局;其中,黄河、西南和西北诸河流域片呈显著的增加趋势,淮河、长江和东南诸河流域片呈现显著的减少趋势,海河、松辽和珠江流域的变化趋势不显著。21世纪末期各地的变化多在±30%以内,且多模式预估的正负变化一致性较高。到21世纪末期,各流域片平均的径流深季节分配总体特征没有明显变化,径流深的最大月份基本维持不变,分配比例的数值有±2%以内的变化,且各季节的增减变化存在明显流域间差异。     

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。     

华北地区夏季降水模拟研究:区域气候模式性能评估

利用高分辨率区域气候模式Reg CM3对华北地区1991—2002年夏季气候进行了数值模拟,对照中国台站的实测资料,对模拟的华北地区夏季降水、温度进行了较为全面的比较,以检验模式的模拟性能。对平均场的模拟结果检验认为,该区域气候模式对华北地区夏季降水的空间分布模拟存在一定的误差,河套地区及黄河以南地区降水量接近实况,沿着太行山脉及东部沿海地区降水量明显偏多。模式对温度的模拟误差较小,较好地再现了气温的空间分布特征,但山西及以北地区模拟的温度略偏低。模式能够较好地模拟出华北地区夏季降水和气温的年际变化,成功再现了该区域降水和气温的异常变化。模式能够成功模拟出该区域降水和气温日变化特征,特别是对于逐年夏季的降水日变化过程的峰值和谷值均有成功表现,对于典型年份华北地区较强降水过程中降水发生的时间、落区、强度等也有再现能力,不足的是模拟的降水量比观测偏大。对于模式误差是否与地形或模式积云对流参数化方案等有关,需要进一步探讨。     

Potential impact of future climate change on crop yield in northeastern China

We evaluated the potential impact of future climate change on spring maize and single-crop rice in northeastern China(NEC) by employing climate and crop models. Based on historical data, diurnal temperature change exhibited a distinct negative relationship with maize yield, whereas minimum temperature correlated positively to rice yield. Corresponding to the evaluated climate change derived from coupled climate models included in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5) under the Representative Concentration Pathway 4.5 scenario(RCP4.5), the projected maize yield changes for three future periods [2010–39(period 1), 2040–69(period 2), and 2070–99(period 3)] relative to the mean yield in the baseline period(1976–2005) were 2.92%, 3.11% and 2.63%, respectively. By contrast, the evaluated rice yields showed slightly larger increases of 7.19%, 12.39%, and 14.83%, respectively. The uncertainties in the crop response are discussed by considering the uncertainties obtained from both the climate and the crop models. The range of impact of the uncertainty became markedly wider when integrating these two sources of uncertainty. The probabilistic assessments of the evaluated change showed maize yield to be relatively stable from period 1 to period 3, while the rice yield showed an increasing trend over time. The results presented in this paper suggest a tendency of the yields of maize and rice in NEC to increase(but with great uncertainty) against the background of global warming, which may offer some valuable guidance to government policymakers.     

Steric sea level change in twentieth century historical climate simulation and IPCC-RCP8.5 scenario projection: A comparison of two versions of FGOALS model

To reveal the steric sea level change in 20th century historical climate simulations and future climate change projections under the IPCC’s Representative Concentration Pathway 8.5 (RCP8.5) scenario, the results of two versions of LASG/IAP’s Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System model (FGOALS) are analyzed. Both models reasonably reproduce the mean dynamic sea level features, with a spatial pattern correlation coefficient of 0.97 with the observation. Characteristics of steric sea level changes in the 20th century historical climate simulations and RCP8.5 scenario projections are investigated. The results show that, in the 20th century, negative trends covered most parts of the global ocean. Under the RCP8.5 scenario, global-averaged steric sea level exhibits a pronounced rising trend throughout the 21st century and the general rising trend appears in most parts of the global ocean. The magnitude of the changes in the 21st century is much larger than that in the 20th century. By the year 2100, the global-averaged steric sea level anomaly is 18 cm and 10 cm relative to the year 1850 in the second spectral version of FGOALS (FGOALS-s2) and the second grid-point version of FGOALS (FGOALS-g2), respectively. The separate contribution of the thermosteric and halosteric components from various ocean layers is further evaluated. In the 20th century, the steric sea level changes in FGOALS-s2 (FGOALS-g2) are largely attributed to the thermosteric (halosteric) component relative to the pre-industrial control run. In contrast, in the 21st century, the thermosteric component, mainly from the upper 1000 m, dominates the steric sea level change in both models under the RCP8.5 scenario. In addition, the steric sea level change in the marginal sea of China is attributed to the thermosteric component.     

区域气候模式RegCM_NCC在东北地区的应用研究

引进国家气候中心业务化的区域气候模式RegCM_NCC,通过操作系统调试、模拟区域确定、模式分辨率调整等本地化工作,初步建立了针对东北地区的区域气候模式系统,并应用该模式以夏季为例,对东北地区的气候进行了15 a（1991—2005年）时间长度的数值积分试验。结果表明：模式对环流的特征和东北地区地面气温具有一定的模拟能力,对气温模拟存在系统性的暖偏差,对降水模拟能力较差。     

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.