CMIP5模式对未来升温情景下全球陆地生态系统净初级生产力变化的预估

针对《巴黎协定》提出的温控目标,利用耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）模式在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下的模拟结果,初步分析了全球升温情景下陆地生态系统净初级生产力（NPP）相对于参考时段（1986—2005年）的变化,重点分析了1.5℃和2℃升温时NPP相对于参考时段的变化量,并探讨了大气CO₂浓度、气温、降水和辐射的变化及其对NPP变化的影响。CMIP5基于各典型浓度路径模拟的全球陆地生态系统NPP均呈增加趋势,且NPP增加量与升温幅度成正比。在相同的升温幅度下,基于各典型浓度路径模拟的各环境因子和NPP的变化量较为一致。陆地生态系统NPP总量增加主要由大气CO₂浓度上升驱动,其他环境因子的影响相对较弱。中国东南部、非洲中部、美国东南部和亚马孙雨林西部地区NPP增加最明显。NPP变化量的空间格局主要由大气CO₂浓度增加和升温控制,降水和辐射的影响相对较小。具体而言,大气CO₂浓度上升对中低纬度的NPP变化贡献最大,对北方高纬度地区NPP变化贡献较小。温度上升有利于促进北方高纬度地区和青藏高原地区NPP,但对中低纬度地区的NPP有较强的抑制作用。鉴于既有典型浓度路径和地球系统模型的限制,本文对未来升温情景下陆地生态系统NPP的预估仍存在较大的不确定性,需要在未来的研究中进一步改进。     

CMIP5多模式对阿留申低压气候特征的模拟检验与预估

利用观测的海温资料和海平面气压资料,检验了CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project 5,CMIP5)多模式对阿留申低压(Aleutian Low,AL)特征指数的时空分布和变化的模拟能力;从AL周期及变化趋势等方面,分析了CMIP5模式预估的未来AL的变化特征。结果表明,CMIP5模式及其集合平均能够很好地模拟AL的环流结构,对AL的气候态有着较强的模拟能力,尤其是模式对于东太平洋海表温度的模拟能力直接影响其对于AL的模拟效果。模式的集合平均对变率强度的模拟偏强,且对于变率的模拟效果逊于对气候态的模拟。22个模式中的16个模式能模拟出AL强度指数的年代际变化周期,对年代际周期有着较好的刻画能力。Historical试验下对于AL的变化趋势存在着较大的不确定性,而相对于两种不同排放情景,随着排放的增加,AL更加偏北,强度增强,年际、年代际周期变得更加显著。在两种排放情景下模式的集合平均以及多数模式模拟出AL有着向北和增强的趋势。     

CMIP5全球气候模式对上海极端气温和降水的情景预估

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,以下简称CMIP5)28个模式的数值模拟结果和1981~2010年华东和上海气温和降水观测数据,评估了该28个气候模式对华东和上海气温和降水的模拟能力,并预估了RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5)情景下上海2021~2030年极端气温和降水气候的变化趋势和不确定性。结果表明:与观测值相比,模式对华东和上海年平均气温的模拟大多均值偏高、方差偏低;对年总降水量的模拟大多均值偏高,但方差以华东偏高、上海偏低为主;26个模式的气温变化趋势和12个模式的降水变化趋势与观测值相同。选出8个模式的预估结果表明:与2001~2010年相比,2021~2030年上海冬天极端低温的出现日数(冷夜日数)呈减少趋势,不确定性最小;夏天暖夜日数呈增加的趋势,不确定性较小;其他极端气温事件的变化趋势则存在较大的不确定性,冷夜指标的不确定性最大。强降水发生日数和强降水的强度都呈现增加的趋势,且不确定性较小。     

CMIP5模式对中国地区气温模拟能力评估与预估

利用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）中29个气候模式的气温模拟结果,评估了各模式对中国地区年平均气温的模拟能力,对未来不同典型浓度路径（RCPs）下中国地区气温的可能变化给出了预估。结果表明：各模式能较好地模拟过去100多年中国地区增温趋势和年平均气温的空间分布,从模式间标准差来看,各模式对中国中部、南部气温模拟具有较高的一致性。利用相对均方根误差分析了各模式的模拟能力,对于多时间尺度（月、年）气温的气候平均态,有7个模式表现良好,高于中等水平,5个模式的模拟能力低于中等水平,模式集合平均值的模拟效果优于大多数单个模式。根据29个模式的评估结果,使用模拟性能相对较好的模式分析了未来不同排放情景下中国地区气温变化,21世纪前期,不同排放情景之间的预估结果差别较小,21世纪中期各情景之间的差别逐渐增大,到21世纪后期,3种排放情景的升温差别明显增大。     

CMIP5全球气候模式对贵州省极端气温的预估

利用泰勒图客观地评估了贵州省在参照时段1986—2005年8个CMIP5模式试验结果对气温的模拟能力,并采用在等权重系数条件下的集合平均结果计算了贵州省21世纪不同阶段不同情景下未来极端气温指数.研究表明：8个模式的集合平均的模拟效果能较好地模拟用于计算极端气温指数的基础数据,包括日平均气温、日最低气温和日最高气温.根据集合平均的结果,不同RCPs排放情景下21世纪贵州省相对于基准期大于25℃的高温日数（SU）、最低气温的最低值（TNN）和生长季长度（GSL）均表现为增加的趋势,而小于0℃的霜冻日数（FD）则呈现减少的趋势,排放越高,增加或减少的趋势越明显.RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下2006—2099年贵州省极端气温指数相对于1986—2005年SU、TNN、FD和GSL的变化速率分别为8.06~1.30 d／（10 a）、0.49~0.07℃／（10 a）、-4.99~-0.97 d／（10 a）和3.33~0.04 d／（10 a）.     

全球变暖情景下太平洋年代际振荡(PDO)时空特征变化分析

基于CMIP5多模式中的历史情景与全球变暖情景资料以及观测海温数据,利用EOF分析,回归分析、功率谱分析等方法对北太平洋区域冬季海—气耦合系统进行了研究,进而分析了全球变暖背景下太平洋年代际振荡(PDO)时空特征的变化.通过对比观测资料中1934年前后的PDO时空特征,发现在全球变暖的背景下,PDO强度得到加强,PDO...     

CMIP5模式对AMO与PDO模拟评估及未来预估

利用1880-2009年海表温度(Sea Surface Temperature,SST)观测资料以及耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project phase 5,CMIP5)中4种情景(piControl、historical、RCP2.6、RCP4.5)下的模...     

内蒙古气温变化对全球变暖减缓的响应分析

文章利用内蒙古107个气象站T_(mean)、T_(max)和T_(min)的逐月观测数据,对比分析了近54a(1961—2014年)和CWH时期(1998—2014年)的T_(mean)、T_(max)和T_(min)分别在年、季、月尺度上的变化特征,初步探讨了内蒙古气温变化是否也有减缓或停滞现象,结果表明:全球气候变暖减缓背景下,1998—2014年内蒙古气温变化存在一定程度的变暖减缓现象。年尺度上,气温响应最明显的是T_(max),T_(mean)次之,T_(min)最小;空间分布上,内蒙古东部地区的响应相对较大,中部次之,西部最小,但响应均不显著;季节尺度上,虽然春、冬季的气温呈下降趋势,但四季气温的响应也均不明显;月尺度上,2月气温响应最明显,其次是9月。1998—2014年内蒙古年平均气温的下降趋势主要是由春、冬两季降温引起的,而冬季气温的下降趋势主要是由2月明显降温引起的。     

CMIP6模式对亚洲中高纬区极端温度变化的模拟及预估

利用观测的亚洲中高纬区逐日最高、最低气温和CMIP6计划中28个全球气候模式资料,系统评估了CMIP6模式对亚洲中高纬区日最高温(TXx)和日最低温(TNn)的模拟性能,并对其未来演变趋势进行了科学预估.主要结论如下:1)CMIP6大部分模式能合理地模拟亚洲中高纬区TXx和TNn自南向北、自西到东逐渐降低的空间分布特征...     

CMIP5模式对青藏高原地表温度的模拟与预估

利用1980~2005年英国东英吉利亚大学的 CRU全球陆面月平均地面数据集资料,对历史数据进行集合平均,结合泰勒诊断,开展青藏高原地区地表温度及其变化趋势的统计分析与模式模拟,并通过CRU观测资料和模式的历史资料集合平均得到年平均地表温度变化趋势,从而对高原未来的地表温度进行预估。结果表明：CMIP5中大多数模式对高原地区的年平均地表温度的模拟效果较好,但会受到季节差异的影响;多模式集合平均的模拟能力总体比单个模式模拟的性能更优,与观测场的数据更加接近;青藏高原未来的增温趋势与外辐射强迫的强度呈正相关,高原地区对高浓度排放情景下的增温效应比中低浓度更加剧烈,并且升温值在21世纪末极有可能突破6.5℃。     

GLDAS和CMIP5产品的中国土壤湿度-降水耦合分析及变化趋势

利用GLDAS同化产品和12个CMIP5模式的输出结果,从土壤湿度对降水影响的两个中间环节出发,通过分析陆面耦合指数ILH、潜热通量—抬升凝结高度耦合指数ILCL以及抬升凝结高度ZLCL间接研究中国区域土壤湿度与降水间耦合特征,并对1958~2013年及RCP4.5辐射强迫情景下50年(2006~2055年)的4个代表性区域夏季耦合强度的年代际变化特征进行分析。研究发现:1958~2013年期间,内蒙古阴山山脉附近、新疆和青海的部分地区为夏季中国土壤湿度与降水耦合的最强区域;陆面耦合指数ILH变化幅度从高到低依次出现在华北、华南、内蒙古中部和西北地区,并在20世纪70年代中到80年代中发生转折。2006~2055年的平均而言,预估内蒙古阴山山脉附近仍为耦合最强区;与历史时期(1958~2005年)比较,新疆中部和内蒙古阴山山脉附近的耦合指数ILH增大,而广西和广东地区的则减小;对于耦合指数ILH的年代际变化(2006~2055年),2026~2035年间华北最大而华南最小,西北地区变化不大,而内蒙古中部地区的耦合强度逐渐增大。     

CMIP5模式对中国年平均气温模拟及其与CMIP3模式的比较

利用CRUT3v和CN05两套观测资料,评估25个CMIP5模式对1906-2005年中国年平均气温变化的模拟能力,并与CMIP3模式对比。结果表明：1906-2005年中国平均温升速率为0.84℃/100a,CMIP5多模式集合平均模拟的增温率为0.77℃/100a。模式对20世纪后期温升模拟好于前期,仅有两个模式能模拟中国20世纪40年代异常增暖。模式对气温气候态空间分布模拟较好,但在中国西部地区存在最大模拟冷偏差和不确定性。1961-1999年,中国北方增暖大于南方。多模式集合平均可以较好地模拟气温变化线性趋势的空间分布,但对南北气温变化趋势的差异模拟过小。总体说来,在中国平均气温变化趋势、气温气候态空间分布和气温变化趋势空间分布三方面,CMIP5模式都较CMIP3模式有所提高。     

全球季风模式比较计划（GMMIP）概述

全球季风模式比较计划（GMMIP）是第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的重要组成部分。文中首先介绍了GMMIP发起的科学背景,指出发起GMMIP的必要性和历史机遇。进一步扼要描述了GMMIP试验设计的总体思路和方案、试验的用途以及与CMIP6其他模式比较子计划的相关性。最后对GMMIP的科学意义进行了评述,指出其在提升和扩大中国季风模拟和研究领域国际影响力方面的重要作用。     

CMIP5气候模式对东亚夏季平均环流场模拟能力的评估

利用第五次耦合模式比较计划(Phase 5 of Coupled Model Intercomparison Project,CMIP5)提供的30个全球气候模式模拟的1961~2005年的夏季逐月环流场资料及同期NCEP再分析资料,引入泰勒图及各种评估指标,探讨全球气候模式对东亚夏季平均大气环流场的模拟能力,寻求具有较好东亚夏季环流场模拟能力的气候模式。结果表明:1)全球气候模式能够模拟出东亚夏季平均大气环流的基本特征,CMIP5模式的总体模拟能力较第三次耦合模式比较计划(CMIP3)有较大程度的提高,如CMIP5模式对东亚大部分地区夏季海平面气压(Sea Level Pressure,SLP)场的模拟偏差在6 h Pa以内。2)模式对不同层次环流场的模拟能力存在差异,500 h Pa高度场的模拟能力最强,其次为100 h Pa高度场、850 h Pa风场,SLP场最弱;对东亚夏季主要环流系统的模拟对比发现,模式对印度热低压及东伸槽强度指数的模拟能力最好。3)综合CMIP5模式对东亚夏季各层次平均环流场以及主要环流系统的模拟能力,发现模拟较好的5个模式为CESM1-CAM5、MPI-ESM-MR、MPI-ESM-LR、MPI-ESM-P和Can ESM2。4)相对于单一模式,多模式集合平均(MME)模拟能力较强,但较优选的前5个模式集合平均的模拟能力弱。     

2006～2013年CMIP5模式中国降水预估误差分析

用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）的10个模式模拟结果与英国东安格利亚大学（UEA）气候研究机构（CRU）的最新降水格点分析资料比较,评估了三种典型浓度路径（RCPs）排放情景下模式集合对2006～2013年中国降水预估误差,结果发现模式间年降水预估在西北和东部沿海地区差异较明显,在沿海地区模式降水估计偏少,在西部和北方大部分地区偏多;冬半年大部分地区模式降水明显偏多,部分地区甚至偏多一倍以上;夏半年东部季风区降水估计偏少,但西部仍然偏多。模式降水误差随时间变化,夏半年误差变化明显的区域主要集中在北方和东部地区,冬半年在东北南部、华东及华南等地。此外,提高排放情景对年降水量估计影响明显的地区主要集中在我国西部的部分地区,加剧了西北模式降水估计偏多程度,但对东部地区影响不大。El Ni?o与La Ni?a年的模式降水误差分布相似,仅在沿海部分地区和华北北部差异较明显,逐年误差分布特征也与此相似。各种误差的对比分析表明,模式降水误差可能多来自模式本身存在的问题,如积云对流参数化、固体降水物理过程、地形处理及分辨率等。这些误差特征说明,直接使用CMIP5模式集合情景输出资料估计未来降水的方法存在较大的不确定性,必须对其进行评估,以降低潜在用户或决策者们制定未来规划的风险。     

CMIP5模式对春季北极涛动影响后期冬季ENSO不对称性的模拟能力分析

根据观测资料的研究指出春季北极涛动(Arctic Oscillation, AO)对随后冬季厄尔尼诺-南方涛动(El Nino–Southern Oscillation, ENSO)的影响具有明显不对称性。春季AO处于正位相时,它对随后冬季厄尔尼诺(El Nino)事件的影响显著,然而春季AO负位相对随后冬季拉尼娜(La Nina)的影响不明显。本研究分析了30个来自CMIP5的耦合模式对春季AO与随后冬季ENSO不对称性关系的模拟能力。30个CMIP5耦合模式中,只有CNRM-CM5和GISS-E2-H-CC模式能较好地抓住春季AO与冬季ENSO的联系。进一步分析这两个模式中春季AO与冬季ENSO的不对称性关系,发现CNRM-CM5模式能较好地再现春季AO与冬季ENSO的非对称关系,即春季AO正(负)位相会导致赤道中东太平洋出现El Nino(La Nina)型海表温度增暖(冷却)。然而,GISS-E2-H-CC模式的模拟结果显示,春季AO对随后冬季ENSO的影响是对称的。本文随后解释了CNRM-CM5(GISS-E2-H-CC)模式能(不能)模拟出春季AO与冬季ENSO不对称关系的原因。对于CNRMCM5模式,在春季AO正位相年,副热带西北太平洋上空存在明显的异常气旋和正降水异常,正降水异常通过Gill型大气响应对赤道西太平洋异常西风的形成和维持起着重要作用,异常西风通过激发向东传播的暖赤道Kelvin波对随后冬季El Nino事件的发生产生显著的影响;然而,在春季AO负位相年,副热带北太平洋的异常反气旋和负降水异常较弱,导致赤道西太平洋的异常东风不明显,因此,春季AO负异常对随后冬季La Nina的影响不显著。所以,CNRM-CM5模式能够较好地抓住春季AO对随后冬季ENSO事件的非对称性影响。相比之下,对于GISS-E2-H-CC模式,春季AO正(负)位相年副热带西北太平洋上存在显著的正(负)降水异常,通过Gill型大气响应在赤道西太平洋激发出明显的异常西(东)风从而影响随后冬季的El Nino(La Nina)事件。因此,在GISS-E2-H-CC模式中,春季AO对随后冬季ENSO具有对称性影响。另外,模式捕捉春季AO对随后冬季ENSO非对称性影响的能力与模式对春季AO空间结构的模拟能力有一定的联系。     

基于均一化格点资料的全球变暖趋缓期中国气温变化特征分析

利用1961-2014年水平分辨率为0.5°×0.5°的均一化气温网格数据,分析全球变暖趋缓期（1998-2014年）中国气温的变化特征。结果显示：1998-2014年中国气温上升趋缓明显,与增暖期（1985-1997年）相比,年平均气温和年平均最高气温由升温趋势转为降温趋势,分别为-0.05℃/10a和-0.11℃/10a,而年平均最低气温仍保持弱的上升趋势（0.06℃/10a）。全球变暖趋缓期中国的增暖型发生了显著变化：北方地区由增温趋势转为降温趋势,青藏高原和西南地区则呈现出相对强的增温趋势;从季节来看,冬季降温最强、夏季增温较其他季节偏强,而冬季（强降温）正是中国增暖趋缓的主要贡献季节。增温最强的要素仍然是最低气温。