SRES A2 情景下中国区域性高温热浪事件变化特征

随全球变暖,应对高温热浪事件是未来现代化城市面临的难题之一。本文利用全球模式-HadAM3p提供的3组不同边界场和初始场驱动区域气候模式系统PRECIS的输出结果,模拟未来情景下中国区域性高温热浪事件发生频率、强度及持续时间的变化趋势。结果表明：全球PRECIS对基准时段（1961-1990年）的高温热浪事件的发生的频率、强度和持续时间及对应的大气环流特征具有较强的模拟能力。相对于基准时段,未来情景下未来时段（2071-2100年）中国各地区的高温热浪的强度增加,发生频率增幅超过了100 %,且持续时间增加30 %以上。此外,观测资料和模拟结果均表明武汉和哈尔滨地区的高温热浪与500 hPa高度场的正距平密切相关。而未来情景下,武汉和哈尔滨地区500 hPa高度场的正距平呈增加趋势,表明这些地区未来可能面临危害更严重的高温热浪事件。     

Anthropogenic influence on the extreme drought in eastern China in 2022 and its future risk

2022年夏季中国东部地区遭遇了一次持续性极端高温干旱事件.本文利用CMIP6检测归因比较计划(DAMIP)数据,量化了人为强迫对类2022年极端干旱事件发生概率的影响,并基于未来不同增暖情景试验给出了此类极端干旱事件的未来变化预估.通过分析不同外强迫因子作用下此类极端干旱事件的发生概率变化,发现人为强迫使此类极端干旱事件的发生概率提高约56%,这主要与人为强迫下中国东部平均水汽减少和平均上升运动减弱有关.进一步通过分析此类极端干旱事件对不同温室气体排放情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP5-8.5)的响应,发现在低排放情景下类2022年极端干旱事件的发生概率较当今气候显著下降,这主要与中国东部平均水汽的增加和平均环流的变化有关,而在高排放情景(SSP5-8.5)下,此类极端干旱事件的发生概率较当今气候增加约79%,这主要与高排放情景下平均下沉运动增强有关.该研究表明,人为强迫通过调制气候平均背景场从而引起极端事件发生频次的变化是人类活动影响极端气候事件的重要途径之一,极端干旱事件对温室气体排放量的响应可能是非线性的.     

基于CMIP6多模式的长江流域蒸散发预估及影响因素

蒸散发是水文循环和能量传输的中间环节,同时也是联结土壤、植被、大气过程的纽带。基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）12个全球气候模式数据,研究了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种情景下,长江流域2020-2099年实际蒸散发E_T（Evapotranspiration,简称ET）的时空变化及其影响因素。研究结果表明,在3种气候变化情景下长江流域ET相较基准期（1995-2014年）均存在显著增加趋势,且长江中下游地区增加趋势最为显著;SSP1-2.6情景ET较基准期先快速增加,21世纪60年代之后减缓并趋于平稳,SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下均呈持续增加趋势。研究了降水（Precipitation,简称Pr）、气温（Air Temperature,简称T）和叶面积指数L_AI（Leaf Area Index,简称LAI）对长江流域ET的影响;SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下,长江流域ET受T影响最为显著,而SSP5-8.5情景下,LAI是影响ET的主导因素。在3种气候情景下,辐射强迫越大,植被增加趋势越显著,对ET的影响越强（SSP5-8.5、SSP2-4.5、SSP1-2.6情景下影响逐渐减弱）,而ET对LAI的敏感性则逐渐降低（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下敏感性逐渐降低）。     

基于CMIP6模式的黄河流域宁夏段未来气温变化预估研究

为预估黄河流域宁夏段不同地区未来气候特征及其变化趋势，利用宁夏区内19个国家气象站观测资料和CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6)模式数据，在检验CMIP6模式对宁夏气温模拟能力的基础上，对不同情景下宁夏引黄灌区、中部干旱带和南部山区未来气温变化进行预估。结果表明：(1)CMIP6大部分模式对黄河流域宁夏段年平均气温模拟能力较好，空间相关系数为0.603～0.930，时间相关系数为0.381～0.782，多模式集合优于单个模式模拟效果。(2)在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5 4种情景下，预计2021—2099年黄河流域宁夏段年平均气温均呈明显增温趋势，增温速率为0.09～0.68℃·(10 a)^-1。不同情景下增温速率差异明显，SSP1-2.6情景下呈减小趋势，SSP2-4.5情景下先增后减，SSP3-7.0情景下呈“增大、减小、增大”特征，SSP5-8.5情景下呈增大趋势。(3)预计4种情景下21世纪30年代引黄灌区、中部干旱带和南部山区年平均气温分别达10.91～11...     

CMIP6多模式对21世纪中亚极端降水未来变化预估

基于最新的第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）14个耦合模式的数值模拟结果，预估研究了中等强迫情景（SSP2-4.5）和高强迫情景（SSP5-8.5）两种共享社会经济路径下21世纪中后期中亚极端降水事件的时空分布特征及其与区域气候增暖之间的关系。结果显示，大多数CMIP6模式基本能够模拟出历史观测降水气候态（1979～2018年）的空间分布特征，但在中亚西南及东南部偏干，北部及中南部偏湿。与历史基准期（1981～2010年）相比，21世纪末期（2071～2100年）中亚强降水强度在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下分别增加0.54 mm/10 a和2.4 mm/10 a，而强降水发生频率则分别增加了5%～27%和6%～210%，尤其是中南部高海拔山区增加的幅度更大。预估结果的信噪比显示，天山以北的中亚东北部区域的极端降水强度及其发生频率的预估结果具有更高的可信度。气候变暖对未来中亚极端降水事件的发生频次具有明显的调控作用，在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，当气温每升高1 K时，极端强降水事件的发生频次在分别增加约7 d和9 d，而最大连续无降水日数则分别增加约3 d...     

基于CMIP6模式的东南亚极端降水未来预估及热动力成因研究

本文利用26个CMIP6全球气候模式,研究了21世纪末东南亚极端降水事件的变化,通过分解水汽收支方程分析降水变化的动力和热力效应。结果表明,21世纪末(2071—2100年)相对历史参考期(1985—2014年),东南亚大部分地区的气候态降水、极端降水事件的发生频率和强度均显著增加。除大于10 mm降水日数(R10mm)外,其他极端降水指数在SSP5-8.5情景下的变化幅度比SSP2-4.5情景更大。其中强降水量贡献率(R95pTOT)的增长幅度最大,在SSP2-4.5(SSP5-8.5)情景下增加22％(41％)。极端降水变化对气候变暖的响应存在明显的区域性差异。加里曼丹岛将出现更短时集中的极端降水。苏门答腊岛南部的极端降水频率略有减小,且可能发生较强的持续性干旱事件。进一步分析水汽收支方程可知,SSP2-4.5(SSP5-8.5)情景下,热力作用项对P-E(降水减蒸发)的变化贡献为65％(64％),并且模式间一致性更高。而动力作用项对P-E的变化呈抵消趋势,贡献为35％(36％)。这说明相比大尺度环流变化,大气比湿变化引起的水汽辐合是未来东南亚降水量增多的主要因子。     

近64年长沙市高温热浪事件统计分析

为了增强对高温热浪事件的认识,给相关部门科学制定应急预案提供依据,本文利用逐日最高气温资料,依据高温热浪定义,对长沙市近64年来高温热浪事件进行统计分析。结果表明,1长沙市年均高温日30.6d,年均高温热浪2.16次。高温日、高温热浪事件集中在6—9月,且以7月出现最为频繁。2长沙市高温热浪事件发生频次和强度呈明显阶段性变化特征:20世纪50—60年代中期变化平稳或呈缓慢增多(增强)趋势,70—90年代末呈偏少(偏弱)趋势,21世纪以来呈偏多(偏强)趋势。3城市化造成的热岛效应在一定程度上加剧了高温热浪强度。     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法...     

不同情景达到碳中和下中国区域气候变化的预估

利用第6次耦合模式比较计划(CMIP6)中的9个全球气候模式的模拟结果,通过CO₂浓度达峰时间确定SSP1-1.9和SSP1-2.6两种情景下的全球碳中和时间,预估了全球碳中和下中国区域气候较历史参考期(1995—2014年)的未来变化,分析不同时间达到碳中和下气候响应差异,并与未实现碳中和的SSP2-4.5情景下的气候变化对比。结果表明,SSP1-1.9和SSP1-2.6情景下全球达到碳中和的时间分别为2041年和2063年,相较于历史参考期,SSP1-1.9/SSP1-2.6下中国区域平均年气温上升1.22/1.58℃,平均年降水量增加7.1%/9.9%。SSP1-2.6(晚碳中和)较SSP1-1.9(早碳中和)情景下年均温增高约0.36℃,最大升温区位于西南及高原地区。对降水而言,晚碳中和较早碳中和全国平均年降水量增加约2.7%。全年及夏季降水量显著增加区主要在西北,新疆地区出现降水增加超过8%的大值区,冬季则集中于黄河中下游,增幅也超过8%。未碳中和的SSP2-4.5情景下中国区域的升温显著强于SSP1-2.6(碳中和)情景,年平均气温高约0.61℃,西北...     

云南初夏干湿演变特征和基于CMIP6模式模拟的预估分析

使用1961—2020年的观测数据和2021—2080年的模式预估数据,首先分析了云南初夏干燥度指数（aridity index,AI）的演变特征和影响因子相对贡献,然后采用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中的20个全球模式,对SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5情景下云南初夏未来干湿变化进行了预估研究。结果表明：(1) 1961—2020年云南初夏气候整体湿润,但为变干燥的趋势,有明显的年代际变化特征,1960s、1970s以及2000s气候相对湿润,其余年代相对干燥,2000s（2010s）为1961年以来最湿润（干燥）的10年。(2) 2021—2080年在3种排放情景下,云南初夏气候较1995—2014年均为变干燥的趋势,SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5情景下,AI分别减少13.9%、17.9%以及24.9%,西南部将可能是湿润度降幅最大值中心。(3) 1961—2020年,降水对云南初夏气候干湿变化的贡献大于潜在蒸散量;而2021—2080年,潜在蒸散量对气候变干燥的贡献大于降水量,且随排放情景的增高和时间推移,其贡献将逐渐增大。     

Future Changes in Extreme High Temperature over China at 1.5℃-5℃ Global Warming Based on CMIP6 Simulations

Extreme high temperature(EHT)events are among the most impact-related consequences related to climate change,especially for China,a nation with a large population that is vulnerable to the climate warming.Based on the latest Coupled Model Intercomparison Project Phase 6(CMIP6),this study assesses future EHT changes across China at five specific global warming thresholds(1.5℃-5℃).The results indicate that global mean temperature will increase by 1.5℃/2℃ before 2030/2050 relative to pre-industrial levels(1861-1900)under three future scenarios(SSP1-2.6,SSP2-4.5,and SSP5-8.5),and warming will occur faster under SSP5-8.5 compared to SSP1-2.6 and SSP2-4.5.Under SSP5-8.5,global warming will eventually exceed 5℃ by 2100,while under SSP1-2.6,it will stabilize around 2℃ after 2050.In China,most of the areas where warming exceeds global average levels will be located in Tibet and northern China(Northwest China,North China and Northeast China),covering 50%-70%of the country.Furthermore,about 0.19-0.44 billion people(accounting for 16%-41%of the national population)will experience warming above the global average.Compared to present-day(1995-2014),the warmest day(TXx)will increase most notably in northern China,while the number of warm days(TX90p)and warm spell duration indicator(WSDI)will increase most profoundly in southern China.For example,relative to the present-day,TXx will increase by 1℃-5℃ in northern China,and TX90p(WSDI)will increase by 25-150(10-80)days in southern China at 1.5℃-5℃ global warming.Compared to 2℃-5℃,limiting global warming to 1.5℃ will help avoid about 36%-87%of the EHT increases in China.     

我国西北降水变化趋势和预估

利用观测资料、GPCC再分析资料和第六次耦合模式比较计划（CMIP6）模拟结果,研究了我国西北地区近几十年及未来降水变化趋势。结果表明,1979—2019年我国西北干旱半干旱区降水在全年各季节均有显著增加,其中秋季增加最多。CMIP6模拟结果显示,随着全球变暖,我国西北地区降水在2015—2100年将继续增加。至21世纪末,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,我国西北地区年平均降水量将分别增加约13.7%（37 mm）和25.8%（78 mm),其中降水量增加最多的季节分别为夏季和春季。考虑到西北地区蒸发量也将随全球变暖而增加,模式平均的结果显示西北地区年平均净降水量在两种情景下的增幅分别约1.4%和4.9%,表明我国西北地区未来气候呈现显著的变湿趋势。进一步分析表明,西北地区未来降水增加可能与局地大气低层位势高度降低和上升运动加强有关。     

全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水的变化特征北大核心CSCD

中国乡村振兴核心区生态环境较脆弱,暴雨洪涝等气象灾害频发,在此背景下,定量、科学地评估乡村振兴核心区全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为乡村振兴核心区防止因灾返贫策略等的制定提供一定的科学依据。本研究基于CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6)气候模式下不同SSPs-RCPs(Shared Socioeconomic Pathways-Representative Concentration Pathways)组合情景模拟数据,对全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水事件频次、强度和持续时间的变化特征进行了分析。结果表明:(1)相对于基准期(1995~2014年),全球升温1.5℃情景下,乡村振兴核心区受极端降水影响明显增大,面积占比60.91%的区域极端降水频次增加,面积占比88.19%的区域极端降水强度增强,面积占比81.07%的区域极端降水持续时间增加;(2)全球升温2.0℃情景下,乡村振兴核心区三项极端降水指标变化与升温1.5℃情景下相似,相对于基准期有增加趋势,极端降水频次、强度和持续时间面积占比分别为55.78%、85.24%、79.33%;(3)从空间角度分析,全球升温1.5℃和2.0℃情景下,乡村振兴核心区中西部相较东部可能更易受极端降水的影响,西藏片区频次和持续时间增加显著,尤其值得关注;(4)当全球升温从1.5℃到2.0℃情景,乡村振兴核心区整体极端降水特征的变化未表现出明显增减趋势及空间特征。相比1.5℃较基准期的变化,2.0℃情景下极端降水频次、强度、持续时间的增加区域范围均缩小,但平均增幅均变大,对于发生极端降水事件的乡村振兴核心区区域而言可能面临更大的风险。     

CMIP6模式对亚洲陆地生态系统的模拟评估与预估

基于国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）模式模拟以及观测数据,评估了9个CMIP6模式对亚洲地区叶面积指数（LAI)、总初级生产力（GPP）和净初级生产力（NPP）的模拟性能。模拟评估结果表明,9个CMIP6模式能够较好地模拟出亚洲地区陆地生态系统LAI、GPP和NPP的时空分布特征。综合来看,多模式集合（MME）模拟效果最佳,其模拟的LAI、GPP和NPP与观测的空间相关系数分别达到0.90、0.81和0.89,均方根误差在0.5左右。在此基础上,利用MME结果进一步预估了亚洲地区陆地生态系统在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的未来变化。总体而言,亚洲地区LAI、GPP和NPP到21世纪末都呈现上升趋势。其中,温室气体高排放情景下的上升趋势大于温室气体低排放情景下的上升趋势,亚洲中高纬度地区的增幅大于低纬度地区的增幅。从区域平均来看,到21世纪末期,与当今气候态相比,北亚LAI、GPP和NPP的增幅最大,其在SSP5-8.5情景下分别增加68%、106%和90%;东南亚增幅最小,分别为15%、34%和39%。在SSP1-2.6情景下,北亚LAI、GPP和NPP在21世纪末的增幅分别为23%、29%和26%;东南亚分别为3%、10%和11%,意味着未来全球变暖背景下亚洲区域陆地生态系统变绿和固碳幅度加强。     

基于CMIP6的西南暴雨洪涝灾害风险未来预估

为预估全球变暖背景下中国西南地区未来暴雨洪涝灾害风险的变化特征,研究挑选5个CMIP6模式和5个极端降水指数,结合地形因子、社会经济数据和耕地面积百分比,构建暴雨洪涝灾害风险评估模型,对西南暴雨洪涝灾害风险进行基准期(1995-2014年)评估、未来两个时期(2021-2040年,2041-2060年)3种情景(SSP...     

基于CMIP6模式优化集合平均预估21世纪全球陆地生态系统总初级生产力变化

利用国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)中18个地球系统模式总初级生产力(GPP)模拟数据,基于传统的多模式集合平均(MME)和可靠集合平均方法(REA),在4个未来情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0和SSP5-8.5)下预估了21世纪全球陆地生态系统GPP的变化量,并分析了GPP变化的驱动因子。研究结果表明：在4个未来情景下,基于REA方法预估的全球陆地生态系统年GPP在未来时期(2068—2100年)比历史时期(1982—2014年)分别增长了(14.85±3.32)、(28.43±4.97)、(37.66±7.61)和(45.89±9.21)Pg C,其增量大小和不确定性都明显低于MME方法。在4个情景下,大气CO₂浓度增长对GPP变化的贡献最大,基于REA方法计算的贡献占比分别为140%、137%、115%和75%;除SSP5-8.5(24%)外,其他情景下升温均导致全球陆地生态系统GPP降低(-42%、-37%、-16%),部分抵消了CO₂施肥效应的正面贡献。温度的影响存在纬度差异：升温在低纬度地区对GPP有负向贡献,在中高纬度地区为正向贡献。降水和辐射变化对GPP变化的贡献相对较小。     

CMIP6-WACCM模式对北半球反气旋型Rossby波破碎趋势的预估

利用CMIP6中的CESM2-WACCM模式逐日资料，预估未来2020—2099年SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5三种不同排放情景下北半球对流层顶附近反气旋型Rossby波破碎（Anticyclonic Rossby Wave Breaking， AWB）的空间分布、发生频率、水平尺度、对称结构及其长期趋势。总体而言，未来四个季节AWB都在北太平洋和北大西洋有高频区。夏季北太平洋高频区发生频数显著多于北大西洋高频区，其他三季相反。两高频区在三种不同情景下，AWB物质经向输送通常以对称输送为主，但北太平洋区内冬、春、秋三季在SSP2-4.5情景下AWB物质向极净输送，北大西洋区内夏季在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下AWB物质向赤道净输送。未来的长期趋势显示，两高频区内各季节的AWB发生频数、水平尺度和物质向极输送主要呈减小（减少）趋势，且温室气体排放量越大，减小趋势越显著。在SSP5-8.5情景下，北太平洋夏季AWB总面积变化趋势为-365.5个1°×1°标准经纬度网格/10 a，该变化由区域内AWB平均尺度减小（-2.7个标准化网格/10 a）和发生频率减少（-1.9个/10 a）共同导致；该区域的向极输送率变化率为-0.016 5/10 a。北大西洋秋季AWB发生频数变化率为-2.3个/10 a，导致其总面积则以-440.4个标准化网格/10 a的速度减小。     

How Frequently Will the Persistent Heavy Rainfall over the Middle and Lower Yangtze River Basin in Summer 2020 Happen under Global Warming?

The middle and lower Yangtze River basin (MLYRB) suffered persistent heavy rainfall in summer 2020, with nearly continuous rainfall for about six consecutive weeks. How the likelihood of persistent heavy rainfall resembling that which occurred over the MLYRB in summer 2020 (hereafter 2020PHR-like event) would change under global warming is investigated. An index that reflects maximum accumulated precipitation during a consecutive five-week period in summer (Rx35day) is introduced. This accumulated precipitation index in summer 2020 is 60% stronger than the climatology, and a statistical analysis further shows that the 2020 event is a 1-in-70-year event. The model projection results derived from the 50-member ensemble of CanESM2 and the multimodel ensemble (MME) of the CMIP5 and CMIP6 models show that the occurrence probability of the 2020PHR-like event will dramatically increase under global warming. Based on the Kolmogorov–Smirnoff test, one-third of the CMIP5 and CMIP6 models that have reasonable performance in reproducing the 2020PHR-like event in their historical simulations are selected for the future projection study. The CMIP5 and CMIP6 MME results show that the occurrence probability of the 2020PHR-like event under the present-day climate will be double under lower-emission scenarios (CMIP5 RCP4.5, CMIP6 SSP1-2.6, and SSP2-4.5) and 3–5 times greater under higher-emission scenarios (3.0 times for CMIP5 RCP8.5, 2.9 times for CMIP6 SSP3-7.0, and 4.8 times for CMIP6 SSP5-8.5). The inter-model spread of the probability change is small, lending confidence to the projection results. The results provide a scientific reference for mitigation of and adaptation to future climate change.