丝绸之路核心区达到1.5度和2度温升的时间和相应的气候变化（英文）

研究目的:本文采用CMIP5多模式的集合平均,针对多种排放情景,估算了丝绸之路核心区达到1.5度和2度温升的时间,比较了全球平均温度达到1.5度和2度温升阈值时丝绸之路核心区的平均气候和极端气候指标的变化。创新要点:中国西部和中亚位于古丝绸之路核心区,是连接东西方的桥梁。1.5度和2度温控目标的设定,是国际社会应对全球变暖的重要举措。理解在上述增暖阈值下丝绸之路核心区平均气候和极端气候的可能变化,将为一带一路战略的实施提供重要科学参考。研究方法:CMIP5多模式集合平均重要结论:相较于当前气候态(1986–2005年),在四种排放情景下,即RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5,CMIP5多模式集合预估的丝绸之路核心区到21世纪末将分别增温1.5、2.9、2.6和6.0°C。在四种排放情景下,年平均降水较之当前气候态均显著增加,其中在RCP8.5情景下增加约14%。四种排放情景下的预估结果,均显示丝绸之路核心区将在2020年前温升达到1.5°C。在RCP8.5情景下,该地区将在2020年代温升达到2.0°C,而在RCP4.5情景下,温升达到2.0°C的时间则推迟到2030年代。比较全球温升1.5和2.0°C的气候变化,发现全球额外升温0.5°C(较之1.5°C温升阈值)将导致丝绸之路核心区升温0.73°C(0.49–0.94°C),高于全球平均温度的变化,极端热浪的天数将增加4.2天,年平均降水增加2.72%(0.47%–3.82%),而连续干旱日数的变化则具有区域依赖性。     

1.5°C与2°C温升目标下“一带一路”主要陆域气温和降水变化的CMIP6多模式预估

基于CMIP6的16个全球模式试验数据,多模式集合预估了《巴黎协定》1.5°C/2°C温升目标下“一带一路”倡议的主要陆域未来气温和降水变化。与观测相比较,多模式集合能够比较准确地刻画“一带一路”主要陆域1995～2014年气温和降水的空间结构特征。在SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5三种不同路径情景下,相对于工业革命前（1850～1900年）,全球升温1.5°C与2°C分别将发生在2020年代中后期与2040年左右。全球1.5°C与2°C温升目标下,预计“一带一路”陆域平均的气温分别显著升高1.84°C和2.43°C,两者相差0.59°C,模式间标准差分别为0.18°C和0.21°C;区域平均的降水分别显著增加20.14 mm/a和30.02 mm/a,相差9.88 mm/a,模式间标准差分别为10.79 mm/a和13.72 mm/a。两种温升目标下,“一带一路”主要陆域气温空间上均表现为一致性显著增暖,高纬度的增温幅度普遍比低纬度大;降水变化具有明显的空间差异性,地中海与黑海地区、中国南部至中南半岛地区减少,其他地区的降水普遍增加。P-E指数表征的干旱化未来在欧洲地区、中国南部至中南半岛地区、南亚印度东部地区、东南亚和赤道非洲中部地区达到最大。     

全球稳定增温1.5℃下北非夏季风降水的响应及其机理

利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)模式模拟结果,研究了21世纪末全球稳定增温1.5 ℃下北非夏季风降水的变化及机理。结果表明,全球稳定增温1.5 ℃较1985—2014年北非夏季风降水将增加0.26 mm/d,区域降水敏感度为4.8 ％/℃,且季风区北部降水增幅大于南部。基于水汽收支诊断发现热力项对季风区总降水增加作用明显,动力项对降水空间变化起重要作用。进一步分析当地水汽条件及相应环流场发现:在热力上,相对于1985—2014年,稳定增温1.5 ℃加强了北非地区表面温度及低层水汽输送,有利于当地维持更高的大气可降水量。在动力上,稳定增温1.5 ℃下显著的撒哈拉沙漠增温加大了海陆温度梯度,增强了对流层低层季风环流,同时非洲东风急流北移,使得季风区北部低层气流辐合加强,而高层热带东风急流减弱会导致季风区高层辐散运动减弱。总的来说,热力项增加了整个季风区降水,而动力项增强了季风区北部降水,减弱南部降水,主导了降水变化的空间格局。     

青藏高原增暖对东亚夏季风的影响——大气环流模式数值模拟研究

20世纪50年代以来,随着全球海表面温度年代际变化和全球变暖现象的出现,东亚夏季风降水和环流场也出现相应的年代际变化。是什么原因引起这个长期的变化趋势？研究表明青藏高原增暖可能是导致东亚夏季风年代际变化的重要因子之一。为了能够更好地理解青藏高原地表状况对下游东亚季风的影响,作者使用德国马普气象研究所大气环流模式（ECHAM）进行一系列数值试验。在两组敏感性试验中,通过改变高原上的地表反照率从而达到改变地表温度的目的。数值试验结果表明:青藏高原增暖有助于增强对流层上层的南亚高压、高原北侧西风急流和高原南侧东风急流以及印度低空西南季风;与此同时,东亚地区低层西南气流水汽输送增强。高原增暖后降水场的变化表现为:印度西北部季风降水增加,长江中下游以及朝鲜半岛梅雨降水增多;在太平洋副热带高压控制下的西北太平洋地区和孟加拉湾东北部,季风降水减少。对数值模拟结果的初步诊断分析表明:在感热加热和对流引起的潜热加热相互作用下,南亚高压强度加强,东亚夏季低层西南季风增大、梅雨锋降水增强,高原东部对流层上层的副热带气旋性环流增加,以及对流层低层的西太平洋副热带高压增强。另外,在青藏高原增暖的背景下,孟加拉湾地区季风降水减弱。本项研究有助于更好地理解东亚夏季风年代际变化特征和未来气候变化趋势。     

利用CAM5.1模拟中国东部大规模城市化对东亚地区夏季大气环流及降水分布的影响

利用CAM5.1大气环流模式研究中国东部大规模城市化对东亚夏季大气环流及降水分布的影响。通过在模式中修改中国东部地区(22～42°N,110～125°E)城市比重的方法,探讨东亚地区夏季大气环流与降水等气象要素在一般城市化及极端城市化两种情景下的响应。结果表明:(1)CAM5.1模式能够很好地模拟出东亚地区夏季大气环流形势及降水分布。(2)城市比重增大后,晴空时地面吸收的净辐射增多,近地层气温升高,低层增温中心上空的大气由于受热产生上升运动,35°N以南的气流向增温区辐合,东亚夏季风出现增强的趋势,大量暖湿水汽往北输送,导致降水在中国北方地区增多而南方减少。(3)城市化的发展程度越高,它所产生的气候效应对各气象要素的影响就表现得越明显。     

我国夏季降水及相关大气环流场未来变化的预估及不确定性分析

利用政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCCAR4)的15个耦合气候模式在不同排放情景下的模拟结果,对我国夏季降水及相关大气环流场的未来时空变化特征与模式之间的不确定性作了研究。结果表明,在全球变暖背景下,我国夏季降水表现出较强的局地特征。其中,我国东部和高原地区的降水在21世纪表现出明显的增加趋势,而且这种趋势随着变暖的加剧而增强,同时模式模拟结果之间的一致性也更好,表明这一结果的可信度较高。在全球变暖背景下,我国新疆南部地区表现为持续的降水减少趋势,而我国西南地区夏季降水的变化则呈现出先减少(21世纪初)后增加的特征,不同模式对降水这些局地特征的模拟也都表现出较好的一致性。其他地区夏季降水在21世纪的变化不大,同时模式模拟的一致性也较差。多模式模拟的我国未来百年夏季降水的这些变化特征在温室气体高、中、低不同排放情景下基本一致,A2情景预估结果变化最大,A1B次之,B1相对最小。东亚夏季大气环流场的预估结果显示,在全球变暖的背景下,大部分模式的模拟结果都表明,东亚夏季风环流有所增强,从而使得由低纬度大洋和南海地区向我国大陆的水汽输送增加,造成该地区大气含水量的增多,从而为我国东部地区夏季降水的增加提供有利条件。此外,随着全球变暖的加剧,西太平洋副热带高压持续增强,其变化对我国东部地区夏季降水的影响程度和范围也明显增大。这些环流场及其不确定性的分析结果进一步加强了我国夏季降水未来变化预估结果的可信度。     

20km高分辨率全球模式对青藏高原夏季降水变化的预估

使用日本气象研究所(Meteorological Research Institute,MRI)大气环流模式在20 km分辨率下的国际大气模式比较计划(Atmospheric Model Intercomparison Project,AMIP)试验结果以及A1B温室气体排放情景下(简称A1B情景)的预估试验数据,预估了青藏高原夏季(6—8月)降水的变化,并讨论了降水变化的可能原因。在A1B情景下,青藏高原夏季降水量显著增加,中心位于青藏高原东南部,主要归因于来自印度洋和孟加拉湾的西南水汽,经90°E—100°E附近进入高原的水汽输送显著增加。同时,整个青藏高原夏季强降水出现概率增加,降水频率南部减少,北部增加。高原南部(北部)降水频率的减少(增加)是因为该地区降水强度的增加速率快(慢)于降水量的增加速率。高分辨率MRI模式预估的青藏高原夏季降水变化与较低分辨率的耦合模式预估结果基本一致,但提供了更详细的局地变化信息。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

东北地区气候变化CMIP5模式预估

利用CMIP5的多模式集合资料,从时间变化和空间分布两方面分析了不同情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)中国东北地区未来100年的气候变化。结果显示:3种排放情景下,21世纪东北地区气温和降水呈显著增长趋势,中期和末期增幅较明显,冬季增幅高于其他季节,RCP8.5情景下气温增暖最为显著,RCP4.5次之,RCP2.6最小,随着年代的推移,气温和降水年较差逐渐减小;空间分布显示:3种排放情景下各个时期的增温分布形式基本一致,由南向北逐渐增大,辽宁南部增温幅度最小,最显著地区位于黑龙江大兴安岭;不同情景下气温变化率的分布形势略有不同,但均呈显著增温趋势;3种排放情景下降水距平百分率均为增加趋势,呈由东向西逐渐增大的经向分布特征;不同情景下的降水变化率分布形势相似,呈南大北小特征,辽宁地区增长最为明显,黑龙江西部地区增长相对较小。     

增暖背景下东亚夏季风区降水演变的空间模态及其形成机制

基于CMIP5中全新世(Mid-Holocene,6 ka BP)试验及RCP8.5试验的对比,本文研究了不同增暖情景下东亚夏季风区降水演变的空间模态及其成因.结果表明,两种增暖情景下东亚夏季风区降水演变的空间模态存在显著差异.轨道辐射主导的中全新世暖期期间,东亚夏季风区降水演变的空间模态为经向"三极子"结构;而大气C...     

2021年8月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析

2021年8月西南地区东部降水量为1961年以来同期第2多,比历史最多的1998年仅差0.9 mm,极为异常。利用西南地区东部118个气象台站1961—2021年夏季8月逐日降水资料及ERA5逐月高度场、纬向风、经向风、比湿和水汽场等再分析资料,采用拉格朗日水汽轨迹模式和现代统计诊断方法,分析了2021年8月西南地区东部降水出现异常偏多的主要水汽输送条件和水汽来源、造成降水异常的大气环流特征等。结果表明：2021年8月西南地区东部水汽的净流入主要来自于对流层中、低层,以低层的水汽贡献最大;2021年8月水汽输送路径有一定的独特性,以低层来自于我国东部地区的水汽路径的轨迹数量最多,与以往水汽主要轨迹和贡献来自南部路径的特征有所不同。2021年8月西南地区东部降水异常偏多与大气环流异常紧密相关,主是体现在500 hPa高度场上乌拉尔山附近和鄂霍次克海阻高异常偏强、中纬度低值系统(东北低涡等)异常活跃、印度低压偏弱和和西太副高异常西伸且强度偏强;大气环流系统引导下有利的水汽输送造成了西南地区东部降水的异常偏多。印度洋海温的持续偏暖可能是维持2021年8月西太副高持续偏强、偏西的重要外强迫因子...     

季风湿润区冬季水汽收支年际及年代际变化特征

采用1958—2007年NCEP/NCAR再分析资料和我国160站降水资料,对东亚大陆季风湿润区冬季的水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:冬季水汽收支时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。挑选的水汽收支高、低值年不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚冬季风的强弱和降水的异常变化。高值年,蒙古冷高压和阿留申低压偏弱,对流层低层为异常偏南风,整层为异常逆时针环流,30°N以南的辐合和上升运动强,大气水分收入增多,降水增加;低值年则相反。差值合成的异常降水量中心值可达40 mm以上,差值合成的水汽异常输入主要集中在600~900 hPa。合成的经向水汽收支占净收支变化的91.3%,纬向上相差较小。季风湿润区南、北区域的水汽收支及降水的差异明显,纬向的收入支出对此差异贡献较大。水汽收支的年代际特征,不仅能够指示水汽输送的强弱及从海洋输入水汽的多少,还能够指示季风湿润区降水的变化,且差值合成的异常降水量最大可达30 mm以上。     

青藏高原夏季降水的区域特征及其与周边地区水汽条件的配置

使用青藏高原地区97个测站1961-2005年6～8月降水总量及同期NCEP/NCAR月平均 u, v风、比湿和300 hPa位势高度等再分析资料, 首先使用旋转经验正交函数分解方法得到青藏高原夏季降水的4种主要分布类型, 之后利用相关分析方法, 分析了与4种降水类型匹配的水汽输送以及相应的环流背景, 最后使用合成分析对高原异常旱涝年的水汽输送和环流形势的差异进行了分析.结果表明, 青藏高原夏季降水的主要气候特征是南部与北部降水异常呈现相反分布的特征, 其水汽输送和环流形势配置差异显著.如果孟加拉湾海区向北的水汽输送和东部海洋向西的水汽输送加强, 同时乌拉尔山阻高强盛, 东亚从低纬至高纬呈现 " - "位势高度环流形势时, 有利于西南水汽输送并与来自东部海洋的水汽形成辐合, 造成高原夏季降水偏多, 反之降水则偏少.     

FGOALS/RegCM动力降尺度对南亚夏季气候变化的预估

基于CORDEX计划的试验设计,利用区域气候模式Reg CM3对全球模式FGOALS-g2在RCP8.5情景下的预估结果进行动力降尺度,预估了南亚地区未来近期(2016~2035年)和远期(2080~2099年)的夏季气候变化特征。结果显示,未来两个时段的气候变化空间分布类似,只是远期的变化幅度更大。具体表现为:高低空急流减弱,低空急流中心向北移动。南亚地区整体降水减少,但其北部降水显著增加。降水变化的空间分布主要受降水频率的控制,且降水频率随强度分布的变化表现出明显的地域差异。降水的未来变化特征与水汽输送的变化有密切联系。在区域模式中,受低空急流减弱和北移的影响,水汽输送减弱,对应降水减少。而在全球模式中,虽然季风环流也在减弱,但可降水量增加起主导作用,使得预估的水汽输送增强、降水量增加。     

近50a江淮地区梅雨期水汽输送特征研究

利用1958—2007年ERA再分析风场及气压场资料和APHRO高分辨率逐日降水资料,对近50 a来梅雨期水汽输送的时空特征及其与江淮地区降水的关系进行了研究,发现各条水汽通道对江淮地区梅雨期降水强度及范围的影响程度均不同。梅雨期影响我国降水的水汽输送有显著的年际变化,并且水汽输送强弱年对应江淮地区降水强度也有明显差异。相关分析及合成差值的结果显示,西太平洋水汽输送贡献更大,且西太平洋水汽输送(东南通道)增强时,江淮地区降水增多。印度洋水汽输送的加强会减弱太平洋的水汽输送从而使得江淮少雨。在全球变暖的背景下,西太平洋的水汽输送对降水的增强作用有所减弱而印度洋输送所导致降水强度减弱的范围则明显扩大。自1980年起,江淮降水出现缓慢增多的趋势与全球变暖所导致的东亚环流异常进而影响水汽输送异常相关。     

伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

2015年广东开汛前后旱涝急转特征及成因分析

利用1961—2015年广东86站3—5月逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA的Hysplit后向轨迹模式资料和海温资料,分析了2015年广东开汛前后旱涝异常特征,旱涝急转前后的大气环流和水汽条件转变及成因。(1) 2015年5月第1候广东发生了严重的旱涝急转事件,旱涝急转前全省严重干旱,旱涝急转后广东大部地区降水异常偏多。(2) 旱涝急转前后,500 hPa中高纬度由“两槽两脊”转为“两脊一槽”和“两槽一脊”,副高持续加强,广东地区高层辐散和低层辐合加强,地面由冷空气控制广东转为冷暖空气在广东交汇;水汽输送通道由北部湾和长江中下游地区转为南海南部和中南半岛南部海面,广东低层水汽净流入增加。 (3) 黑潮区、北太平洋中部、Ni?o3、Ni?o4区及印度洋和南海的海温异常增暖造成了旱涝急转前后大气环流和水汽的转变。     

2015年广东开汛前后旱涝急转特征及成因分析

利用1961—2015年广东86站3—5月逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA的Hysplit后向轨迹模式资料和海温资料, 分析了2015年广东开汛前后旱涝异常特征, 旱涝急转前后的大气环流和水汽条件转变及成因。(1) 2015年5月第1候广东发生了严重的旱涝急转事件, 旱涝急转前全省严重干旱, 旱涝急转后广东大部地区降水异常偏多。(2)旱涝急转前后, 500 hPa中高纬度由“两槽两脊”转为“两脊一槽”和“两槽一脊”, 副高持续加强, 广东地区高层辐散和低层辐合加强, 地面由冷空气控制广东转为冷暖空气在广东交汇; 水汽输送通道由北部湾和长江中下游地区转为南海南部和中南半岛南部海面, 广东低层水汽净流入增加。(3)黑潮区、北太平洋中部、Ni?o3、Ni?o4区及印度洋和南海的海温异常增暖造成了旱涝急转前后大气环流和水汽的转变。      

青藏高原南侧经圈环流变化特征及其对降水影响分析

基于1979-2015年青藏高原(下称高原)地区气象观测站的逐日降水资料和ERA-Interim逐日再分析资料,分析高原南侧经圈环流的季节演变及年际变化特征,并讨论其对高原降水及水汽输送的影响。结果表明,高原南侧80°E-90°E范围存在前季风环流、季风环流、Hadley环流的季节演变,前季风环流有-0. 377 s~(-1)·(10a)~(-1)减弱的趋势,季风环流有0. 524 m·s~(-1)·(10a)~(-1)显著增强趋势。在90°E-105°E范围存在季风环流和Hadley环流季节转换,季风环流存在0. 413 m·s~(-1)·(10a)~(-1)的增强趋势。基于各经圈环流开始、结束时间的定义,发现在80°E-90°E,前季风环流建立的时间有推迟而结束时间有提前的现象,其维持时间出现每10年-1. 47候的缩短趋势。在90°E-105°E,季风环流维持时间增长,Hadley环流维持时间缩短。前季风环流增强使得高原水汽辐散区辐散增强,水汽辐合区辐合增强,高原西南侧有东北向水汽输送增强,而高原西北侧有西南向水汽输送增强。夏季季风环流增强,高原南部至孟加拉湾地区自南向北的经向水汽输送显著增强,印度洋向高原输送的西南向水汽通量明显增加。前季风环流增强,春季高原中部及西南部降水减少,而东南部和北部降水增加。夏季季风环流增强时,高原南侧上升支增强,高原南部降水增加,而高原北部降水出现减少。     

华南集中强降水的年代际变化及环流特征

本文利用中国气象局提供的华南65个站点的逐日观测以及NCEP再分析数据,对华南夏季降水的年代际转变及其集中强降水的环流特点进行了分析,主要结论如下：华南降水在1991/1992有明显的年代际变化,相关的大气环流场也发生了显著的转变。东亚上空的副热带西风急流减弱偏北,西北太平洋副热带高压位置偏西,华南上空低层辐合、高层辐散、垂直运动以及水汽输送的辐合也发生了明显变化。年代际上降水偏多时,西北太平洋和印度洋的水汽输送比平均情况更强。当集中强降水事件发生时,增加的水汽输送主要源于西北太平洋和中国南海。进一步分析表明1991/1992年之后印度洋的水汽输送增加,但是西北太平洋的水汽输送减少。这一发现很好的说明了自1991/1992年以来华南集中强降水事件的重要变化。