不同升温情景下中国东北地区平均气候和极端气候事件变化预估

利用区域气候模式RegCM4的逐日气温和降水资料,预估1.5℃和2.0℃升温情景下,东北地区平均气候和极端气候事件的变化。结果表明：RCP4.5排放情景下,模式预计在2030年和2044年左右稳定达到1.5℃和2.0℃升温;两种升温情景下,东北地区气温、积温、生长季长度均呈增加趋势,且增幅随着升温阈值的升高而增加;1.5℃升温情景下,年平均气温增幅为1.19℃,年平均降水距平百分率增幅为5.78%,积温增加247.1℃·d,生长季长度延长7.0 d;2.0℃升温情景下气温、积温、生长季长度增幅较1.5℃升温情景下显著,但是年和四季降水普遍减少,年降水距平百分率减小1.96%。两种升温情景下,极端高温事件显著增加,极端低温事件显著减少,极端降水事件普遍增加。霜冻日数、结冰日数均呈显著减少趋势,热浪持续指数呈显著增加趋势;未来东北地区降水极端性增强,不仅单次降水过程的量级增大,极端降水过程的量级也明显增大,随着升温阈值的增大,极端降水的强度也逐渐增大。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究Ⅱ.敏感性试验分析

利用NCARCAM3.1大气环流模式,设计了有、无土壤湿度年际异常的两组数值试验,探讨了土壤湿度年际异常对极端气候事件模拟的可能影响。结果表明,模式模拟的极端气候事件对土壤湿度异常十分敏感,土壤湿度异常对极端气候指标的多年平均空间分布、年际变率以及年际变化均具有重要影响。当不考虑土壤湿度的年际异常时:(1)模拟的暖夜日数、暖昼日数和热浪持续指数的发生频次在全国范围内均明显减少,而霜冻日数则明显增加。极端降水指标的响应表现出明显的空间差异,极端降水频次在江淮流域明显减小,而极端降水强度则表现为东北减弱、长江流域增强;中雨日数和持续湿期在我国大部分地区减少。(2)极端气温指标的年际变率在我国大部分地区呈减小趋势;而极端降水事件的变化则较为复杂,极端降水频次和极端降水强度的年际变率在长江以南有所增强,而北方地区则有所减弱。中雨日数和持续湿期的年际变率在我国呈现出较为一致的减少趋势。(3)模式对暖夜日数、霜冻日数的年际变化的模拟能力明显下降,并对4个极端降水指标的年际变化的模拟能力在全国多数区域均有不同程度的下降。     

区域环境系统集成模式对1997/1998年夏季中国两个极端气候事件模拟能力分析

区域环境系统集成模式(RIEMS2.0,Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0)是由中国科学院大气物理研究所东亚区域气候环境重点实验室在RIEMS1.0基础上发展的区域气候模式。为了检验RIEMS2.0对短期气候的模拟能力,利用降水和气温(2 m)观测资料检验RIESM2.0不同物理过程和初始条件集合模拟1997/1998年夏季中国华北地区高温干旱和长江流域洪涝两个连续极端气候事件的能力(连续积分时间(1997年3月1日—1998年8月31日)共18个月),比较模拟和观测的1997/1998年夏季降水和气温。集合模拟结果表明RIEMS2.0能很好模拟1997/1998年夏季降水和气温及其两年差值分布;模拟和观测的日降水和平均气温结果有很好的相关性,但是降水模拟总体高估,干旱和江淮及江南区气温模拟偏高而半干旱和湿润区气温模拟偏低。在不同物理过程集合模拟中,虽然集合平均距平相关系数(ACC)和均方根误差(RMSE)并不是优于所有集合成员值,但集合模拟能减小模式的不确定性,在一定程度上提高模拟精度。不同显式水汽方案和积云参数化方案对降水、气温模拟效果表现出很好的一致性,湿润区一致性最好。因此,RIEMS2.0模拟能揭示1997/1998年两个连续极端气候事件夏季降水和气温空间分布,反映不同子区域降水和气温分布特征,各集合成员的模拟结果存在差异的同时也保持了很好的稳定性,选择合适的物理过程可以提高模式对区域气候的模拟能力。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究Ⅰ.基于CAM3.1的模式评估

利用NCAR大气模式CAM3.1对中国区域近40年的极端气候事件进行了模拟试验;在此基础上,利用1961～2000年中国区域452站的逐日最高、最低气温和降水资料,从气候平均、年际变化和长期变化趋势等方面全面评估了该模式对中国极端气候事件的模拟能力.结果表明:(1)模式对中国区域极端气候指数气候平均态的大尺度空间分布特征具有一定的模拟能力;模式对极端降水指标空间分布的模拟能力较好,而对极端气温指标的模拟较差;模式对极端气候指标的模拟存在系统性的偏差,模拟的极端降水的系统性偏差要远大于对极端温度的模拟.(2)模式对极端气温指数的年际变化特征具有较强的模拟能力,而对极端降水指数的年际变化基本没有模拟能力;模式模拟的各极端降水指标的年际变幅与观测存在较大的偏差.(3)模式较好地模拟出了暖夜和暖昼指数在中国大部分区域的增加趋势,但变幅较实测偏小;模式对热浪持续指数长期趋势的模拟则相对略差.模式对极端气温指标长期趋势的模拟能力总体优于对极端降水指标的模拟.模式对极端降水频次和中雨日数长期趋势的模拟尚可,但对持续湿期长期趋势的空间分布模拟较差.研究结果可为该模式用于极端气候的模拟研究提供一定参考.     

BCC气候模式对中国近50a极端气候事件的模拟评估

利用中国区域437站1958—2005年逐日气温和降水资料,评估了国家气候中心（BeijingCli-mateCenter,BCC）气候模式对中国近50a极端气候事件空间分布、时间演变等方面的模拟能力。结果表明：1）模式对极端温度和降水多年平均的空间分布具有一定的模拟能力,但尚存在系统性的偏差。暖昼日数的模拟优于冷夜日数,全年冷夜日数的模拟优于冬季和夏季的模拟,而全年和夏季暖昼日数的模拟优于冬季的模拟。极端降水频次的模拟优于极端降水量的模拟;夏季和全年的模拟优于冬季的模拟。夏季极端降水频次的模拟较好,但冬季的模拟在长江中下游和华南偏小、北方偏大,而全年的模拟在长江下游及南部沿海地区系统性偏大;夏季和全年极端降水量的模拟系统性偏低,而冬季在北方偏高、南方偏低。2）模式较好地模拟出了夏季和全年冷夜日数的全国较为一致的减少趋势,再现东北和东南沿海地区冬季冷夜日数的减少趋势,但模拟的趋势较实测偏弱。模式对暖昼日数长期趋势的模拟效果较理想,较好地反映出了大部分地区暖昼事件发生频率显著增加的特征,但冬季的模拟尚有待改进。模式较好地模拟出了夏季和全年极端降水频次的长期趋势,较好地刻画了极端降水频次＂南增北减＂的特征;模式对冬季极端降水频次的变化趋势几乎无模拟能力。同样,模式也较好地模拟出了极端降水量夏季南增北减的分布形势和冬季的总体增加趋势,但对全年的模拟不理想。3）模式能较好地模拟出冷夜日数和暖昼日数异常变化的主要空间型,对EOF第一模态的时间演变特征具有一定模拟能力;但模式对第二模态时间演变特征的刻画能力较差。模式对极端降水指标的年际变化具有一定的模拟能力,对部分区域极端降水事件的年际变化具有较好的模拟能力;但模拟能力表现出了明显的区域性差异,部分区域极端降水年际变化的模拟结果与实况甚至相反,模式对极端降水年际变化的模拟能力还有待提高。所得结果可为BCC气候模式的改进及极端气候模拟、预估提供一定的参考。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究 I. 基于CAM3.1的模式评估

利用NCAR大气模式CAM3.1对中国区域近40年的极端气候事件进行了模拟试验;在此基础上, 利用1961～2000年中国区域452站的逐日最高、最低气温和降水资料, 从气候平均、年际变化和长期变化趋势等方面全面评估了该模式对中国极端气候事件的模拟能力。结果表明:(1)模式对中国区域极端气候指数气候平均态的大尺度空间分布特征具有一定的模拟能力;模式对极端降水指标空间分布的模拟能力较好, 而对极端气温指标的模拟较差;模式对极端气候指标的模拟存在系统性的偏差, 模拟的极端降水的系统性偏差要远大于对极端温度的模拟。(2)模式对极端气温指数的年际变化特征具有较强的模拟能力, 而对极端降水指数的年际变化基本没有模拟能力;模式模拟的各极端降水指标的年际变幅与观测存在较大的偏差。(3)模式较好地模拟出了暖夜和暖昼指数在中国大部分区域的增加趋势, 但变幅较实测偏小;模式对热浪持续指数长期趋势的模拟则相对略差。模式对极端气温指标长期趋势的模拟能力总体优于对极端降水指标的模拟。模式对极端降水频次和中雨日数长期趋势的模拟尚可, 但对持续湿期长期趋势的空间分布模拟较差。研究结果可为该模式用于极端气候的模拟研究提供一定参考。     

利用有限区域数值模式进行气候模拟研究的综合介绍

利用有限区域数值模式进行气候模拟是近年来发展的一种研究区域气候的新方法。本文综合介绍了用区域模式进行气候模拟的必要性、可靠性及其研究现状和主要进展，并指出区域气候模拟存在的一些问题及在我国发展区域气候模式的迫切性。     

全球变暖背景下中国区域不同强度降水事件变化的高分辨率数值模拟

对一个20km高水平分辨率区域气候模式(RegCM3)所模拟的全球变暖背景下,中国区域未来不同强度降水事件变化进行了分析。以日降水量的大小,将降水划分为不同等级。首先检验了模式对当代(1961—1990年)各等级降水日数的模拟能力,结果表明,与观测相比,模式模拟的小雨事件偏多而大雨事件在南方过少。21世纪末(2071—2100年)在IPCC SRES A2温室气体排放情景下,中国区域不同强度降水的变化在各地表现不同,同时其对各个地区降水总量变化的贡献也表现出较大不同,但在大部分地区,模式给出了未来强降水事件将增加的结果。     

太原气候变暖特征及主要极端天气气候事件变化研究

近45a来，太原平川和山区年平均气温为明显上升趋势，夜间增温是太原气候变暖的一个重要特征。1986年、1993年分别为山区和平川年平均气温转折年份，山区从1985年开始冬季平均气温发生突变。近45a来，太原年降水量呈减少趋势，主要是夏、秋季降水减少造成。在气候变暖的背景下，太原平川和山区年暴雨日数变化平稳，高温和春旱发生频次在增加，山区夏旱也呈缓慢增加趋势；太原山区霜期明显缩短，初霜在推迟，终霜在提前。     

什么是极端天气气候事件

极端天气气候事件是指天气（气候）的状态严重偏离其平均态时所发生的天气（天候）事件,可以认为是异常或很少发生的事件,在统计意义上称为极端事件。     

Intercomparison of precipitation simulated by regional climate models over East Asia in 1997 and 1998

Regional climate simulations in Asia from May 1997 to August 1998 were performed using the Seoul National University regional climate model （SNURCM） and Iowa State University regional climate model （ALT.MM5/LSM）, which were developed by coupling the NCAR/Land Surface Model （LSM） and the Mesoscale Model （MM5）. However, for physical processes of precipitation, the SNURCM used the Grell scheme for the convective parameterization scheme （CPS） and the simple ice scheme for the explicit moisture scheme （EMS）, while the ALT.MM5/LSM used the Betts-Miller scheme for CPS and the mixed phase scheme for EMS.
The simulated precipitation patterns and amounts over East Asia for the extreme climatic summer in 1997 （relative drought conditions） and 1998 （relative flood conditions） were especially focused upon. The ALT.MM5/LSM simulated more precipitation than was observed in 1997 due to more moisture and cloud water in the lower levels, despite weak upward motion. In the SNURCM, strong upward motion resulted in more precipitation than that was observed in 1998, with more moisture and cloud water in the middle levels. In the ALT.MM5/LSM, weak upward motion, unchanged moisture in the lower troposphere, and the decrease in latent heat flux at the surface increased convective precipitation only by 3% for the 1998 summer event. In the SNURCM, strong upward motion, the increase in moisture in the lower troposphere, and the increase in latent heat flux at the surface increased convective precipitation by 48% for the summer of 1998. The main differences between both simulations were moisture availability and horizontal momentum transport in the lower troposphere, which were also strongly influenced by large-scale forcing.     

Analyses of extreme climate events over china based on CMIP5 historical and future simulations

Based on observations and 12 simulations from Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 （CMIP5） models, cli- matic extremes and their changes over China in the past and under the future scenarios of three Representative Concentration Pathways （RCPs） are analyzed. In observations, frost days （FD） and low-temperature threshold days （TN10P） show a de- creasing trend, and summer days （SU）, high-temperature threshold days （TX90P）, heavy precipitation days （R20）, and the contribution of heavy precipitation days （P95T） show an increasing trend. Most models are able to simulate the main char- acteristics of most extreme indices. In particular, the mean FD and TX90P are reproduced the best, and the basic trends of FD, TN10P, SU and TX90P are represented. For the FD and SU indexes, most models show good ability in capturing the spatial differences between the mean state of the periods 1986--2005 and 1961-80; however, for other indices, the simulation abilities for spatial disparity are less satisfactory and need to be improved. Under the high emissions scenario of RCP8.5, the century-scale linear changes of the multi-model ensemble （MME） for FD, SU, TN10P, TX90P, R20 and P95T are -46.9, 46.0, -27.1, 175.4, and 2.9 days, and 9.9%, respectively; and the spatial change scope for each index is consistent with the emissions intensity. Due to the complexities of physical process pararneterizations and the limitation of forcing data, great uncertainty still exists with respect to the simulation of climatic extremes.     

Changes in Extreme Events as Simulated by a High-Resolution Regional Climate Model for the Next 20–30 Years over China

In this paper, the changes in temperature and precipitation extremes over the next 20-30 years (2021-2050) in relative to the present day (1986-2005) under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A1B scenario are analyzed based on a high-resolution climate change simulation performed by a regional climate model (the Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (ICTP) RegCM3). The extreme indices of summer days (SU), frost days (FD), and growing season length (GSL) for temperature and simple daily intensity index (SDII), number of days with precipitation ≥10 mm d-1 (R10), and consecutive dry days (CDD) for precipitation are used as the indicators of the extremes. The results show that the indices simulated by RegCM3 in the present day show good agreement with the observed. A general increase in SU, a decrease in FD, and an increase in GSL are found to occur in the next 20-30 years over China. A general increase in SDII, an increase in R10 over western China, and a decrease in R10 in north, northeast, and central China are simulated by the model. Changes in CDD are characterized by a decrease in the north and an increase in the south and the Tibetan Plateau.     

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）.     

中国的降水量符合正态分布吗?

利用1961—2017年长江流域700个气象站点逐月降水资料计算长江流域9个子流域面雨量,采用基于Box-Cox正态分布转换后的百分位法对长江流域不同时间长度的极端降水气候事件阈值进行界定。结果表明,在数据序列长度发生变化的情况下,面雨量序列经Box-Cox正态转换后,计算得到的极端降水气候事件阈值的变化相较于常规百分位法明显减小,具有更为稳健的特性,从而使得相应极端降水气候事件个例的挑选更为稳定。根据该方法得到的阈值,对2018年汛期(6—8月)长江各子流域极端降水气候事件进行判定,岷沱江流域发生了极端多雨气候事件,而长江干流重庆-宜昌段、汉江及中游干流区间发生了极端少雨气候事件。

     

中国20年一遇气温和降水极值变化的高分辨率模拟

基于25 km高分辨率区域气候模式（RegCM3）嵌套MIROC3.2_hires全球气候模式结果,进行IPCC SRES A1B情景下21世纪气候变化的模拟,分析中国区域未来气温和降水极值重现期的变化。首先检验模式对当代（1981-2000年）极端事件重现期的模拟能力,结果表明,模式能够较好地再现中国地区20年一遇极端事件的基本分布型,但所模拟的数值与观测相比还有一定偏差,特别是在极端降水方面。21世纪中期（2041-2060年）和末期（2081-2100年）20年一遇的高温极值在整个区域内均将升高,东北地区增幅最大;低温极值将增大,中心位于内蒙古、新疆及青藏高原南麓;降水极值也将普遍增大。气温和降水极值在21世纪末期的增加幅度均比中期要大。在未来全球变暖背景下,中国地区极端高温事件将明显增多,面积增大;极端低温事件将大幅度减少,面积减少;强降水事件也将增多,面积不断扩大。     

全球变暖与城市效应共同作用下的极端天气气候事件变化的最新认知

近年来,城市气候变化问题引起高度关注。综合IPCC第一工作组第六次评估报告(IPCC AR6)关于气候变暖背景下城市对极端天气气候事件影响的评估,本文得到以下科学认识：城市化加剧了局部气候变暖,全球许多城市都面临更多更强的高温热浪事件;城市化使得诸多城市区域及其下风向极端降水增加,地表径流加强;沿海城市受到日益加剧的与海平面上升有关的复合型洪水的影响;城市污染物排放和不利通风的建筑结构加剧了区域污染,同时增加了地表的臭氧含量。预计未来城市极端高温、极端降水及有关洪水事件将更为频发,空气污染形势更为严峻,气候变化风险进一步加大。中国城镇化进程迅速,需要进一步加强气候变化背景下城市极端事件的观测、形成机理和数值模拟研究,以提升城市极端事件风险认识水平和应对能力。     

Box-Cox正态转换在长江子流域极端降水气候事件判定中的应用

利用1961-2017年长江流域700个气象站点逐月降水资料计算长江流域9个子流域面雨量,采用基于Box-Cox正态分布转换后的百分位法对长江流域不同时间长度的极端降水气候事件阈值进行界定。结果表明,在数据序列长度发生变化的情况下,面雨量序列经Box-Cox正态转换后,计算得到的极端降水气候事件阈值的变化相较于常规百分位法明显减小,具有更为稳健的特性,从而使得相应极端降水气候事件个例的挑选更为稳定。根据该方法得到的阈值,对2018年汛期(6-8月)长江各子流域极端降水气候事件进行判定,岷沱江流域发生了极端多雨气候事件,而长江干流重庆-宜昌段、汉江及中游干流区间发生了极端少雨气候事件。