RegCM4对华北区域21世纪气候变化预估研究

利用国家气候中心完成的RegCM4区域气候模式在RCP4.5和RCP8.5两种排放路径下的气候变化动力降尺度试验结果,在检验模式对基准期(1986—2005年)气温和降水模拟能力基础上,进行华北区域21世纪气候变化预估分析。结果表明：RegCM4对华北区域基准期气温和降水的模拟能力较好。未来21世纪,两种情景下华北区域气温、降水、持续干期(consecutive dry days, CDD)和强降水量(R95p)变化逐渐增大,但变化幅度在高排放的RCP8.5情景下更为显著,其中近期(2021—2035年)、中期(2046—2065年)、远期(2080—2098年)RCP8.5情景下年平均气温分别升高1.77、3.44、5.82℃,年平均降水分别增加8.1%、14%、19.3%,CDD分别减少3、3、12 d, R95p分别增加30.8%、41.9%、69.8%。空间上,未来21世纪华北区域内年、冬季、夏季平均气温将一致升高,夏季升温幅度最大;年、冬季、夏季平均降水整体以增加为主,冬季降水增加幅度最大;CDD以减少为主,但近期和中期在山西和京津冀有所增加,而R95p以增加为主,表明21世...     

未来中国地区的暴雨洪涝灾害风险预估

利用耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)17个全球气候模式的模拟结果和SSPs社会经济预估数据对RCP4.5和RCP8.5排放情景下中国地区21世纪暴雨洪涝灾害风险的可能变化进行分析。结果表明:21世纪末,极端强降水事件将增加,且极端降水的强度和频率也将增强;暴雨洪涝风险可能随时间呈增加趋势,RCP8.5高排放情景下100 a重现期的洪涝风险更为明显;21世纪RCP4.5和RCP8.5情景下10 a和100 a重现期GDP物理暴露度都将增加;RCP4.5情景下,POP物理暴露度随时间的推移呈先增长后减小趋势,RCP8.5情景下则持续增长。区域分布来看,未来暴雨洪涝风险较高的地区集中在中国中东部及沿海地区,相对于1961—2005年基准期,低风险区面积将缩小,中高以上风险区(Ⅳ和Ⅴ级)面积不断扩大,尤其是高风险区(Ⅴ级)面积扩大更加明显。21世纪,10 a重现期暴雨洪涝灾害中高以上风险区域(Ⅳ和Ⅴ级)面积在RCP4.5情景下随时间多呈先增加后减小的趋势,在RCP8.5情景下不断增大;100 a重现期中高以上风险区域面积在2个排放情景下都呈不断增加趋势。     

CMIP5和RegCM4.0模式对西南区域未来降水的预估

利用CMIP5全球模式数据集和RegCM4.0区域气候模式进行连续积分获得的模拟数据,对西南区域未来在RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5几种温室气体排放情景下年平均降雨、四季降水,极端降雨事件的特征及其相对历史基准期的变化进行预估。结果表明,不同RCP情景下西南区域降水都将呈持续上升趋势,3种情景下西南区域降水在2020—2050年变化特征差别较小,2050年后差别较大,RCP2.6情景下降水变化幅度最小,CMIP5和RegCM4.0模式模拟的西南区域降水变化的地理分布特征基本一致,降水的高值区都位于青藏高原东南部,横断山脉和四川中部,差异在于RegCM4.0模拟的西藏西部的降雨量级更小,而青藏高原东南部、四川中部和贵州的降雨高值区量级更大。未来近期2020—2060年和远期2061—2099年RCP4.5情景下暴雨天数显著减少的区域主要在西藏东南部(0.5~1 d),未来远期2061—2099年RCP4.5情景云南南部和贵州东部区域暴雨天数显著性增加,而RCP8.5情景下上述区域暴雨天数显著性减少。     

基于CMIP5模式的中国地区未来洪涝灾害风险变化预估

利用22个CMIP5全球气候模式模拟结果,结合社会经济以及地形高度数据,分析了RCP8.5温室气体排放情景下21世纪近期（2016-2035年）、中期（2046-2065年）和后期（2080-2099年）中国洪涝致灾危险性、承灾体易损性以及洪涝灾害风险。结果表明,洪涝灾害危险等级较高的地区集中在中国的东南部,洪涝承灾体易损度高值区位于中国的东部地区。在RCP8.5情景下,未来我国洪涝灾害高风险区主要出现在四川东部、华东的大部分地区、华北的京津冀地区、陕西和山西的部分地区以及东南沿海部分地区。东北地区的各大省会城市面临洪涝灾害的风险也很高。与基准期（1986-2005年）相比,21世纪后期,虽然发生洪涝灾害的区域变化不大,但高风险区域有所增加。鉴于模式较粗的分辨率以及确定权重系数的方法学等问题,洪涝灾害风险的预估还存在较大的不确定性。     

西南地区持续性气候事件的未来变化预估

利用RegCM4.0区域气候模式单向嵌套BCC_CSM1.1模式输出资料进行连续积分获得的模拟预估数据,对西南地区未来2025-2055年在两种温室气体排放情景下持续性干期和持续湿期事件的特征及其相对于历史基准期的变化进行了预估分析。结果表明,最长持续干期和湿期在RCP4.5和RCP8.5两种情景下的变化趋势不一致,RCP8.5情景下的最长湿期和持续湿期事件的发生频次相较RCP4.5并没有大幅增加,而是比RCP4.5情景具有更高的年际变率特征。相对于历史基准期,两种情景下的最长持续性气候事件的日数和发生频次在西南地区的东南部区域显著性增加,而在川西高原地区显著减少。对于持续干期发生的频次FCDD和最长持续湿期而言,四川中部以及四川、云南和贵州三省邻接处在RCP4.5情景下表现为显著增加的区域在RCP8.5情景下转变为显著减少。未来几十年西南地区持续性湿期和干期的分布特征可能更加趋于不均匀。     

海南21世纪气候变化预估分析

利用RCP4.5和RCP8.5情景下区域气候模式RegCM4.0单向嵌套BCC_CSM1.1全球气候系统模式输出结果中海南岛区域的格点进行站点插值后的预估数据,分析了海南本岛21世纪气候变化情景,结果表明:21世纪海南岛总体呈变暖、变湿趋势.在RCP4.5情景下,年增暖倾向率为1.4℃/100a,在RCP8.5情景下,年增暖倾向率为3.4℃/100a.RCP4.5情景下,增温幅度最大的是冬季;RCP8.5情景下,前期增温幅度最大的是冬季,中期增温幅度最大的是夏季,后期增温幅度最大的在秋季.21世纪年降水距平百分率的变化有明显的阶段性变化.RCP4.5情景下前、后期降水增多不明显,中期增多明显;RCP8.5情景下前、后期的降水增加幅度比中期更明显.21世纪冷季降水可能减少,秋季可能更明显,冬季次之;暖季降水可能增加,夏季可能更明显.     

未来50a长江三角洲地区干旱和洪涝灾害风险预估

中国长江三角洲地区人口稠密,经济发达,在全球气候变暖的背景下未来长江三角洲地区干旱和洪涝灾害风险也将发生变化。本文利用耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5,CMIP 5)中26个全球气候模式的模拟结果,对不同预估情景下长江三角洲地区未来50 a(2021—2040年和2046—2065年)两个时期干旱和洪涝灾害风险的变化进行定量预估。结果表明:未来50 a长江三角洲地区干旱和洪涝灾害呈由北向南风险强度降低的空间分布特征。由RCP(Representative Concentration Pathways) 2.6情景至RCP 8.5情景,长江北部地区洪涝灾害风险逐渐增加,而干旱灾害风险变化略有差异。在RCP 8.5情景下,未来50 a第二个时期(2046—2065年)长江三角洲地区干旱和洪涝灾害风险为所有情景中最大,高于IV级(包括IV级)的面积增加,江苏北部和安徽北部地区为V级干旱灾害风险与IV级洪涝灾害风险叠加区域,而江苏南部和上海地区为干旱与洪涝灾害最高等级风险(V级)叠加区域。     

基于RegCM4模式的我国西南地区极端降水变化预估研究

基于5个全球气候系统模式结果驱动的高分辨率区域气候模式(RegCM4)模拟输出,系统评估了RegCM4模式对中国西南地区极端降水变化的模拟性能,并科学预估了中国西南地区极端降水的未来演变特征。结果表明,RegCM4模式能合理再现西南地区极端降水变化特征,但模拟的四川中部的湿偏差较大而四川盆地干偏差较大;进行偏差校正后,模拟性能有所提升,对西南地区极端降水模拟偏差有所减小。相较于当代气候(1986—2005年),就区域平均而言在21世纪(2021—2098年),有效降水总量(Prcptot)、强降水日数(R10 mm)、日最大降水量(Rx1day)和极端降水量(R95p)都明显增加;在RCP4.5和RCP8.5情景下,Rx1day和R95p在西南大部分地区增多,到21世纪末RCP4.5情景下增加幅度分别为16.0%和12.6%;Prcptot和R10 mm未来变化存在一定的区域差异,但Prcptot和R10 mm变化在空间上较为相似,在云南南部和四川盆地地区呈现减少趋势,其余地区增加明显;且RCP8.5高排放情景的变化幅度明显大于RCP4.5情景。     

RCPs情景下中国北方地区干旱气候变化特征

利用水平分辨率为50 km×50 km的区域气候模式RegCM4,单向嵌套BCC_CSM1.1全球气候系统模式输出结果,以中国西北东部到华北地区为研究区域,对该区域的气候特征以及干旱趋势进行了预估。结果表明:(1)RegCM4模式对研究区域气温和降水的模拟能力可信度较高,能较好地模拟它们的空间分布特征及时间变化趋势,但由于模式存在一些系统性误差,因此部分区域模拟结果比实际略偏高。(2)2041—2050年相较于2006—2010年来讲,RCP4.5情景下研究区域气温将增加1.0℃左右,RCP8.5情景下增加约1.4℃;两种情景下研究区域降水表现为波动变化,一致性趋势不明显,但2041年以后均进入降水减少期。(3)总体来讲,两种情景下2041-2050年研究区域均可能出现较明显的干旱;RCP4.5情景下,夏、秋季2041—2050年干旱情况比前期严重,其中秋季从2042年开始,SPI值普遍偏低,有可能出现连旱现象;RCP8.5情景下,夏季干旱总体呈增加趋势,秋季则呈波动减少趋势,但2045年以后秋季又转为较干期。     

贵州省未来气候变化(2018—2050年)预估分析

针对贵州省年平均降水量,年平均气温,年平均最高气温和年平均最低气温四个特征量,从空间分布上的定性比较,从年际、年代际的时间演变比较以及从泰勒图的定量比较来看,RegCM4模式的模拟效果优于CMIP5模式,因此本研究在RCP4.5排放情景下利用RegCM4模式数据预估未来2018—2050年贵州省年平均降水量,年平均气温,年平均最高气温和年平均最低气温。结果表明:21世纪Ⅰ阶段(2018—2028年)相对于基准期年平均降水在全省大部地区均是偏少的,偏少幅度在8.5%以内,其中贵州省北部地区偏少幅度最大;21世纪Ⅱ阶段(2029—2039年)相对于基准期贵州省中西部降水偏少东部降水偏多,变化幅度基本上在7%以内;21世纪Ⅲ阶段(2040—2050年)相对于基准期贵州省南部和东部降水偏少西北部降水偏多,变化幅度基本上在7.5%以内。贵州省21世纪Ⅰ阶段、Ⅱ阶段、Ⅲ阶段年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温相对于基准期均是偏暖的,偏暖幅度在0.6～1.3℃之间,越到后期,偏暖幅度越大,且空间差异不大。     

未来气候变化对西南地区地质灾害的可能影响

本研究利用区域气候模式RegCM4提供的RCP8.5(高排放)和RCP4.5(中排放)情景下的逐日平均气温和降水量,计算并分析了西南地区21世纪不同阶段平均气温、平均降水、连续干旱日数(CDD)、> 20mm的降水日数(R20mm)、连续5天最大降水量(Rx5day)和单日降水强度指数(SDII)相对于参照期(1986～2005年)的变化特征,进而定性地给出未来气候变化对西南地区地质灾害的可能影响。结果表明:未来西南地区因平均气温升高、平均降水量变化、持续干旱变化、强降水变化、降水集中程度变化和单日降水强度变化将导致地质灾害发生的可能性增大,但诱因不同、影响区域有差异;另外温室气体浓度越高,平均气温、平均降水以及相关极端指数相对于基准期变幅基本上都越大,相关地质灾害风险增加的可能性也越大。      

Projection of snow cover changes over China under RCP scenarios

Snow cover changes in the middle (2040–2059) and end (2080–2099) of the twenty-first century over China were investigated with a regional climate model, nested within the global model BCC_CSM1.1. The simulations had been conducted for the period of 1950–2099 under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. Results show that the model perform well in representing contemporary (1986–2005) spatial distributions of snow cover days (SCDs) and snow water equivalent (SWE). However, some differences between observation and simulation were detected. Under the RCP4.5 scenarios, SCDs are shortened by 10–20 and 20–40 days during the middle and end of the twenty-first century, respectively. Whereas simulated SWE is lowered by 0.1–10 mm in most areas over the Tibetan Plateau (TP). On the other hand, the spatial distributions of SWE are reversed between the middle and end terms in the northeast China. Furthermore, compared with the changes of RCP4.5 scenario, SCDs are reduced by 5–20 days in the middle period under RCP8.5 scenario with even larger decreasing amplitude in the end term. SWE was lowered by 0.1–2.5 mm in most areas except the northeast of China in middle term under RCP8.5 scenario. The great center of SCDs and SWE changes are always located over TP. The regional mean of SCDs and SWE for the TP and for China display a declining trend from 2006 to 2099 with more pronounced changes in the TP than in China as a whole. Under the RCP8.5 scenario, the changes are enhanced compared to those under RCP4.5.     

京津冀平原区冬季大气环境容量变化:观测与预估

本文基于ERA5再分析数据,探究了京津冀地区冬季大气环境容量(Atmosphere Environmental Capacity,AEC)的时空变化特征以及相关影响因子。结果表明,冬季AEC在京津冀地区表现为西南部低,北部高的分布特征,其低值集中在平原区。京津冀平原区AEC变化与东亚冬季风、边界层高度、边界层内平均风速以及通风强度密切相关。东亚冬季风强、边界层高度高、边界层内平均风速大以及通风强度强,使得AEC偏高,反之亦然。进一步利用区域气候模式RegCM4对3个CMIP5全球气候模式的动力降尺度进行模拟,预估了京津冀平原区冬季AEC在RCP4.5和RCP8.5情景下的变化。结果显示,与1986—2005年相比,两种情景下京津冀平原区冬季AEC在21世纪中、末期都将下降,其中末期下降幅度高于中期、RCP8.5情景下的变化大于RCP4.5情景。上述变化与东亚冬季风减弱、东亚西风急流北移、边界层高度降低以及边界层内平均风速减小有关。     

未来气候变化对湖北省钉螺潜在分布的影响

利用最大熵模型,结合地形、植被、气象等环境因子,模拟了湖北省钉螺在基准期（1986-2005年）的分布,预测了RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5这3种未来情景下2021-2040年、2051-2070年和2081-2100年湖北省钉螺潜在分布风险。结果表明,基于主导环境因子建立的最大熵模型的受试者工作特征曲线（ROC）下的面积（AUC）平均值达到0.894±0.024,可用于未来气候变化情景下湖北省钉螺的潜在分布研究。3种排放情景下钉螺潜在分布低、中风险区范围相对基准期分别扩大了4.5%和1.6%,无风险区范围缩小了9.3%;伴随着未来可能的气候变化,钉螺潜在分布中、高风险区向北移动。     

不同代表性浓度路径情景下2045-2050年中国气溶胶分布变化的分析

基于来自于CMIP5中CESM模式的三种RCP情景下的气象场的降尺度模拟,应用区域空气质量模式系统RAMS-CMAQ模拟2045-2050年中国地区气溶胶浓度.三种RCP情景下气象场的降尺度模拟表明,与RCP2.6相比,在RCP4.5和RCP8.5下,华北和华南的近地表温度差减小,风速在华北和华南地区增加,在中部地区下...     

1.5和2℃升温阈值下中国温度和降水变化的预估

基于CMIP5耦合气候模式模拟结果对1.5和2℃升温阈值时中国温度和降水变化的分析表明,1.5℃升温阈值时,中国年平均升温由南向北加强且在青藏高原地区有所放大,季节尺度上升温的空间分布与其类似,就区域平均而言,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均气温分别升高1.83、1.75和1.88℃,气温的季节变幅以冬季升高最为显著;除华南和西南地区外中国大部分地区年平均降水量增多,降水的季节差异明显,以夏季降水的分布模态与年平均降水量的分布最为相似,区域平均的年降水量分别增加5.03%、2.82%和3.27%,季节尺度上以冬季降水增幅最大。2℃升温阈值时,RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均温度的空间分布与1.5℃升温阈值基本一致,中国年平均气温分别升高2.49和2.54℃,季节尺度上气温的变化以秋、冬季增幅最大;中国范围内年平均降水量基本表现为增多趋势,其中,西北和长江中下游部分地区表现为明显的季节差异,区域平均的年降水量分别增加6.26%和5.86%。与1.5℃升温阈值相比较,2℃升温阈值时中国年平均温度在RCP4.5和RCP8.5情景下分别升高0.74和0.76℃,降水则分别增加3.44%和2.59%,空间上温度升高以东北、西北和青藏高原最为显著,降水则在东北、华北、青藏高原和华南地区增加最为明显。      

全球升温1.5℃时北半球多年冻土及雪水当量的响应及其变化

本文基于耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）的17个全球气候模式,确定了1.5℃温升（相对于1861-1880年）的发生时间,预估了全球升温1.5℃时,北半球冻土和积雪的变化,并对预估结果的不确定性进行了讨论。结果表明,全球平均地表温度在3种排放情景下（RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5）分别于2027、2026、2023年达到1.5℃阈值。当全球升温1.5℃,北半球多年冻土南界北移1°～3.5°,冻土退化主要发生在中西伯利亚南部。多年冻土面积在全球升温1.5℃时,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下较1986-2005年分别减少约3.43×10⁶ km²（21.12%)、3.91×10⁶ km²（24.10%）和4.15×10⁶ km²（25.55%);北半球超过一半以上的区域雪水当量减少,只在中西伯利亚地区略微增加;北美洲中部、欧洲西部以及俄罗斯西北部减少较显著,减少约40%以上。青藏高原多年冻土面积在RCP2.6、RCP4.5以及RCP8.5排放情景下分别减少0.15×10⁶ km²（7.28%)、0.18×10⁶ km²（8.74%）和0.17×10⁶ km²（8.25%)。青藏高原冬、春季雪水当量分别减少约14.9%和13.8%。     

CMIP5 simulated change in the intensity of the Hadley and Walker circulations from the perspective of velocity potential

Based on the simulations of 31 global models in CMIP5, the performance of the models in simulating the Hadley and Walker circulations is evaluated. In addition, their change in intensity by the end of the 21 st century(2080–2099) under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, relative to 1986–2005, is analyzed from the perspective of 200 h Pa velocity potential.Validation shows good performance of the individual CMIP5 models and the multi-model ensemble mean(MME) in reproducing the meridional(zonal) structure and magnitude of Hadley(Walker) circulation. The MME can also capture the observed strengthening tendency of the winter Hadley circulation and weakening tendency of the Walker circulation. Such secular trends can be simulated by 39% and 74% of the models, respectively. The MME projection indicates that the winter Hadley circulation and the Walker circulation will weaken under both scenarios by the end of the 21 st century. The weakening amplitude is larger under RCP8.5 than RCP4.5, due to stronger external forcing. The majority of the CMIP5 models show the same projection as the MME. However, for the summer Hadley circulation, the MME shows little change under RCP4.5 and large intermodel spread is apparent. Around half of the models project an increase, and the other half project a decrease. Under the RCP8.5 scenario, the MME and 65% of the models project a weakening of the summer southern Hadley circulation.