气候变化综合评估系统的新视角

综合评估模式的要素。综合评估可定义为：将学科自身及学科与学科之间的资讯综合起来,以利于制订策略的一种过程。综合评估的特点是其知识来源较广,而有些评估只需单一学科的知识就能完全解答制定某项重要政策时牵涉的问题。因此,综合评估面临更独特、难度更大的挑战。     

对地球系统模式评估方法的回顾

对地球系统模式评估方法的回顾表明,近些年该领域有明显的进展,包括从单个变量到地球系统五个圈层多变量、多过程、多现象的定量评估,从气候态的评估到气候变化(如趋势性、周期性、年代际变率)、极值、异常和现象的定量评估,从定性评价到定量计算模式模拟的可靠性和不确定性,在多模式的利用中开始考虑模式之间的独立性和相似性,以及对气候预测和预估的效果进行定量评估和不确定性的贡献分析。     

通用地球系统模式对亚洲夏季风降水的模拟能力评估

通过与观测/再分析资料和参加第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的模式模拟结果进行对比,评估了通用地球系统模式(CESM,1.0.3版本)对亚洲夏季风降水的模拟能力。结果表明:CESM能够合理地模拟出亚洲夏季风降水的气候平均态,但与其他CMIP5模式模拟结果类似,对中国东南地区降水模拟偏少,而对中国西部高原地区降水模拟偏多;CESM可以再现亚洲季风区降水冬弱夏强、雨带北进南退的季节变化特征,其模拟偏差具有区域性和季节性差异;从EOF分析结果来看,CESM能够模拟出亚洲夏季风降水的时空变化特征,且能较好地抓住亚洲夏季风降水与厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,简称ENSO)的相关关系。总的说来,CESM对亚洲夏季风降水的模拟是合理的,模拟水平与4个最好的CMIP5模式相当。     

一个海洋-大气-动态植被耦合模式评估——海洋环流模拟

利用中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的全球耦合模式(GOALS〖CD*2〗AVIM),进行了100年积分。利用后40年的结果对模式耦合植被动态过程（AVIM）前后输出的海洋物理场对比分析。结果表明：耦合AVIM后的模式可以合理地模拟全球海洋温盐环流的气候态、季节变化,可以改进模式的模拟效果,在一定程度上克服了耦合AVIM前模式的缺点,使模拟结果更接近实测。由于植被〖CD*2〗大气的双向作用,在季节变化的模拟中,9月的改进效果大于3月的,北半球大于南半球;对于年平均气候态,耦合AVIM后的模式结果在热带海区海表面温度（SST）的模拟效果得到了明显改善,尤其是赤道太平洋海区的海温偏低现象得到了改善;在年际变化的模拟中,改善了耦合AVIM前模式模拟的年际变化分布,加大了赤道太平洋的标准差的模拟,使得耦合AVIM后模拟的年际变化大于耦合前;增强了耦合模式对赤道太平洋ENSO的模拟能力,较耦合AVIM前的模式模拟出了更多的ENSO基本特征,也改善了耦合AVIM前ENSO变化周期偏弱、偏短的现象;同样改善了对气候系统中存在的相互作用的模拟,对于热带印度洋SST变化与赤道太平洋SST的相互关联的模拟中,更加真实地模拟出了气候系统中存在的相互关联关系,体现出了AVIM动态植被过程对气候耦合模式的改善。     

地球系统模式发展展望

在调研国际国内气候系统模式的基础上,给出了地球系统模式的定义和它的3个发展阶段：物理气候系统模式、地球气候系统模式和地球系统模式,阐述了未来的地球系统模式发展的战略意义,介绍了国际国内围绕地球系统模式的发展所提出的科学研究计划,并基于政府间气候变化委员会第四次评估报告的参评模式,回顾了国内外地球系统模式发展现状与动态,展望了未来的可能发展方向,希望能对国内的地球气候系统模式发展有所帮助。     

气溶胶-气候耦合模式系统BCC_AGCM2.0.1_CAM气候态模拟的初步评估

本文讨论了国家气候中心第二代大气环流模式BCC_AGCM2.0.1和加拿大气溶胶理化模式CAM所组成的耦合模式系统对5种典型气溶胶(硫酸盐、黑碳、有机碳、沙尘和海盐)和气候要素的模拟效果。结果表明,耦合系统对5种典型气溶胶的模拟总体上比较合理,尤其是对硫酸盐、沙尘和海盐的模拟比BCC_AGCM2.0.1原有的月平均气溶胶资料有很大的改进。耦合系统模拟的全球平均气候态参量与观测/再分析资料比较一致,在总云量、陆地表面温度和降水等方面要略优于原月平均气溶胶资料的模拟结果。耦合系统对沙尘和海盐气溶胶模拟的改进使得撒哈拉沙漠和南半球中纬度海洋大气顶净太阳辐射的模拟也有所改进,而这将直接影响地表温度尤其是陆地表面温度。而不同气溶胶方案在赤道海洋上引起的云反馈不仅引起辐射的改变,还将对降水产生明显影响。     

气候变化综合评估模型的损失函数研究进展

该研究从综合评估模型(IAM)的模型耦合视角出发,介绍了当前损失函数的研究进展,主要从损失函数的构建方法、损失函数与IAM气候模块和经济模块的耦合以及IAM与气候模式的耦合角度分析了损失函数的耦合功能及其存在的科学问题,探讨了损失函数的改进方向。通过文献梳理发现,损失函数的构建方法上,主要采用专家判断法、元分析法和统计学方法,但各有优缺点;与气候模式的耦合功能上,损失函数多以温升为气候变化因素,降水等气候变化信息无法表达,且由全球尺度的年平均值进行标定,不能体现区域的差异和季节的变化,无法直接描述极端气候事件造成的巨大损失;与经济模块的耦合功能上,基于生产部门的损失函数缺乏间接损失评估功能,缺乏对经济增长的动态影响机制。针对上述IAM中气候变化对经济影响的反馈机制的不足,需重点从细化区域气候变化因素影响和细分经济产业部门两个方向重构损失函数,紧密连接气候模式与经济模块,全面评估气候变化经济损失,并需要从技术上解决损失函数在耦合经济模块与气候模式时出现的时空尺度不匹配问题,最终为IAM与气候模式甚至地球系统模式的耦合提供重要的解决方案。     

区域地球系统模式研究进展

区域地球系统模式是区域气候模式下一阶段的主要发展目标。本文阐述了发展区域地球系统模式的重要意义,分析了近年来区域地球系统模式的研究进展和典型案例,指出其多圈层通量耦合、空间分辨率提高以及耦合数据同化的三个共性特征。建议以开源共创的方式整合各界研究力量,加快建设我国自主可控的区域地球系统模式;围绕新建立的模式开展跨学科研究,特别关注其中多圈层、多尺度过程的相互作用;围绕高分辨率区域地球系统模式建立区域数字孪生监测预警平台,用于关键区域的防灾减灾和关键决策支撑。     

陆面过程模型CoLM与区域气候模式RegCM3的耦合及初步评估

陆面过程通过影响陆面和大气之间物质（如,水分）和能量的交换影响气候, 其参数化方案对数值天气预报、全球及区域气候模拟有重要影响。本研究利用对生物物理、生物化学过程考虑更全面的陆面模式Common Land Model(CoLM) 替代区域气候模式RegCM3原有的陆面模式BATS, 发展了耦合区域气候模式C－RegCM3; 将其应用于东亚地区典型洪涝年份夏季气候模拟以进行评估, 结果表明新耦合的模式C－RegCM3能合理模拟大尺度环流场、近地表气温和降水的分布特征, 对西北半干旱地区降水模拟比RegCM3有所改进。通过利用区域气候模式C－RegCM3及RegCM3对地表能量和水文过程模拟结果的比较, 发现在半干旱、半湿润过渡区C－RegCM3模拟的潜热增大、感热减小; 模拟的地表吸收太阳辐射差异较明显的地区位于模式模拟的主要雨区; C-RegCM3在上述过渡区模拟的夏季地表土壤湿度比RegCM3偏干, 这与它在过渡区降水模拟偏少、蒸散发模拟偏大相对应, 体现了该模式在半干旱、半湿润过渡带模拟出比RegCM3更明显的局地土壤湿度－降水－蒸散发之间的正反馈作用。     

清华大学CIESM模式及其参与CMIP6的方案

世界气候研究计划（WCRP）组织实施第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6),清华大学联合国内多家单位,通过多年的模式研发,完成联合地球系统模式（CIESM),除了CMIP6的气候诊断、评估和描述试验（DECK）和历史气候模拟试验（Historical),模式拟参与6个CMIP6子计划。通过介绍该模式的基本情况及其参与的试验子计划,为今后模式试验数据使用者提供参考。     

CAMS-CSM模式及其参与CMIP6的方案

世界气候研究计划(WCRP)组织开展的耦合模式比较计划已实施到第六阶段（CMIP6),中国气象科学研究院发展的气候系统模式CAMS-CSM是注册参加CMIP6的模式之一。除CMIP6要求的气候诊断、评估和描述试验（DECK）以及历史气候模拟试验（Historical）外,CAMS-CSM还计划参加情景模式比较计划（ScenarioMIP)、云反馈模式比较计划（CFMIP)、全球季风模式比较计划（GMMIP）和高分辨率模式比较计划（HighResMIP)这4个模式比较子计划（MIPs)。文中通过介绍CAMS-CSM的基本情况和模拟性能,以及计划参加的CMIP6试验及MIPs,为模式试验数据使用者提供参考。     

BCC模式及其开展的CMIP6试验介绍

世界气候研究计划（WCRP）正在组织实施第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6),国家气候中心作为参与单位之一,通过近几年的模式研发,推出3个最新模式版本参与该计划,包括含有气溶胶化学模块的地球系统模式BCC-ESM1.0、中等分辨率气候模式BCC-CSM2-MR和高分辨率气候模式BCC-CSM2-HR。除了CMIP6中的气候诊断、评估和描述试验（DECK）和历史气候模拟试验（Historical),这3个模式共将参与CMIP6中的10个模式比较子计划。文中主要介绍这3个模式的基本情况以及所开展的CMIP试验,并对BCC-CSM2-MR模式的Historical试验结果进行简要评估,为试验数据使用者提供参考。     

Earth System Model FGOALS-s2: Coupling a dynamic global vegetation and terrestrial carbon model with the physical climate system model

Earth System Models （ESMs） are fundamental tools for understanding climate-carbon feedback. An ESM version of the Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System model （FGOALS） was recently developed within the IPCC AR5 Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 （CMIP5） modeling framework, and we describe the development of this model through the coupling of a dynamic global vegetation and terrestrial carbon model with FGOALS-s2. The performance of the coupled model is evaluated as follows. The simulated global total terrestrial gross primary production （GPP） is 124.4 PgC yr-I and net pri- mary production （NPP） is 50.9 PgC yr-1. The entire terrestrial carbon pools contain about 2009.9 PgC, comprising 628.2 PgC and 1381.6 PgC in vegetation and soil pools, respectively. Spatially, in the tropics, the seasonal cycle of NPP and net ecosystem production （NEP） exhibits a dipole mode across the equator due to migration of the monsoon rainbelt, while the seasonal cycle is not so significant in Leaf Area Index （LAI）. In the subtropics, especially in the East Asian monsoon region, the seasonal cycle is obvious due to changes in temperature and precipitation from boreal winter to summer. Vegetation productivity in the northern mid-high latitudes is too low, possibly due to low soil moisture there. On the interannual timescale, the terrestrial ecosystem shows a strong response to ENSO. The model- simulated Nifio3.4 index and total terrestrial NEP are both characterized by a broad spectral peak in the range of 2-7 years. Further analysis indicates their correlation coefficient reaches -0.7 when NEP lags the Nifio3.4 index for about 1-2 months.     

NUIST-ESM模式及其参与CMIP6的方案

近几年来,南京信息工程大学（NUIST）地球系统模拟中心致力于地球系统模式研发。最新发展的第三版本南京信息工程大学地球系统模式（NUIST-ESM v3）在原有的基础上改进了边界层方案与对流参数化方案,调整了模式中云物理过程,改进了耦合物理过程和海冰反照率等过程。此版本作为参加第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的模式之一,注册了气候诊断、评估和描述试验（DECK）和历史气候模拟试验（Historical）以及ScenarioMIP、DAMIP、GMMIP、DCPP、PMIP、VolMIP和GeoMIP等7个比较子计划试验。目前DECK和Historical试验都已经完成,正将数据提交到ESGF数据发布平台。CMIP6模式比较子计划也将陆续完成并将发布数据,以供国内外学者下载使用。     

The use of scenarios as the basis for combined assessment of climate change mitigation and adaptation

Scenarios are used to explore the consequences of different adaptation and mitigation strategies under uncertainty. In this paper, two scenarios are used to explore developments with (1) no mitigation leading to an increase of global mean temperature of 4 °C by 2100 and (2) an ambitious mitigation strategy leading to 2 °C increase by 2100. For the second scenario, uncertainties in the climate system imply that a global mean temperature increase of 3 °C or more cannot be ruled out. Our analysis shows that, in many cases, adaptation and mitigation are not trade-offs but supplements. For example, the number of people exposed to increased water resource stress due to climate change can be substantially reduced in the mitigation scenario, but adaptation will still be required for the remaining large numbers of people exposed to increased stress. Another example is sea level rise, for which, from a global and purely monetary perspective, adaptation (up to 2100) seems more effective than mitigation. From the perspective of poorer and small island countries, however, stringent mitigation is necessary to keep risks at manageable levels. For agriculture, only a scenario based on a combination of adaptation and mitigation is able to avoid serious climate change impacts.     

NUIST地球系统模式模拟热带气旋活动的气候特征分析

采用恒定的现代外部强迫驱动第一版NUIST地球系统模式,进行了40年全球热带气旋活动模拟,分析了热带气旋活动的气候特征,并与1977—2016年观测资料对比分析。结果表明：该模式能够模拟出与热带气旋类似的结构特征,在热带气旋活动活跃的海区,模拟热带气旋生成的空间分布和影响范围与观测基本一致,但是各个海区热带气旋的生成频数与观测还存在差异。除了北印度洋海区,各个海区热带气旋生成频数的季节变化与观测相似。模式在西北太平洋海区模拟结果最好,能模拟出热带气旋的生成范围和盛行路径;在北印度洋地区模拟结果较差,北印度洋海区的相对涡度模拟与观测存在较大差异,这是模式未能模拟出北印度洋热带气旋双峰特征的主要原因。     

国家自主决定贡献的减排力度评价

基于气候变化综合模型——全球变化评价模型（GCAM-TU),分析了2030年各国家/地区减排承诺下能源相关CO₂的全球排放路径与不同可能性下2℃温升目标对应的最优排放路径的差距。研究发现,当前减排承诺下的全球排放路径与最优路径仍存在一定差距,各国家/地区需加大2030年后的减排承诺力度。进一步分析了主要国家/地区在各自减排承诺下的碳强度下降率、减排成本和人均碳排放,得出中国在全球减排进程中的努力和贡献是巨大的,而南非、日本等国承诺力度不足。为实现自主决定贡献,中国终端能源消耗将较参考情景有所下降,能源结构将进一步优化。     

FIO-ESM v2.0模式及其参与CMIP6的方案

目前,世界气候研究计划（WCRP）组织的国际耦合模式比较计划（CMIP）已经进入到第六阶段（CMIP6),CMIP6试验的开展也已成为国内外地球系统模式工作组的首要工作之一。自然资源部第一海洋研究所地球系统模式FIO-ESM是以耦合自主开发的海浪模式为特色的地球系统模式。在参与CMIP5的FIO-ESM v1.0的基础上,通过升级分量模式、改进海气通量相关物理过程和提高分辨率等,FIO-ESM v2.0现已完成研发,正在开展CMIP6科学计划的相关试验。文中围绕FIO-ESM v2.0的特色和计划参与CMIP6的情况,介绍了FIO-ESM v2.0的模式框架、包含的特色物理过程以及拟参加的CMIP6科学计划情况,以方便气候研究领域的科学家了解和使用。