Constructing Site-Specific Climate Change Scenarios on a Monthly Scale Using Statistical Downscaling

Summary Monthly mean temperature and monthly precipitation totals in two small catchments in the Czech Republic are estimated from large-scale 500 hPa height and 1000/500 hPa thickness fields using statistical downscaling. The method used is multiple linear regression. Whereas precipitation can be determined from large-scale fields with some confidence in only a few months of the year, temperature can be determined successfully. Principal components calculated separately from the height and thickness anomalies are identified as the best predictor set. The method is most accurate if the regression is performed using seasons based on three months. The test on an independent sample, consisting of warm seasons, confirms that the method successfully reproduces the difference in mean temperature between two climatic states, which indicates that this downscaling method is applicable for constructing scenarios of a future climate change. The ECHAM3 GCM is used for scenario construction. The GCM is shown to simulate surface temperature and precipitation with low accuracy, whereas the large-scale atmospheric fields are reproduced well; this justifies the downscaling approach. The observed regression equations are applied to 2xCO₂ GCM output so that the model’s bias is eleminated. This procedure is then discussed and finally, temperature scenarios for the 2xCO₂ climate are constructed for the two catchments. Received December 3, 1998 Revised December 4, 1999     

降尺度方法对中国未来两种情景下降水变化预估

利用1951-2000年中国160个气象站的降水资料和美国GFDL-CM2.1模式输出的500 hPa位势高度资料,建立了一个统计降尺度模型,并利用该模型对中国2011-2100年的降水进行了降尺度预估,分析了CO2浓度变化对中国未来降水变化的可能影响.结果表明,在未来A1B和A2情景下,中国各气候区各季节的降水都发生了变化,两种情景下的降水变化格局和变化幅度非常相似,但由于A2情景下的2011-2100年平均CO2浓度比A1B情景高,故其降水变化的幅度更为剧烈.CO2浓度的增加是中国未来降水变化的主要贡献因子,但它不会从根本上改变中国未来降水的分布格局,只会增强降水本身的自然变化幅度,是降水自然变率的放大器,且放大的幅度远远大于自然变率本身.CO2浓度变化引起的降水变化一般比CO2浓度变化滞后20～30年.CO2浓度增加引起的气温升高会导致中国大部分地区500 hPa等压面的抬升和环流形势的改变,从而对未来降水产生影响.     

Impact of Climate Change on Hydrological Regimes and Water Resources Management in the Rhine Basin

The International Commission for the Hydrology of the Rhine basin (CHR) hascarried out a researchproject to assess the impact of climate change on the river flow conditionsin the Rhine basin. Along abottom-up line, different detailed hydrological models with hourly and dailytime steps have beendeveloped for representative sub-catchments of the Rhine basin. Along atop-down line, a water balancemodel for the entire Rhine basin has been developed, which calculates monthlydischarges and which wastested on the scale of the major tributaries of the Rhine. Using this set ofmodels, the effects of climatechange on the discharge regime in different parts of the Rhine basin werecalculated using the results ofUKHI and XCCC GCM-experiments. All models indicate the same trends in thechanges: higher winterdischarge as a result of intensified snow-melt and increased winterprecipitation, and lower summerdischarge due to the reduced winter snow storage and an increase ofevapotranspiration. When the resultsare considered in more detail, however, several differences show up. These canfirstly be attributed todifferent physical characteristics of the studied areas, but different spatialand temporal scales used in themodelling and different representations of several hydrological processes(e.g., evapotranspiration,snow melt) are responsible for the differences found as well. Climate changecan affect various socio-economicsectors. Higher temperatures may threaten winter tourism in the lower wintersport areas. The hydrologicalchanges will increase flood risk during winter, whilst low flows during summerwill adversely affectinland navigation, and reduce water availability for agriculture and industry.Balancing the required actionsagainst economic cost and the existing uncertainties in the climate changescenarios, a policy of `no-regretand flexibility' in water management planning and design is recommended, whereanticipatory adaptivemeasures in response to climate change impacts are undertaken in combinationwith ongoing activities.     

气候变化对水文循环的影响

水文循环是地球上海洋、陆地和大气之间相互作用中最活跃且最重要的枢纽,受气候变化影响最为显著。本文回顾了气候变化对全球水文循环的影响,并对20世纪60年代以来中国降水、蒸散发、地表径流及大气水汽含量等陆地水文循环要素变化进行了评估。气候变暖使得全球水文循环加强,观测数据表明自1970年以来,全球对流层和地表水汽含量呈现增加趋势,但由于监测网络在空间覆盖和时间响应的限制,热带水汽增加与环流减弱之间相互影响,使得气候变化对区域水文循环的影响不确定性较大。在全球气候变化背景下,中国水文循环符合全球水循环变化的特征,又表现出更为复杂的区域特征,各个流域间空间差异增大。大气水汽含量在80年代后呈现上升的趋势;60年代以来,中国降水平均态虽然无明显变化但空间差异显著增加,实际蒸散发平均值微弱增加,空间差异增大,地表径流空间差异增大,某些流域呈现减少趋势。21世纪以来,由蒸散发再凝结形成的降水量增加,大气内循环活跃程度加大。     

气候变化对淮河蒙洼蓄滞洪区启用风险影响评估

基于RCP情景下47个IPCC CMIP5气候模式模拟数据和大尺度水文模型VIC,预估了未来（2021-2050年）气候变化对淮河蒙洼蓄滞洪区启用的可能影响。结果表明：与基准期（1971-2000年）相比,多模式预估淮河上游未来多年平均气温一致呈增加趋势,平均增幅范围0.2～1.7℃。不同模式对降水预估差异较大,但有超过70%的模式预估降水呈增加趋势,平均增幅为3.4%～4.1%。未来气候情景下,王家坝断面洪水总体呈增加趋势,20年一遇的洪水强度平均增幅19%,洪水频率将增大,蒙洼蓄滞洪区启用可能更加频繁,启用的风险加大。     

统计降尺度法对华北地区未来区域气温变化情景的预估

迄今为止,大部分海气耦合气候模式（AOGCM）的空间分辨率还较低,很难对区域尺度的气候变化情景做合理的预测。降尺度法已广泛用于弥补AOGCM在这方面的不足。作者采用统计降尺度方法对1月和7月华北地区49个气象观测站的未来月平均温度变化情景进行预估。采用的统计降尺度方法是主分量分析与逐步回归分析相结合的多元线性回归模型。首先,采用1961～2000年的 NCEP再分析资料和49个台站的观测资料建立月平均温度的统计降尺度模型,然后把建立的统计降尺度模型应用于HadCM3 SRES A2 和 B2 两种排放情景, 从而生成各个台站1950～2099年1月份和7月份温度变化情景。结果表明:在当前气候条件下,无论1月还是7月,统计降尺度方法模拟的温度与观测的温度有很好的一致性,而且在大多数台站,统计降尺度模拟气温与观测值相比略微偏低。对于未来气候情景的预估方面,无论1月还是7月,也无论是HadCM3 SRES A2 还是B2排放情景驱动统计模型,结果表明大多数的站点都存在温度的明显上升趋势,同时7月的上升趋势与1月相比偏低。     

Assessing the Impact of Climate Change on the Great Lakes Shoreline Wetlands

Great Lakes shoreline wetlands are adapted to a variable water supply. They require the disturbance of water level fluctuations to maintain their productivity. However, the magnitude and rate of climate change could alter the hydrology of the Great Lakes and affect wetland ecosystems. Wetlands would have to adjust to a new pattern of water level fluctuations; the timing, duration, and range of these fluctuations are critical to the wetland ecosystem response. Two "what if" scenarios: (1) an increased frequency and duration of low water levels and (2) a changed temporal distribution and amplitude of seasonal water levels were developed to assess the sensitivity of shoreline wetlands to climate change. Wetland functions and values such as wildlife, waterfowl and fish habitat, water quality, areal extent, and vegetation diversity are affected by these scenarios. Key wetlands are at risk, particularly those that are impeded from adapting to the new water level conditions by man-made structures or geomorphic conditions. Wetland remediation, protection and enhancement policies and programs must consider climate change as an additional stressor of wetlands.     

青海湖流域气候变化及其对湖水位的影响

选取青海湖流域1958～2009年刚察和天峻气象站的气象资料及青海湖水位资料,分析了流域的气温、降水、干旱指数和地温的变化特征及对青海湖水位的影响。研究得出:①20世纪80年代中期是青海湖流域气候由暖干向暖湿变化的转折时期,2000年后暖湿的气候特征更加明显;②气温和地温均呈现显著上升趋势,气温的变化率为0.27～0.31℃/10a,5～320cm地温的增加趋势比气温显著,变化率为0.49～0.64℃/10a(P0.01);③和气温相比,地温与水位的线性关系更明显,相关系数为-0.66～-0.8(P0.01),随着土层深度的增加,线性关系增强;④当年的干旱情况影响次年水位的变化,降水和气温的变化对次年水位的影响大于对当年水位的影响;⑤当年的水位变化量与前一年冬季气温的变化量呈显著的负相关(P0.01),与前一年秋季降水的变化量呈显著正相关(P0.01)。     

华北地区气候变化及其对水资源的影响

根据华北地区近50年的气候、水资源、旱涝灾害面积等资料，对该地区的气候特点及变化趋势、水资源的变化规律与气候变化的相互关系、极端气候事件对水资源的影响及气候变化对农业旱涝的影响进行了分析，并在气候模式预测结果的基础上，简要分析了华北地区未来气候变化对水资源的可能影响，提出了相应的对策建议，从而为实现水资源可持续利用提供科学依据。     

气候变化对黄河流域水资源影响研究进展

20世纪90年代以来,黄河流域天然径流量大幅减少,水资源供需矛盾已经成为制约流域社会经济可持续发展的重大问题.本文概述了国内外气候变化对流域水文水资源影响的研究进展;论述了气候变化对黄河流域水文水资源影响研究的方法、结果和最新进展及黄河流域气候变化对水资源影响研究的问题.建议今后加强基础数据和资料的分析研究,建立适合黄河流域的多情景综合气候评价模型;提高黄河流域极端气象水文事件预测能力,为流域水资源管理和综合规划服务.     

Impact of Climate Change on the Water Cycle and Nutrient Losses in a Finnish Catchment

Changes in climate, either long or short-term changes, can alter significantly the hydrological behavior of catchments. A statistical analysis of a thirty-four year time series of meteorological data collected in the Vantaanjoki watershed (Southern Finland) shows an increase in temperature and precipitation. The hydrological model SWAT was applied to the Vantaanjoki watershed in order to assess the impact of the measured transient climate change on the hydro-biogeochemical behavior of the catchment. The SWAT model was calibrated and validated for a period extending from 1965 to 1998. The model performance was evaluated comparing the measured and predicted time series for flow, suspended solids, total nitrogen and total phosphorus at the watershed outlet. The model was then run for the same period with climatic data where the observed increase in temperature and precipitation was removed using non-parametric techniques. It was shown that the observed climate change was responsible for the decrease of the snow cover and increase of winter runoff. On an annual basis, small increases were noted in nutrient losses, however, with significant seasonal differences. Globally, the observed climate change was responsible for an increased contribution of diffuse nutrient losses to the total nutrient load.     

未来气候变化对黄河流域水文过程的影响

使用NASA/NCAR有限区域大气环流模型FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3径流模拟结果同大尺度汇流模型LRM [分辨率0.25°(纬度)×0.25°(经度)]相连接,模拟预估未来气候变化对我国黄河流域水文过程的影响。结果表明:相对于当代气候,未来黄河流域呈现气温升高、降水增加(夏季7～8月降水减少)和蒸发增大的趋势,且空间分布极不均匀,造成河川径流在5～10月减少,加剧流域夏季的水资源短缺;未来气温升高使得融雪径流增加,可能导致更早和更大的春季径流,使径流过程发生季节性迁移,引起黄河流域水资源年内分配发生变化。     

黄河源区未来地面气温变化的统计降尺度分析

大气环流模式(GCMs)模拟预测的气候变化情景,必须经过降尺度处理后才能得出次网格尺度上未来气候变化的时空分布细节,才能满足评估气候变化对资源、环境和社会经济等影响的需要.本文在简单介绍了目前降尺度模型的研究现状后,重点分析了统计降尺度方法的优缺点及适用性,并应用黄河源区7个站点1961-1990年的实测地区最高气温和最低气温资料,对统计降尺度模型(SDSM)的应用进行了分析和验证.首先利用SDSM建立大尺度气候要素和地面气温变量间的统计转换关系,确定模型应用的预报因子变量,然后用独立的观测资料验证模型的可靠性,最后把建立好的统计关系应用于英国Hadley中心海气耦合模式(HadCM3 SERS B2)的输出,分别生成了黄河源区7个站点未来3个时段2020s,2050s和2080s的气温变化情景.在此基础上,应用Arc/GIS的Kriging插值方法获得整个区域的气温变化情景进行分析.结果表明,日最高气温模拟值随时间推移增幅很快,3个时段(2020s,2050s和2080s)的平均气温变化情景分别为1.34,2.60和3.90℃,而日最低气温变化相对不明显,3个时段的平均气温变化情景分别为0.87,1.49和2.27℃.表现在每个季节和每个月的变化情景又各不相同,日最高气温以春季和秋季变化最显著,而日最低气温则以夏季和秋季的变化最为明显.     

气候变化对中国东部季风区水资源脆弱性的影响评价

将耦合暴露度、灾害风险、敏感性与抗压性的脆弱性评估模型应用于中国东部季风区水资源脆弱性评价,从水资源供需平衡角度分析了气候变化对东部季风区水资源脆弱性的影响。结果表明,2000年气候条件下,我国东部季风区接近90%的区域水资源处于中度脆弱及以上状态。其中水资源中度和高度脆弱区域约占全区的75%,极端脆弱区域接近15%。中国北方海河、黄河、淮河和辽河流域的水资源脆弱性最高。未来气候变化影响将加剧水资源脆弱性的风险,不同RCP排放情景下2030年代我国东部季风区水资源中度脆弱及以上区域面积有明显的扩大,极端脆弱区域将达到20%～25%。由于未来需水的进一步增加,中国北方水资源脆弱性的格局并未发生根本变化,而南方东南诸河等区域将面临可能发生的水危机。     

黄河上游水源补给区气候变化及对水资源的影响

应用黄河上游重要水源补给区玛曲县气温、降水资料分析得出:气温年际变化呈上升趋势,降水量年际变化呈下降趋势。气候变化导致可能蒸发量增加,可利用水资源量减少。水资源量多项式拟合变化趋势呈2谷1峰波动型,枯水期年际变化的时间尺度成倍延长。     

气候变化对黄河上游水资源系统影响的研究进展

介绍了近年来在气候变暖对黄河上游水资源情势变化影响方面的研究成果和进展。这些研究表明,由于黄河上游所处的特殊地理位置和脆弱的区域生态环境,使其形成具有独特的水文水资源系统。这个系统对气候变化十分敏感,且表现为对降水的敏感性远大于气温。黄河上游的天然地表径流量随降水的增加而增加,随气温的升高而减少。随着温度持续上升,黄河上游21世纪水循环的演变趋势呈现为蒸发量增加,径流量进一步减少。一般来讲,随着气温升高,海洋和陆地蒸发量增加,大气中的水汽含量增加,全球降水量总体上增加,黄河上游降水增加的概率加大;但由于增加的幅度有限,加之随气温上升而增加的蒸发量不仅在很大程度上抵消了降水的可能增加,还将在一定程度上造成水资源量的减少。未来黄河上游水资源形势依然不容乐观,必须通过如南水北调工程等各种途径来解决我国西北和华北的水资源问题,以减缓和适应气候变化所带来的不利影响。     

气候变化对家燕物候期的影响分析

对镇江地区1984—2019年家燕物候资料(始见、绝见期)及同期气温、降水、日照等气象资料对比分析,结果表明:近36 a镇江地区家燕始见期在波动变化中呈提前的趋势,以4 d/10 a的速率提前.绝见期在波动变化中呈推后的趋势,以5 d/10 a的速率推后.间隔期在波动变化中呈延长的趋势,以9 d/10 a的速率延长;近...     

气候变化对安徽省主要农作物水分供需状况的影响

利用安徽省78个气象台站1961-2009年的气象资料和作物资料,对农田水分供需状况进行探讨。结果表明：安徽省一季稻本田生长期总需水量自北向南逐渐增加,同时降水充足,沿淮和淮河以南的绝大部分地区多数年份农田水分供给充足有余;而冬小麦全生育期需水量与一季稻相反--自北向南逐渐减少,这主要受冬半年气温、风速和相对湿度的综合影响,加之降水量普遍不足,冬小麦主产区农田水分供应不能满足小麦生长需要,尤其需水关键期的水分亏缺十分严重。     

龙川县气候变化对水稻生长的影响

分析在全球气候变暖的大背景下,龙川气候变化对水稻生长的影响。结果表明:水稻生长热量增多、生长期缩短、安全生长期延长、春季低温阴雨天气和秋季寒露风出现频率减少、农田水分条件较差、暴雨灾害增多、病虫危害加重等,是龙川县气候变化对水稻生长的影响。     

气候变化对滦河流域水资源影响的水文模式模拟（Ⅱ）: 模拟结果分析

利用PRMS水文模式系统 ,模拟研究了气候变化对滦河流域丰、枯水年不同季节水资源的影响。结果表明 ,滦河流域蒸发量主要受气温变化的影响 ,受降水量变化的影响相对较小 ;且湿润季节变化绝对值较大 ,干旱季节变化百分率较大。而地表径流量、次地表径流量、地下径流量及河川径流量主要受降水量变化的影响 ,受气温变化的影响相对较小。湿润季节对气候变化的敏感性较高 ,干旱季节敏感性较低。