基于CMIP5和RegCM4模式的内蒙古气候变化模拟评估及未来RCPs情景预估

文章利用CMIP5全球气候模式和RegCM4区域气候模式模拟的内蒙古降水量和平均气温的逐月数据,分别将2个气候模式1961-2005年的模拟结果与实际观测值进行对比,综合评估2个气候模式对内蒙古降水量和平均气温的模拟能力,并预估分析3种RCPs情景下2021-2100年内蒙古未来降水量和平均气温的可能变化特征.结果显示...     

三峡库区气温变化高精度区域气候模式模拟与预估

基于三峡库区1961—2005年气温逐日格点数据,评估由BCC_CSM1.1模式驱动的RegCM4区域气候模式、MPI-ESM-LR模式驱动的CCLM区域气候模式对三峡库区平均气温、极端高温的模拟能力,选用与观测值更为接近的区域气候模式模拟结果,预估三峡库区在RCP4.5温室气体排放情景下2016—2035年气温变化。结果表明:RegCM4和CCLM模式均能模拟出三峡库区多年平均气温、高温日数和高温强度的季节变化和空间分布形态,但均在库区东北部模拟的年平均气温偏低、高温日数偏少、高温强度偏小。同时,模式均能较好地反映出三峡库区年平均气温、年高温日数的年际变化,但对高温强度的年际变化模拟较差。总体而言,CCLM模式对三峡库区气温的模拟效果好于RegCM4。RCP4.5情景下,三峡库区2016—2035年平均气温、高温日数比当代(1986—2005年)分别增加0.6℃和5d,高温强度变化不明显。     

中国未来极端气温变化的概率预估及其不确定性

本文基于第五次耦合模式比较计划的23个全球气候模式所提供的最高气温与最低气温在RCP4.5情景下的逐日格点资料,根据模式对5个极端气温指数的模拟能力,使用秩加权方法研究了中国未来极端气温变化的概率预估及其不确定性。结果表明,21世纪中期（2046—2065年）中国区域平均最高气温和平均最低气温的增加幅度相对于历史时期（1986—2005年）可能超过2.0℃（概率>66%),增加的大值区主要位于青藏高原南部。暖夜指数在中国大部分地区增加超过15%,西南和东南部沿海是增加的大值区,增幅超过20%。霜冻日数在全国范围内减少,减少的大值区位于青藏高原周围,减少日数超过了20 d。热浪指数在整个中国区域可能增加10 d以上,大值区位于西藏西南部,可达30 d。不确定性的结果表明,除热浪指数的可信度较低外,其余指数都有较高的可信度。到21世纪末期（2081—2100年),中国区域极端气温增加幅度超过前期,平均最高气温和平均最低气温很可能增加超过2.0℃（概率>90%),大值区除中国西部地区外,还扩展到了东北和青藏高原西南地区。中国大部分地区的暖夜指数增加超过15%,西南和南部沿海可能超过25%。大部分地区的霜冻日数减少20 d,青藏高原周围减少超过40 d。热浪指数在中国范围内增加20 d,青藏高原西南部增加40 d以上。除霜冻指数的信噪比略比21世纪中期大外,其余指数的信噪比与中期基本一致。     

华中区域气温变化的模拟评估及未来情景预估

利用WCRP的耦合模式比较计划-阶段3的多模式数据(CMIP3数据),模拟分析基于A2、A1B、B1排放情景下华中区域2011-2100年平均气温的可能变化,结果表明,模式模拟的结果可较好地反映出气温线性变化趋势.模拟冬季增温速率略高于夏季,但夏季增温速率与观测序列呈相反变化趋势;总体能模拟出华中区域气温线性趋势的空间分布特征,但模拟数值偏高.3种情景下21世纪末华中区域平均气温的增幅(相对于1961-1990年)分别为3.7、3.4、2.0℃.21世纪中叶前夏季增幅大于冬季,21世纪末冬季增幅大于夏季;两个时间段内春、秋季基本一致.     

8个CMIP5模式对中国极端气温的模拟和预估

利用8个耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）模式结果,采用加权平均方法进行多模式集合,并与NCEP再分析资料进行对比分析,评估了CMIP5模式对中国极端气温的模拟效果,在此基础上,对未来极端气温进行预估。CMIP5模式对中国8个极端气温指数和20年一遇最高（低）气温有模拟能力,所有极端气温指数模拟和观测结果的时间相关均达到0.10显著性水平,20年一遇最高、最低气温模拟和观测结果空间相关系数均超过0.98。在中等排放RCP4.5情景下,未来中国极暖（冷）日数增多（减少）,到21世纪中期热浪指数增加2.6倍,到21世纪末期寒潮指数减少71%,20年一遇最高（低）气温在中国地区均呈现升高趋势,局部升温幅度达到4℃。     

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）.     

RCPs情景下贵州省气候变化预估分析

使用国际耦合模式比较计划第五阶段CMIP5的模式结果,在不同RCP情景下对贵州省未来气温、降水进行了预估。通过对气温、降水的模拟值和实测值的标准化均方根误差的评估得知,模式对贵州省气温的模拟能力较强,对降水的模拟能力相对较差。预估结果表明:未来在RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下贵州省气温均是明显的上升趋势,降水小幅度增加,增温(增湿)速率分别为0.5℃/10a(1.0%/10a)、0.2℃/10a(0.9%/10a)和0.1℃/10a(0.6%/10a),到了21世纪末期相对于基准期气温(降水)分别增加4.5℃(5.2%)、2.3℃(5.4%)和1.3℃(4.2%)。空间分布总体上增温幅度从西南向东北逐渐变大,而降水相对于基准期变化的区域性差异较大。总体来说,21世纪温室气体浓度越高,增温增湿速率越快。     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

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。     

BCC_CSM1.1模式对我国气温的模拟和预估

利用我国541个测站1960—2010年气温资料以及国家气候中心参加第5次耦合模式比较计划 (CMIP5) 的气候系统模式BCC_CSM1.1的历史试验和年代际试验结果,评估了该模式对我国近50年气温变化特征的模拟能力, 对模式的年代际试验结果进行了误差订正,并给出未来10~20年我国气温变化的预估。结果表明:历史试验和年代际试验均模拟出了与观测较为一致的增暖趋势,但均没有观测资料的增暖幅度大。其中,历史试验比年代际试验更接近于观测。年代际尺度上,模式对我国东部的模拟要好于西部;年际尺度上,模式的高预报技巧区在我国西北地区西南部和东部、西南地区北部。历史试验和年代际试验对我国气温空间场整体分布模拟较好,误差订正后的年代际试验结果对空间气温场的模拟有更好把握。相对于观测资料得到的1960—2010年0.27℃/10 a的增温速率,模式预估我国2011—2030年平均气温变化速率达到0.48℃/10 a, 上升趋势更加明显。     

CCSM4模式对东北气温和降水的模拟及预估

利用东北地区162个气象观测站逐月气温和降水资料对CCSM4模式的模拟性能进行了评价,并预估了2021—2050年东北地区的气候变化情景。结果表明:CCSM4模式长期历史气候模拟实验模拟的1961—2005年月平均气温、降水量值能较好地再现东北区域年平均气温、降水量的空间分布形态,但气温模拟值比观测偏低,91. 4%站点误差在1. 5℃以内;降水中心比观测略偏北,全区平均偏多35. 18 mm。2021—2050年东北区域年平均气温呈增温趋势,高纬度地区的增温幅度明显大于低纬度地区,与基准年相比,RCP2. 6、RCP4. 5和RCP8. 5情景下全区分别偏高6. 00℃、5. 86℃和6. 42℃。年降水量分布呈东南向西北递减的形态,降水大值中心出现在东南部吉林与辽宁交界处,RCP2. 6、RCP4. 5和RCP8. 5情景下全区分别偏多15. 2%、3. 1%和2. 0%。     

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。     

CMIP5模式对中国东北气候模拟能力的评估

利用CN05观测资料和参与IPCC第五次评估报告的45个全球气候系统模式的模拟结果,分析了新一代全球气候模式对中国东北三省(1961~2005年)气温和降水的模拟能力。结果表明:1)绝大多数模式都能较好地模拟出研究区内显著增温的趋势,对气温的年际变化模拟能力则相对有限;2)所有模式均能很好地再现气温气候态的空间分布特征,且多模式集合模拟结果优于绝大多数单个模式,空间相关系数达到了0.96;3)对于降水的模拟结果,模式间差异较大,多模式集合能较好地再现其空间分布规律(空间相关系数为0.86),对降水年际变化及线性变化趋势的模拟能力则较差。总体来说,多模式集合对东北气候的时空变化特征具有一定的模拟能力,且对气温模拟效果优于降水,对空间分布的模拟能力优于时间变化。     

Future changes and uncertainties in temperature and precipitation over China based on CMIP5 models

Climate changes in future 21 st century China and their uncertainties are evaluated based on 22 climate models from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5). By 2081–2100, the annual mean surface air temperature(SAT) is predicted to increase by 1.3℃± 0.7℃, 2.6℃± 0.8℃ and 5.2℃± 1.2℃ under the Representative Concentration Pathway(RCP) scenarios RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5, relative to 1986–2005, respectively. The future change in SAT averaged over China increases the most in autumn/winter and the least in spring, while the uncertainty shows little seasonal variation.Spatially, the annual and seasonal mean SAT both show a homogeneous warming pattern across China, with a warming rate increasing from southeastern China to the Tibetan Plateau and northern China, invariant with time and emissions scenario.The associated uncertainty in SAT decreases from northern to southern China. Meanwhile, by 2081–2100, the annual mean precipitation increases by 5% ± 5%, 8% ± 6% and 12% ± 8% under RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5, respectively. The national average precipitation anomaly percentage, largest in spring and smallest in winter, and its uncertainty, largest in winter and smallest in autumn, show visible seasonal variations. Although at a low confidence level, a homogeneous wetting pattern is projected across China on the annual mean scale, with a larger increasing percentage in northern China and a weak drying in southern China in the early 21 st century. The associated uncertainty is also generally larger in northern China and smaller in southwestern China. In addition, both SAT and precipitation usually show larger seasonal variability on the sub-regional scale compared with the national average.     

CMIP5模式对AMO与PDO模拟评估及未来预估

利用1880-2009年海表温度(Sea Surface Temperature,SST)观测资料以及耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project phase 5,CMIP5)中4种情景(piControl、historical、RCP2.6、RCP4.5)下的模...     

CMIP5模式对冬季北极涛动的模拟和预估

基于NCEP/NCAR再分析资料和CMIP5的19个模式结果,从异常模态、年代际趋势和周期特征等方面评估了CMIP5耦合模式对冬季北极涛动(Arctic Oscillation,AO)的模拟能力,并对未来RCP4.5、RCP8.5两种浓度路径下AO的可能变化趋势给出了定性的预估。CMIP5模式历史试验结果显示,大多数模式都能够模拟出AO模态的基本结构,但是对中心位置、强度的模拟存在较大的偏差,其中MPI-ESM-LR和Had GEM2-AO能较好地模拟出AO整体模态来。在历史演变和周期特征的刻画方面,模式的冬季海平面气压经验正交函数分解第一模态时间序列(Principal Component,PC1)基本能够反映出1950~1970年以来的减弱趋势,但对1970年以后的增长趋势模拟并不明显,而北半球环状模指数(Zonal Index,ZI)序列对两个阶段的趋势均可模拟出来,模式的PC1和ZI序列总体表现为正的变化趋势。有一半以上的模式对2~3 a高频周期模拟较好,但对20 a左右的周期模拟较差,其中仅有Can ESM2、CNRM-CM5、GFDL-ESM2G这3个模式对ZI指数的两个周期变化模拟较好。在RCP4.5和RCP8.5两种浓度路径下,ZI序列有显著的上升趋势,从长期趋势系数看RCP4.5路径下有14个模式呈现正的变化趋势,其中有10个模式通过了检验。RCP8.5浓度路径下,16个模式为正变化趋势,有11个模式通过了检验,集合平均结果正变化趋势较为显著。两种浓度路径下不同时段的海平面气压变化趋势表明,ZI序列的年代际变化明显,存在3个不同的变化阶段——2006~2039年、2070~2100年为两个上升阶段,2040~2069年为缓慢下降阶段。     

基于贝叶斯模型的中国未来气温变化预估及不确定性分析

利用第5次耦合模式比较计划(CMIP5)中35个全球气候模式历史模拟与RCP4.5预估结果,通过贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)对中国气温进行多模式集合研究,给出了中国未来气温变化预估及其不确定性的时空分布。结果表明,中国21世纪冬夏将持续升温,且升温具有冬季高于夏季,北方高于南方的特点。初期(2016—2035年)北方有很大可能(80%)升温超过0.7℃,南方升温相同幅度的概率则超过50%;中期(2046—2065年)北方和南方升温超过1.5℃的概率分别为80%和50%;末期(2081—2100年),北方(南方)有80%(50%)的可能的升温超过2℃。气温预估的不确定性研究发现,无论冬夏,21世纪不同时期升温相对较弱的塔里木盆地、青藏高原南侧和中国东南地区为不确定性低值区,基本低于0.6℃,对应可信度较高,如21世纪初期信噪比超过4;而不确定性的高值区则主要分布在新疆北部、东北平原北部和青藏高原东南侧等升温相对较大的地区,普遍高于1℃,对应可信度较低,如初期信噪比低于2.5。此外,基于信噪比对比发现除青藏高原东部外,其他区域夏季预估的可信度均高于冬季,21世纪末期高于初期,且空间分布特征一致。     

Preliminary Assessment of Simulations of Climate Changes over China by CMIP5 Multi-Models

Based on 18 global climate models’ simulations of the 20th century climate, a set of experiments within phase five of the Coupled Model Inter-comparison Project (CMIP5), the performances of simulating the present climate over China are assessed. Compared with observations, models can capture the dominant features of the geographic distributions of temperature and precipitation during 1961-2005. For the temporal changes of temperature, models appear to have a good performance on reproducing the warming tendency but show limited skills for precipitation. For the regional mean temperature and precipitation over the whole of China, most models underestimate the actual temperature and overestimate precipitation. Concerning the standard deviations of simulations by the 18 models, they are larger for temperature in the western part of China, while the standard deviations are larger for precipitation in the South.