华北地区未来气候变化的高分辨率数值模拟

使用20km高水平分辨率的区域气候模式RegCM3,单向嵌套FvGCM/CCM3全球模式,进行了中国区域气候变化的数值模拟试验,分析华北地区夏半年4-9月的气温、降水和高温、干旱事件的变化。模式积分时间分为两个时段,分别为当代的1961-1990年和在IPCC SRES A2温室气体排放情景下的21世纪末2071-2100年。模式检验结果表明:在大部分月份,区域模式对当代气候的模拟都较全球模式更好。两个模式模拟的未来气温和降水变化,在空间分布型和量级上都有一定不同,如区域模式的升温更高,降水出现大范围减少等。此外,使用日最高气温不低于35℃的日数(D_(T35))和考虑了湿度因素的炎热指数(I_(H))不低于35℃的日数(D_(H135)),分析了区域模式模拟的未来高温事件变化,结果表明:未来华北地区D_(T35)和平原地区D_(H135)均有较大增加。未来华北地区的连续干旱日数(CDD)将增加,依照UNEP(United Nations Environment Programme)干旱指数(A_(U))给出的气候湿润区将有较大幅度减少,而半湿润半干旱区和半干旱区面积将增加。     

华北平原近45年气候变化特征分析

为研究华北平原气候时空变化特征,选用华北平原53站1961—2005年逐日气象资料,采用趋势分析法分析华北平原主要气候要素时空演变特征,利用M-K突变检验法确定气候要素突变年。结果表明:年平均气温升高趋势明显,尤其是20世纪90年代以后;降水量总体变化趋势不明显,20世纪80年代中后期开始,由多雨期转为少雨期;近45年来华北平原的气候经历了一个"冷湿-暖干"的变化过程;年日照时数减少趋势明显。华北平原增温主要在1—4月;降水量在多雨的4月、7、8月减少趋势明显;光照变差的主要原因是夏季和冬春季日照时数的减少。空间上,南北之间温差呈减小趋势,而降水量和日照时数之差则相反。气温升高使得积温增加,热量资源更加丰富。     

中国北方农牧交错带气候变化特征及未来趋势

利用1951—2006年中国台站日平均观测资料对北方农牧带过去56a气候变化特征进行了分析,指出该农牧带年降水量具有明显的年际和年代际变化特征,近10a来呈明显的下降趋势;年平均气温在20世纪90年代前期变化幅度较小,1987年之后持续偏暖,与全球及中国温度变化趋势一致;降水和温度变化具有明显的季节和区域差异。在气候特征分析基础上,利用全球海气耦合模式嵌套区域气候模式在SRES A2排放情景下对未来30a（2001-2030年）的气候变化进行了预估,对照30a模式气候场（1961—1990年）,分析了未来30a北方农牧交错带降水和温度变化的可能趋势,结果表明,未来该区平均地面气温持续升高,升温幅度达0．3℃,温度日较差将明显减小;年降水量呈增加趋势,但增加幅度较小,且降水变化具有明显的季节和地域差异;未来黄河上游地区干旱的威胁仍十分严峻。     

中国西部地区未来气候变化趋势预测

用中国科学院大气物理研究所的全球环流耦合模式(IAP/LASG GOALS),对中国西部地区由于CO2含量增加引起的未来气候变化进行了模拟预测分析.预测CO2含量每年以1%速度递增,对此进行了控制试验和扰动试验两个长期积分,并用它们的差值来表示中国西部地区的气候变化.结果表明,CO2增加以后,在初始阶段平均温度、降水和湿度变化不大,随着CO2含量的增加,中国西部地区温度、降水及湿度均呈显著的增加趋势,且比全球增加大得多.到2050年全球温度相对于现在增加1.5℃,而中国西部地区温度升高在1.2～2.2℃,其中最大增温区出现在青藏高原附近;西南地区降水将增加200mm以上,比湿增加最大,达0.8 g kg-1以上,新疆西部和西北部地区降水减少50 mm左右,平均降水增加15%,整个西部地区气候变暖变湿.     

未来气候变化情景下长江上游年径流量变化趋势研究

依据政府间气候变化委员会(IPCC)第五次评估报告(AR5)未来不同排放情景(RCPs)下的多模式(CMIP5)气温和降水预估结果,构建基于气温和降水的未来径流量预估模型,并以宜昌站为例分析了不同模式不同排放情景下未来80年(2020～2099年)长江上游年径流量的变化趋势。多模式集合平均预估结果表明：在99%的置信水平下,未来80年长江上游年径流量在RCP2.6排放情景下呈不显著增加趋势,在RCP4.5排放情景下呈不显著减小趋势,而在RCP8.5排放情景下则呈显著减小趋势;在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下未来80年长江上游年径流量预估均值相对于1961～2000年分别减少6.42%、10.99%和13.25%;同时,未来80年长江上游年径流量变化具有一定的年代际特征,在RCP2.6和RCP4.5排放情景下21世纪初期偏多、中期偏少而后期变化并不明显,在RCP8.5排放情景下则是21世纪中期以前偏多而中期以后明显偏少。本研究方法可为未来气候变化情景预估分析提供技术参考,本研究成果可供气候变化背景下长江上游乃至长江流域水资源开发利用及对策分析提供决策依据。     

The Impacts of Climate Change on the Autumn North Atlantic Wave Climate

Abstract

In this study, we investigate the impact of global warming induced by possible climate change on the autumn winds, the related storm climate, and the wave climate over the North Atlantic Ocean. These analyses are based on a third-generation wave model, WAVEWATCHIII? and dynamically downscaled winds, obtained from the Canadian Regional Climate Model driven by the third version of the Coupled Global Climate Model (T47) from the Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis following the A1B climate change scenario of the Special Report on Emission Scenarios from the Intergovernmental Panel on Climate Change. Compared with the present wave climate, represented as 1970–1999, the significant wave heights in the northeast North Atlantic will increase, whereas in other areas, such as the mid-latitudes, they will decrease, with associated changes in winds in the future climate (2040–2069). An analysis of inverse wave ages is used to suggest that wind-driven wave regimes tend to occur more frequently in the northeast North Atlantic and decrease in the mid-latitudes in the climate change scenario. The dominant North Atlantic storm-track region is estimated to shift northward, especially over the northern Northeast Atlantic, where the frequency of occurrence of the most intense cyclones is estimated to increase. We suggest that changes in storm densities are related to changes in the upper level steering flow in the atmosphere, which are the precursor to changes in the winds and ocean waves.     

东北地区近百年气候变化及突变检测

利用沈阳、大连、营口、长春、哈尔滨、黑河6个代表站1905~2001年的月平均气温和月降水观测数据,建立了东北地区近百年来季、年的气温和降水序列。对所建温度和降水序列分别与同一区域内26个代表站的温度序列和51个代表站的降水序列近40年同期资料做了相关分析,检验了序列的代表性。在所建序列的基础上,分析了东北地区百年气温的年代、年和季节等不同时间尺度的变化特点和地域分布特征,以及百年降水量的变化规律,采用谱分析方法探讨了序列的周期性变化特征,并采用Mann-Kendall和Yamamoto方法对经过滑动平均的气温和降水序列进行了突变分析。     

华北地区春季和夏季降水特征及与气候相关的分析

利用美国NCEP再分析月平均资料及我国华北地区25个气象站1951~2003年53年的月降水资料,研究了华北春季和夏季降水的年代际和年际变化特征及与大气环流的联系。结果表明,华北春季和夏季的年代际和年际变化特征有一定的差别,春季降水存在3种典型降水类型,即“全部一致型”、“东西型”和“东北西南型”。第一特征向量为主导,其时间变化系数与春季降水量特征基本一致,说明华北春季降水主要受西北气流影响,具有降水偏多(少)一致性特征。降水偏多、偏少年异常场差值显示春季华北主要受东亚上空的异常反气旋环流影响,其底部偏东气流在南海、台湾海峡一带转向向北一直吹到华北。华北夏季降水存在3种典型降水类型,即“全部一致型”、“南北型”和“东西型”。降水偏多、偏少年异常场差值显示夏季华北受副高西侧西南气流的影响从印度孟加拉湾携带大量水汽从西南方向吹向华北,带来较多的降雨。     

气候变化对华北4个城市建筑节能设计气象参数的影响

分析了1951年以来华北地区北京、天津、石家庄和太原4个城市建筑节能设计气象参数的变化特征,以期为建筑节能设计提供参考。结果表明：自1951年以来的近60年,4个城市采暖及冬季空气调节室外计算温度都明显升高,夏季空气调节室外计算干球温度呈升高趋势,夏季空气调节室外计算日平均及逐时温度总体上升高,但升高幅度较冬季采暖和冬季空气调节室外计算温度升高幅度均偏小;夏季通风室外计算温度呈弱的升高趋势,而室外计算相对湿度在北京、天津及太原降低,石家庄基本不变。气候变化对建筑节能设计气象参数存在明显的影响,对冬季采暖和空调的影响明显大于夏季空调,这对建筑节能设计是有利的。由于夏季通风室外计算温度升高不明显,对通风节能影响不大,而北京、天津相对湿度的降低有利于通风节能。     

华北地区夏季平均水汽输送通量和轨迹的分析

利用NOAA HYSPLIT_4水汽轨迹模型及1948—2003年NCAR/NCEP再分析资料,分析了华北地区夏季的平均水汽输送通量和轨迹。结果表明,华北夏季水汽轨迹有明显的年代际变化特征。1950—1970年代,华北地区850 hPa上的水汽主要是从南方输送来的,从1970年代开始水汽输送方向变以偏西为主,1980年代至今则以西北为主。另外,华北地区在1960—1964年垂直积分的水汽输送通量存在最大值,1965年以后水汽输送通量值开始变小,1977年后水汽输送通量值较小且保持稳定。水汽输送通量和水汽输送轨迹的变化主要和东亚夏季风的逐渐减弱有关。华北地区1950—2000年代夏季(6~8月)逐月水汽输送轨迹变化特征明显。     

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.     

华北区域环流型与河北气候的关系

利用Lamb-Jenkinson方法和NCEP/NCAR再分析的1951—2006年月平均海平面气压场资料,对华北区域环流进行分型并分析了对河北气候的影响。结果表明,影响华北的主要环流型有8种（A、SW、NE、W、C、N、ANE、AN）,占全部环流型的64.43%。冬季主要盛行A、NE环流型,夏季主要盛行SW、C环流型,冬季最主要的环流型A和夏季最主要的环流型SW出现次数呈反相变化。河北夏季降水量与SW出现次数呈明显的同相变化,而与A型出现次数呈非常好的反相变化,即冬季A环流型出现多,夏季SW环流型出现就少,夏季降水量就少,反之亦然。冬季的主要环流型在20世纪60年代中期发生了明显改变,夏季环流型在60年代和70年代发生了两次明显改变,之后基本维持改变后的环流型。河北气候与区域环流型变化有很好的对应关系。     

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。     

Regional Climate Change and Uncertainty Analysis based on Four Regional Climate Model Simulations over China

Four sets of climate change simulations at grid spacing of 50 km were conducted over East Asia with two regional climate models driven at the lateral boundaries by two global models for the period 1981–2050. The focus of the study was on the ensemble projection of climate change in the mid-21 st century(2031–50) over China. Validation of each simulation and the ensemble average showed good performances of the models overall, as well as advantages of the ensemble in reproducing present day(1981–2000) December–February(DJF), June–August(JJA), and annual(ANN) mean temperature and precipitation. Significant warming was projected for the mid-21 st century, with larger values of temperature increase found in the northern part of China and in the cold seasons. The ensemble average changes of precipitation in DJF, JJA, and ANN were determined, and the uncertainties of the projected changes analyzed based on the consistencies of the simulations. It was concluded that the largest uncertainties in precipitation projection are in eastern China during the summer season(monsoon precipitation).     

Projections of Climate Change over China for the 21st Century

1. IntroductionUnder the background of global warming in the20th century, it was also getting warmer of 0.2-0.7°C/100 yr over China for the last 100 years, espe-cially for the last 50 years (0.6-0.9°C/50 yr) based onthe instrumental observations (Wang and Gong, 2000;Ren et al., 2004; Zhao et al., 2004). In another way, itwas noticed that the concentration of greenhouse gasesand sulfate aerosols in the atmosphere increased by thehuman emissions. Some new evidences indicated thatthe greenho…     

气候变化与清代华北平原动乱事件关系分析

以《清实录》为历史数据源,以事件频次（县次/年）为代用指标,重建清代（1644—1911年）华北平原动乱事件序列。结果表明：世纪/年代尺度上的冷期或降温阶段的动乱频次高于暖期或升温阶段;干旱事件对动乱的触发作用比洪涝明显,干旱指数与动乱频次显著正相关,19世纪3次大规模农民起义均发生在极端旱灾背景下。上述对应关系在不同时间尺度上的显著程度有所不同,较短时间尺度（年代/年）上的规律在清代早期不明显,从18世纪末开始,随着人-地矛盾的激化逐渐明显,其程度随时间推移而加强。     

中国气候变化的检测及预估

对近5a来中国科学家在气候变化的检测及预估等方面的研究工作及主要成果进行了总结:采用最新的器测时期资料和代用温度资料对中国地区近50a、100a的温度和降水变化规律进行再分析,初步重建了中国过去1000a的地表温度序列;对20世纪中国气候变化进行了检测,分析了中国气候变化的原因;预估了中国21世纪气候变化。结果表明:近百年中国气候变化的主要特征与全球气候变化的趋势一致。中国近百年增暖的幅度为0.5～0.8℃,比全球同期增温略高。近50a中国平均气温升高以北方为主,升温速率达0.8℃/10a,远大于北半球平均的升温速率。中国雨型的年代际变化明显,西北西部从20世纪80年代中降水明显增多,以新疆最为显著。中国东部则由70年代末以前的北涝南旱型转为以后的南涝北旱型。气候变暖后,中国的极端天气和气候事件的发生频率和强度也出现了变化。     

我国南北方气温和降水气候态变化特征及其对气候检测结果的影响

利用1961-2012年中国区域1353个站的年平均气温和年降水资料,分析南方和北方4种气候态的变化特征,并探索气候态的改变对南方和北方气候检测的影响。结果表明：气候变暖对气候态的影响较为明显,气候态的改变会使得南北方气候分析结果发生改变。北方近52年来年平均气温的升温趋势较明显,南方升温趋势较弱,南北方在I态、II态和III态下的年平均气温均呈现一致的增加趋势,但北方比南方升温更快。南北方年降水量的历年变化差异较大,北方年降水量呈现弱的“降-升-降-升”变化趋势,南方年降水量的历年变化较大,多项式趋势线呈“2峰3谷”。气候态的改变使得北方和南方的气温和降水等级均向着高等级移动,北方气温等级的变化受气候态的影响比南方更明显。     

华北地区气候变化对水资源的影响及2003年水资源预评估

利用华北地区近50年的气候、水资源等相关资料，分析了华北地区水资源及其开发利用状况、气候变化特征及对水资源的影响以及二者之间的相互关系。在此基础上，进一步建立了水资源评估模式，并结合短期气候预测结果，实现了华北地区2003年水资源定量预评估。     

气候变化对中国南方稻区水稻产量影响的模拟和分析

采用了DSSAT作物模式和区域气候模式相连接,模拟分析了A2和B2气候变化情景对中国主要地区灌溉水稻产量的影响。气候变化情景采用了IPCC发布的SRES(Special Report on Emissions Scenarios)系列的最新温室气体排放情景,气候情景值采用区域气候模式PRECIS(Provide Regional Climates for Impact Studies)的模拟值。通过研究站点水稻对A2和B2增温梯度敏感性的分析表明:温度增加,水稻产量呈下降趋势,随着温度增加,产量下降幅度增大。且在同一增温水平下,在南方热带地区的昆明和海口,产量下降幅度大于其他站点。A2和B2的产量相对于基准年(1961~1990年)的变化分别为:气候变化对不同站点的年代际水稻平均产量表现了正面或负面的影响(A2情景下为2.3%~-10.2%,B2情景下为4.0%~-13.6%),在某一些站点,水稻高产年和低产年的概率明显增加,产量分布趋于两极化。