气候变化国家评估报告(Ⅰ):中国气候变化的历史和未来趋势

The climate change in China shows a considerable similarity to the global change, though there still exist some significant differences between them. In the context of the global warming, the annual mean surface air temperature in the country as a whole has significantly increased for the past 50 years and 100 years, with the range of temperature increase slightly greater than that in the globe. The change in precipitation trends for the last 50 and 100 years was not significant, but since 1956 it has assumed a weak increasing trend. The frequency and intensity of main extreme weather and climate events have also undergone a significant change. The researches show that the atmospheric CO2 concentration in China has continuously increased and the sum of positive radiative forcings produced by greenhouse gases is probably responsible for the country-wide climate warming for the past 100 years, especially for the past 50 years. The projections of climate change for the 21st century using global and regional climate models indicate that, in the future 20-100 years, the surface air temperature will continue to increase and the annual precipitation also has an increasing trend for most parts of the country.     

20世纪中国气候变暖的归因分析

 考虑不同排放情景和各种强迫因子分别组合3组试验,对试验结果采取多模式集合,并把3组数值试验模拟的20世纪中国年平均气温距平变化与观测序列作对比,对20世纪中国气候变暖进行了归因分析。结果表明：20世纪中国气候变暖与人类排放温室气体和硫酸盐气溶胶有密切的联系,尤以近50 a更明显。当模式综合考虑多种外部和内部强迫因子时,所模拟的20世纪中国年平均气温距平变化最接近实际观测。归因分析中还强调了海洋的重要作用。但是3组试验都没有模拟出20世纪20年代的变暖。     

Evaluation of Surface Air Temperature Change over China and the Globe during the Twentieth Century in IAP AGCM4.0

Based on time series and linear trend analysis, the authors evaluated the performance of the fourth generation atmospheric general circulation model developed at the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences (IAP AGCM4.0), in simulating surface air temperature (SAT) during the twentieth century over China and the globe. The numerical experiment is conducted by driving the model with the observed sea surface temperature and sea ice. It is shown that IAP AGCM4.0 can simulate the warming trend of the global SAT, with the major warming regions in the high latitudes of the Northern Hemisphere and the mid-latitudes of the Southern Hemisphere. While the simulated trend over the whole globe is close to the observation, the model under-estimates the observed trend over the continents. More-over, the model simulates the spatial distribution of SAT in China, with a bias of approximately-2°C in eastern China, but with a more serious bias in western China. Compared with the global mean, however, the correlation coefficient between the simulation and observation in China is significantly lower, indicating that there is large uncertainty in simulating regional climate change.     

气候变暖对河西走廊棉花生长的影响

Based on the 1983-2002 cotton biological records and surface meteorological observations at Dunhuang agrometeolorogical station, impact of climate warming on cotton (Gossypium arboreum L.) in the Hexi oases in the arid Northwest China was studied. Results show that the growing season of cotton moved up in spring while postponed in autumn due to the climate warming from 1983 to 2002, thus prolonging the growing period of cotton in the Hexi Corridor area, which contributed to the increase in cotton's yield in the Hexi oases.     

塔里木河流域冰川洪水对气候变暖的响应

In past 50 years, the air temperature fluctuation was raising trend in Tarim River Basin. The annual mean temperature has increased by 0.3℃ in the whole Tarim River Basin, and by 0.6℃ in the mountain areas. With global warming, the frequency of unstable and extreme climatic events increased, glaciers retreating accelerated and snow meltwater increased have resulted in the more frequency of snow-ice disasters such as glacier debrisflow and glacier flash flood etc. Since 1980s, in the process of intense climate warming, glaciers melting intensified, ice temperature rose and glaciers flows accelerated, and lead to more glacial lakes and extending water storage capacity and stronger glacial lake outburst floods occurrence. It is proposed that the monitoring and evaluating of the impact of climate change on water resources and floods should be enhanced.     

Changes of Air–sea Coupling in the North Atlantic over the 20th Century

Changes of air–sea coupling in the North Atlantic Ocean over the 20 th century are investigated using reanalysis data,climate model simulations, and observational data. It is found that the ocean-to-atmosphere feedback over the North Atlantic is significantly intensified in the second half of the 20 th century. This coupled feedback is characterized by the association between the summer North Atlantic Horseshoe(NAH) SST anomalies and the following winter North Atlantic Oscillation(NAO). The intensification is likely associated with the enhancement of the North Atlantic storm tracks as well as the NAH SST anomalies. Our study also reveals that most IPCC AR4 climate models fail to capture the observed NAO/NAH coupled feedback.     

北京1960—2008年气候变暖及极端气温指数变化特征

应用均一化逐日气象观测资料,分析了北京地区1960—2008年气候变暖及主要极端气温指数的统计特征。结果表明：近49年来北京年平均气温增温速率约为0.39℃/10a,最高、最低气温变化具有明显的非对称性。霜冻日数和气温年较差呈现下降趋势,暖夜指数及热浪指数呈现上升趋势,除气温年较差外,其他极端气温指数的气候变率均在加大。北京年平均气温及极端气温指数主要存在21年、15～17年及准10年周期特征。年平均气温与极端气温指数之间存在较强相关性,气候变暖突变发生前后某些极端气温指数发生频率表现出明显差异。自1980年起,北京市区极端最高气温及其增温率明显高于近郊和远郊,高温日数市区多于近郊,近郊多于远郊;近、远郊极端最低气温温差高于城、近郊温差。     

近50年气候变暖对黑龙江省玉米增产贡献的研究

使用黑龙江省1961—2008年22个站的逐日气象资料和玉米主产县的产量资料,确立基准时段,建立气温影响系数,分析气候变暖对黑龙江省玉米单产增加/减少的贡献率。结果表明:近50年来,气候变暖总体上对黑龙江省玉米单产增加趋势有利。以1961—1969年为基准时段,相对于20世纪60年代,70年代、80年代、90年代和21世纪初气候变暖的贡献率分别为16.8%、16.0%、20.9%和23.9%;以1970—1983年为基准时段,相对于20世纪70年代,80年代、90年代和21世纪初气候变暖的贡献率分别为3.6%、9.2%和11.2%。     

气候变暖对我国南方水稻可种植区的影响

利用我国南方稻区214站1961—2009年逐日气象资料,研究气候变化对南方水稻可种植区的影响。研究结果显示：气候变暖使南方稻区活动积温（日平均气温≥10℃）明显增加,49年增加了324.4℃?d。同时水稻生长季长度也明显延长,49年延长了17.9 d。双季稻可种植区北界明显北移,三季稻可种植区北界略有北移,20世纪60—80年代,双季稻可种植区仅限于长江以南地区,但21世纪初以来的10年双季稻可种植区北界移到长江以北,即向北推移近300 km,从而使新增双季稻可种植区扩展到四川东北部、贵州东部、重庆、湖北大部、安徽中部以及江苏南部。     

青海高原不同海拔高度区小麦生长对气候变暖的响应

利用青海高原上两个不同海拔高度区农业气象观测站1980—2007年的观测资料,就低海拔地（民和）和高海拔地（诺木洪）的气候变化及其对春小麦生长发育和产量的影响差异进行研究。结果显示：28年来民和和诺木洪两站均存在变暖趋势,且高海拔地区的线性增暖幅度大于低海拔地区。春小麦对气候变暖的响应表现在低海拔地区播种期提前,成熟期基本没有变化,生育期延长,产量下降;高海拔地区播种期推迟,成熟期提前,生育期缩短,产量波动较大。春小麦生长期内日平均气温每升高1℃,高海拔地区春小麦生育期缩短11.7 d,而低海拔地区无显著变化。分蘖期是两地小麦生育时期变化的转折点,是环境与群体的“缓冲者”。     

近百年我国地表气温趋势变化的可能原因

多套观测资料检测表明,近百年来中国气候明显变暖,变暖趋势达到0.2～0.8℃/100a,近50年变暖趋势更达到0.6～1.1℃/50 a.气候代用资料研究表明,中国20世纪的变暖在近千年中属于明显的,但对于20世纪是否为近千年中最暖的百年,还有待更多的观测研究验证.气候模式归因分析表明,20世纪中国的变暖与太阳活动、火山活动和人类活动有关,近50年的明显变暖可能与人类排放引起的大气中温室气体浓度增加有一定联系.但是,目前这一结论仍然存在着不确定性,尚需更多的研究工作.由于中国区域辽阔,不同区域气候差异较大,而且20世纪前50年观测资料匮乏,近千年的代用资料分布不广,因此,应该进一步考证中国20世纪的气温变化和在近千年中的地位.     

英国CRU高分辨率格点资料揭示的20世纪中国气候变化

中国覆盖比较完整的台站观测始于1951年,1951年之前虽然有一些观测记录,但是残缺不全.所以要建立更长的气候序列就要吸收代用资料,但是代用资料可能与气候要素仅有一定程度的相关,不可能一一对应,因此应用代用资料重建的气候序列有一定的不确定性.英国East Anglia大学的Climatic Research Unit(简称CRU)通过整合已有的若干个知名数据库,重建了一套覆盖完整、高分辨率、且无缺测的月平均地表气候要素数据集,时间范围覆盖1901～2003年,空间为0.5°×0.5°经纬网格覆盖所有陆地.这套资料和中国已有的气候数据相比具有如下优点: 第一,中国西部20世纪前半期非常缺少观测,CRU资料尽管包含插值带来的误差,经比较仍可作为有一定信度的参考; 第二,中国现有的百年温度序列只是年或季分辨率,而CRU资料达到月分辨率; 第三,建立这个序列仅使用观测结果,做统计内插,不包括代用资料所带来的不确定性.因此,CRU的序列与用代用资料补充得到的序列在资料方面有较大不同,比较这两个序列,不仅可以进一步确认中国气候变化的特征,也可以彼此校正.结果表明:(1)CRU资料反映的全国年平均温度年际变化和考虑代用资料重建的序列吻合得很好,相关系数达到0.84;(2)区域尺度上,两者在10个典型分区的气温变率也相当一致,相关整体保持在0.8左右,仅新疆西南部和西藏西北部两者差异较大;(3)CRU资料揭示的中国年总降水量在1951～2000年的变化与160站观测吻合,相关系数达到0.93;(4)CRU资料的中国东部四季降水量和重建资料十分一致,秋季一致性最好,相关0.93;(5)CRU资料和重建的序列比较一致地表现出中国温度和降水年代际变化的主要特征,其给出的20世纪20年代中国大旱和20世纪40年代中国高温的空间分布与作者过去的结论相一致.这表明,作者过去重建的中国气候序列有比较大的可靠性,而CRU资料也提供了新的信息,特别是在20世纪前半期和中国西部.     

本世纪海洋云量变化与全球增暖问题

本文分析了1900～1990年间全球海洋总云量。为消除资料序列中非气候因素的影响，序列被分为3个时段进行讨论。发现本世纪内与气候增暖的同时全球海洋云量有明显增加，但云量变化落后于全球平均气温变化1～4年，落后于全球平均海温1～2年，且云与温度变化的关系在不同气候带不同，这可能是不同气候带上主要云型不同，以致产生的辐射强迫效应不同。     

20世纪两次全球增暖事件的比较

20世纪20年代和70年代全球出现了两次突变增暖,本文分析比较了这两次全球增暖的起源地,空间分布特点,影响范围,以及北半球增温和降温最大地区的气温变化与其相对应的大气环流变化的联系等.发现,第一次全球增暖始于北半球新地岛西北、冰岛及以北的极地地区,主要增暖区在北大西洋、格陵兰岛、冰岛和北半球中、高纬大陆地区,主要增暖季节是夏季.第二次全球增暖最早可能始于南半球南印度洋海盆及南极大陆地区,增暖中心有明显向北半球方向移动的倾向并广泛影响到全球热带、副热带海洋,没有明显的区域和季节增暖差异;北半球第二次增暖比南半球约晚10年,主要增温区在东亚大陆和北美西部,主要增暖季节在冬季.分析还发现,20世纪北半球增暖最强的东亚大陆、北美西北部和降温显著的冰岛、格陵兰岛、北大西洋以及中北太平洋等地的气温变化与其相应的大气环流系统的异常变化关系密切.     

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。     

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…     

气候变化的归因与预估模拟研究

本文总结了近五年来中国科学院大气物理研究所在气候变暖的归因模拟与预估研究上的主要进展。研究表明,利用海温、太阳辐射和温室气体等实际强迫因子驱动大气环流模式,能够较为合理地模拟全球平均地表气温在20世纪的演变,但是难以模拟出包括北大西洋涛动／北极涛动和南极涛动在内的高纬度环流的长期变化趋势。利用温室气体和硫酸盐气溶胶等“历史资料”驱动气候系统模式,能够较好地模拟出20世纪后期的全球增暖,但如果要再现20世纪前期(1940年代)的变暖,还需同时考虑太阳辐射等自然外强迫因子。20世纪中国气温演变的耦合模式模拟技巧,较之全球平均情况要低;中国气候在1920年代的变暖机理目前尚不清楚。对于近50年中国东部地区“南冷北暖”、“南涝北旱”的气候变化,基于大气环流模式特别是区域气候模式的数值试验表明,夏季硫酸盐气溶胶的负辐射效应超过了温室气体的增暖效应,从而对变冷产生贡献。但现有的数值模拟证据,不足以说明气溶胶增加对“南涝北旱”型降水异常有贡献。20世纪中期以来,青藏高原主体存在明显增温趋势,温室气体浓度的增加对这种增暖有显著贡献。多模式集合预估的未来气候变化表明,21世纪全球平均温度将继续增暖,增温幅度因不同排放情景而异;中国大陆年均表面气温的增暖与全球同步,但增幅在东北、西部和华中地区较大,冬季升温幅度高于夏季、日最低温度升幅要强于日最高温度;全球增暖有可能对我国中东部植被的地理分布产生影响。伴随温室气体增加所导致的夏季平均温度升高,极端温度事件增多;在更暖的气候背景下,中国大部分地区总降水将增多,极端降水强度加大且更频繁发生,极端降水占总降水的比例也将增大。全球增暖有可能令大洋热盐环流减弱,但是减弱的幅度因模式而异。全球增暖可能不是导致北太平洋副热带－热带经圈环流自20世纪70年代以来变弱的原因。文章同时指出了模式预估结果中存在的不确定性。     

气候系统模式FGOALS_gl模拟的20世纪气温变化

分析了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室(LASG/IAP)发展的快速耦合气候系统模式FGOALS_gl对近100年气温变化的模拟,讨论了20世纪气温变化的机理。结果表明,在自然因素和人为因素的共同强迫作用下,FGOALS_gl能够合理再现20世纪全球平均和纬向平均地表气温随时间的演变。利用太阳辐照度等自然强迫、温室气体和气溶胶等人为强迫因子来驱动耦合模式,能够模拟出过去100年全球平均气温的增温趋势和年代际变化。耦合模式可以较好地模拟出20世纪全球气温变化趋势的空间分布。对区域气温变化模拟效果的分析表明,除北大西洋外,FGOALS_gl对其他地区具有较高的模拟技巧,表明外强迫是造成多数地区气温变化的主要原因。FGOALS_gl的主要缺陷在于模拟的变暖强度偏弱,大气模式自身的偏差以及耦合模式对温室气体响应的敏感度偏低是造成上述缺陷的主要原因。总体而言,FGOALS_gl对20世纪气温变化的模拟效果较为理想,特别是在全球、半球和大陆尺度上,该模式对过去100年气温变化的模拟较为合理。     

黑龙江省气候变暖对极端天气气候事件的影响

黑龙江省1980年以来气候变暖已成为事实，气候变暖导致天气气候极端事件的发生，主要表现在：①大雨暴雨次数增加；②30℃以上极端最高气温平均日数下降；③-30℃以下极端最低气温平均日数明显减少；④初霜日平均后延2～5天；⑤终霜日，北部中部提前3～5天而南部延长；⑥夏季低温次数明显减少，北部减少多于南部；⑦大旱年次数增多，大涝次数北少南多，西南部地区为旱涝敏感区。