CMIP6模式对亚洲陆地生态系统的模拟评估与预估

基于国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）模式模拟以及观测数据,评估了9个CMIP6模式对亚洲地区叶面积指数（LAI)、总初级生产力（GPP）和净初级生产力（NPP）的模拟性能。模拟评估结果表明,9个CMIP6模式能够较好地模拟出亚洲地区陆地生态系统LAI、GPP和NPP的时空分布特征。综合来看,多模式集合（MME）模拟效果最佳,其模拟的LAI、GPP和NPP与观测的空间相关系数分别达到0.90、0.81和0.89,均方根误差在0.5左右。在此基础上,利用MME结果进一步预估了亚洲地区陆地生态系统在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的未来变化。总体而言,亚洲地区LAI、GPP和NPP到21世纪末都呈现上升趋势。其中,温室气体高排放情景下的上升趋势大于温室气体低排放情景下的上升趋势,亚洲中高纬度地区的增幅大于低纬度地区的增幅。从区域平均来看,到21世纪末期,与当今气候态相比,北亚LAI、GPP和NPP的增幅最大,其在SSP5-8.5情景下分别增加68%、106%和90%;东南亚增幅最小,分别为15%、34%和39%。在SSP1-2.6情景下,北亚LAI、GPP和NPP在21世纪末的增幅分别为23%、29%和26%;东南亚分别为3%、10%和11%,意味着未来全球变暖背景下亚洲区域陆地生态系统变绿和固碳幅度加强。     

基于CMIP6模式的东南亚极端降水未来预估及热动力成因研究

本文利用26个CMIP6全球气候模式,研究了21世纪末东南亚极端降水事件的变化,通过分解水汽收支方程分析降水变化的动力和热力效应。结果表明,21世纪末(2071—2100年)相对历史参考期(1985—2014年),东南亚大部分地区的气候态降水、极端降水事件的发生频率和强度均显著增加。除大于10 mm降水日数(R10mm)外,其他极端降水指数在SSP5-8.5情景下的变化幅度比SSP2-4.5情景更大。其中强降水量贡献率(R95pTOT)的增长幅度最大,在SSP2-4.5(SSP5-8.5)情景下增加22％(41％)。极端降水变化对气候变暖的响应存在明显的区域性差异。加里曼丹岛将出现更短时集中的极端降水。苏门答腊岛南部的极端降水频率略有减小,且可能发生较强的持续性干旱事件。进一步分析水汽收支方程可知,SSP2-4.5(SSP5-8.5)情景下,热力作用项对P-E(降水减蒸发)的变化贡献为65％(64％),并且模式间一致性更高。而动力作用项对P-E的变化呈抵消趋势,贡献为35％(36％)。这说明相比大尺度环流变化,大气比湿变化引起的水汽辐合是未来东南亚降水量增多的主要因子。     

SSP“双碳”路径下赣江流域径流变化趋势

根据共享社会经济情景（SSPs）分为“双碳”路径（SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP4-3.4、SSP4-6.0）和“高碳”路径（SSP3-7.0、SSP5-8.5)。在碳达峰（2028—2032年）和碳中和（2058—2062年）两个时期,采用5个气候模式,7个情景驱动SWAT水文模型,分析赣江流域径流演变特征,主要结论如下：1961—2017年赣江流域观测到的年均气温以0.17℃/(10 a)的速率呈显著上升趋势（p<0.01),降水以17 mm/(10 a)的速率呈不显著上升。“双碳”和“高碳”路径下,2021—2100年赣江流域均呈现暖湿态,气温持续变暖,降水有所增加;碳达峰、碳中和时期,“双碳”路径下年径流呈现增加趋势;“双碳”路径下,月径流在汛期呈现增加趋势,枯水期在SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP4-3.4下呈现增加趋势,在SSP4-6.0下呈现减少趋势。“双碳”路径下极端水文事件强度将可能小于“高碳”路径。     

全球升温1.5℃和2.0℃辽河流域极端降水变化预估

基于国家气候中心中等分辨率模式BCC-CSM2-MR开展的第六次耦合模式比较计划(CMIP6)预估数据,采用双线性插值、趋势分析、偏差分析等方法,分析全球升温1.5℃和2.0℃辽河流域极端降水变化。结果表明：全球升温1.5℃辽河流域年平均降水量距平百分率增幅随排放情景的升高而增大,SSP5-8.5排放情景下增幅达5.82%。全球升温2.0℃辽河流域年和四季降水均为增加趋势,夏季降水增幅明显;SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下降水量均为自西南向东北递减,辽宁西部地区降水增幅较为显著,超过15%。不同排放情景下辽河流域极端降水指数均为增加趋势,日降水强度、强降水日数、强降水比例增长显著;随排放情景升高,极端降水指数增长速率增大,SSP5-8.5情景下的增长速率为SSP2-4.5情景下的两倍以上。SSP5-8.5情景下,21世纪末降水强度、强降水日数、强降水比例、强降水阈值、最长连续湿日数、最大十日降水量将达11.66 mm/d、15.15 d、59.08%、32.94 mm、9.69 d、201.29 mm,较基准期增加5.58 mm/d、5.15 d、37.08%、10.15 mm...     

云南初夏干湿演变特征和基于CMIP6模式模拟的预估分析

使用1961—2020年的观测数据和2021—2080年的模式预估数据,首先分析了云南初夏干燥度指数（aridity index,AI）的演变特征和影响因子相对贡献,然后采用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中的20个全球模式,对SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5情景下云南初夏未来干湿变化进行了预估研究。结果表明：(1) 1961—2020年云南初夏气候整体湿润,但为变干燥的趋势,有明显的年代际变化特征,1960s、1970s以及2000s气候相对湿润,其余年代相对干燥,2000s（2010s）为1961年以来最湿润（干燥）的10年。(2) 2021—2080年在3种排放情景下,云南初夏气候较1995—2014年均为变干燥的趋势,SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5情景下,AI分别减少13.9%、17.9%以及24.9%,西南部将可能是湿润度降幅最大值中心。(3) 1961—2020年,降水对云南初夏气候干湿变化的贡献大于潜在蒸散量;而2021—2080年,潜在蒸散量对气候变干燥的贡献大于降水量,且随排放情景的增高和时间推移,其贡献将逐渐增大。     

基于多模式集合的中国未来热浪趋势研究北大核心CSCD

全球变化导致极端天气事件频发,尤其是高温热浪严重影响我国农业生态系统及人类健康。关于热浪事件的定义一直存在着许多争议,对热浪变化趋势空间分布特征的认识有待进一步提高。本文使用气温日较差、绝对温度与相对温度相结合的热浪指标,基于9个CMIP6气候模式的多模式集合结果,评估了可持续发展情景(SSP1-2.6)、中度发展情景(SSP2-4.5)及常规排放情境(SSP5-8.5)下未来中国高温热浪事件的时空分布及变化特征。结果表明:(1)SSP1-2.6情景下未来热浪事件在2050年前后达到顶峰,之后趋于稳定,而在SSP2-4.5情景下,热浪频次、日数及最长持续时间均呈现上升态势,SSP5-8.5情景下热浪的增长趋势及严重程度均为最高;(2)华南、华中地区未来面临更大的热浪风险,SSP5-8.5情景下的热浪频次及强度约是SSP1-2.6的2倍及以上,SSP2-4.5约是SSP1-2.6的1.5倍;(3)西部干旱/半干旱地区、内蒙古东部干旱地区出现较大范围的热浪,结合本文中热浪定义,预示着夜间变暖是全球变暖的一个重要特征。研究结果有助于理解可持续发展、中等强迫情景下我国未来的热浪频次和强度的变化特征,为区域发展节能减排方案的制定提供有效参考。     

基于CMIP6模式数据的1961-2099年青藏高原降水变化特征分析

青藏高原是海-陆-气相互作用的敏感区域,其降水对当地乃至亚洲水循环起着重要作用,但目前对该区域在21世纪的降水时空演变规律仍认识不足。本文以第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的25个气候模式模拟数据为基准,结合观测数据评估了各模式对青藏高原历史时期（1961-2014年）降水变化的模拟能力,发现多模式集合平均模拟效果优于多数单模式。由多模式集合平均分析了SSP1-2.6、SSP2-4.5、 SSP3-7.0和SSP5-8.5四种情景下青藏高原2015-2099年降水时空特征,发现未来青藏高原年降水量在时间上呈现增加趋势,在空间上呈现西北向东南递增的特征。相对于参考时段（1995-2014年）,降水增幅在近期（2020-2039年）呈现北正南负的特征,高值区分布在藏北高原中西部和昆仑山区,而在21世纪中期（2040-2059年）和末期（2080-2099年）降水增幅南北相反的特征消失,其高值区分布在南部地区,且排放情景越高,增幅越大,空间差异也越大。到21世纪末,青藏高原年降水量在SSP1-2.6、 SSP2-4.5、 SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下较参考时段分别增加约6...     

CMIP6-WACCM模式对北半球反气旋型Rossby波破碎趋势的预估

利用CMIP6中的CESM2-WACCM模式逐日资料，预估未来2020—2099年SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5三种不同排放情景下北半球对流层顶附近反气旋型Rossby波破碎（Anticyclonic Rossby Wave Breaking， AWB）的空间分布、发生频率、水平尺度、对称结构及其长期趋势。总体而言，未来四个季节AWB都在北太平洋和北大西洋有高频区。夏季北太平洋高频区发生频数显著多于北大西洋高频区，其他三季相反。两高频区在三种不同情景下，AWB物质经向输送通常以对称输送为主，但北太平洋区内冬、春、秋三季在SSP2-4.5情景下AWB物质向极净输送，北大西洋区内夏季在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下AWB物质向赤道净输送。未来的长期趋势显示，两高频区内各季节的AWB发生频数、水平尺度和物质向极输送主要呈减小（减少）趋势，且温室气体排放量越大，减小趋势越显著。在SSP5-8.5情景下，北太平洋夏季AWB总面积变化趋势为-365.5个1°×1°标准经纬度网格/10 a，该变化由区域内AWB平均尺度减小（-2.7个标准化网格/10 a）和发生频率减少（-1.9个/10 a）共同导致；该区域的向极输送率变化率为-0.016 5/10 a。北大西洋秋季AWB发生频数变化率为-2.3个/10 a，导致其总面积则以-440.4个标准化网格/10 a的速度减小。     

基于CMIP6模式的黄河流域宁夏段未来气温变化预估研究

为预估黄河流域宁夏段不同地区未来气候特征及其变化趋势，利用宁夏区内19个国家气象站观测资料和CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6)模式数据，在检验CMIP6模式对宁夏气温模拟能力的基础上，对不同情景下宁夏引黄灌区、中部干旱带和南部山区未来气温变化进行预估。结果表明：(1)CMIP6大部分模式对黄河流域宁夏段年平均气温模拟能力较好，空间相关系数为0.603～0.930，时间相关系数为0.381～0.782，多模式集合优于单个模式模拟效果。(2)在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5 4种情景下，预计2021—2099年黄河流域宁夏段年平均气温均呈明显增温趋势，增温速率为0.09～0.68℃·(10 a)^-1。不同情景下增温速率差异明显，SSP1-2.6情景下呈减小趋势，SSP2-4.5情景下先增后减，SSP3-7.0情景下呈“增大、减小、增大”特征，SSP5-8.5情景下呈增大趋势。(3)预计4种情景下21世纪30年代引黄灌区、中部干旱带和南部山区年平均气温分别达10.91～11...     

基于SWAT模型模拟的未来气候变化对洪湖流域水资源影响研究

利用SWAT模型和IPCC第五次评估报告中全球气候模式BCC-CSM 1.1数据,对未来气候变化RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5共3种典型排放情景对洪湖流域水资源的影响进行了模拟研究。结果表明:SWAT模型对洪湖流域供水资源模拟的适用性较好,洪湖流域在未来RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5排放情景下的温度增幅分别为1.4℃、1.9℃和2.4℃,降水变率分别为-3.20%、7.60%和7.90%。SWAT模型模拟结果表明,未来3种情景下随着温度上升洪湖流域实际蒸散发量均略增加,径流受降水影响显著且变化不同,RCP 4.5和RCP 8.5情景下地表径流及地下径流均增加,RCP 8.5情景比RCP4.5情景下地表径流增加多;且各种重现期的洪峰流量和洪水发生频次均增加,RCP 2.6情景下地表径流和地下径流减少。3种情景下径流变异系数较基准期均略增大,说明洪湖流域发生干旱和洪涝的可能性增大,水资源可控性和利用率降低。     

Climate and socio-economic scenarios for climate change research and assessment: reconciling the new with the old

A suggestion for mapping the SRES illustrative scenarios onto the new scenarios framework of representative concentration pathways (RCPs) and shared socio-economic pathways (SSPs) is presented. The mapping first compares storylines describing future socio-economic developments for SRES and SSPs. Next, it compares projected atmospheric composition, radiative forcing and climate characteristics for SRES and RCPs. Finally, it uses the new scenarios matrix architecture to match SRES scenarios to combinations of RCPs and SSPs, resulting in four suggestions of suitable combinations, mapping: (i) an A2 world onto RCP 8.5 and SSP3, (ii) a B2 (or A1B) world onto RCP 6.0 and SSP2, (iii) a B1 world onto RCP 4.5 and SSP1, and (iv) an A1FI world onto RCP 8.5 and SSP5. A few other variants are also explored. These mappings, though approximate, may assist analysts in reconciling earlier scenarios with the new scenario framework.     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法...     

Fossil-fueled development (SSP5): An energy and resource intensive scenario for the 21st century

This paper presents a set of energy and resource intensive scenarios based on the concept of Shared Socio-Economic Pathways (SSPs). The scenario family is characterized by rapid and fossil-fueled development with high socio-economic challenges to mitigation and low socio-economic challenges to adaptation (SSP5). A special focus is placed on the SSP5 marker scenario developed by the REMIND-MAgPIE integrated assessment modeling framework. The SSP5 baseline scenarios exhibit very high levels of fossil fuel use, up to a doubling of global food demand, and up to a tripling of energy demand and greenhouse gas emissions over the course of the century, marking the upper end of the scenario literature in several dimensions. These scenarios are currently the only SSP scenarios that result in a radiative forcing pathway as high as the highest Representative Concentration Pathway (RCP8.5). This paper further investigates the direct impact of mitigation policies on the SSP5 energy, land and emissions dynamics confirming high socio-economic challenges to mitigation in SSP5. Nonetheless, mitigation policies reaching climate forcing levels as low as in the lowest Representative Concentration Pathway (RCP2.6) are accessible in SSP5. The SSP5 scenarios presented in this paper aim to provide useful reference points for future climate change, climate impact, adaption and mitigation analysis, and broader questions of sustainable development.     

基于CMIP6的西南暴雨洪涝灾害风险未来预估

为预估全球变暖背景下中国西南地区未来暴雨洪涝灾害风险的变化特征,研究挑选5个CMIP6模式和5个极端降水指数,结合地形因子、社会经济数据和耕地面积百分比,构建暴雨洪涝灾害风险评估模型,对西南暴雨洪涝灾害风险进行基准期(1995-2014年)评估、未来两个时期(2021-2040年,2041-2060年)3种情景(SSP...     

不同代表性浓度路径情景下2045-2050年中国气溶胶分布变化的分析

基于来自于CMIP5中CESM模式的三种RCP情景下的气象场的降尺度模拟,应用区域空气质量模式系统RAMS-CMAQ模拟2045-2050年中国地区气溶胶浓度.三种RCP情景下气象场的降尺度模拟表明,与RCP2.6相比,在RCP4.5和RCP8.5下,华北和华南的近地表温度差减小,风速在华北和华南地区增加,在中部地区下...     

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。      

How Frequently Will the Persistent Heavy Rainfall over the Middle and Lower Yangtze River Basin in Summer 2020 Happen under Global Warming?

The middle and lower Yangtze River basin (MLYRB) suffered persistent heavy rainfall in summer 2020, with nearly continuous rainfall for about six consecutive weeks. How the likelihood of persistent heavy rainfall resembling that which occurred over the MLYRB in summer 2020 (hereafter 2020PHR-like event) would change under global warming is investigated. An index that reflects maximum accumulated precipitation during a consecutive five-week period in summer (Rx35day) is introduced. This accumulated precipitation index in summer 2020 is 60% stronger than the climatology, and a statistical analysis further shows that the 2020 event is a 1-in-70-year event. The model projection results derived from the 50-member ensemble of CanESM2 and the multimodel ensemble (MME) of the CMIP5 and CMIP6 models show that the occurrence probability of the 2020PHR-like event will dramatically increase under global warming. Based on the Kolmogorov–Smirnoff test, one-third of the CMIP5 and CMIP6 models that have reasonable performance in reproducing the 2020PHR-like event in their historical simulations are selected for the future projection study. The CMIP5 and CMIP6 MME results show that the occurrence probability of the 2020PHR-like event under the present-day climate will be double under lower-emission scenarios (CMIP5 RCP4.5, CMIP6 SSP1-2.6, and SSP2-4.5) and 3–5 times greater under higher-emission scenarios (3.0 times for CMIP5 RCP8.5, 2.9 times for CMIP6 SSP3-7.0, and 4.8 times for CMIP6 SSP5-8.5). The inter-model spread of the probability change is small, lending confidence to the projection results. The results provide a scientific reference for mitigation of and adaptation to future climate change.