海平面上升、强台风和风暴潮对厦门海域极值水位的影响及危险性预估

气候变化背景下海平面上升、强台风和风暴潮对我国东南沿海地区的洪涝灾害影响日益严重,为应对气候变化的影响,本文以位于我国东南沿海的厦门地区为例,应用多种海洋大气观测资料和数理统计及模拟方法,分析了历史上9914号和1614号两次台风对厦门海域极端海面高度(极值水位)的影响,预估了未来海平面上升情景下厦门海域极值水位的变化及其危险性。结果表明：(1) 9914号台风期间,天文大潮、风暴增水和强降水的同时出现造成了厦门沿海地区超警戒极值水位(732 cm)的出现;(2) 风(向岸强风)、雨(强降水)、浪(巨浪)、潮(高潮位)、流(急流)等多致灾因子的共同作用是厦门沿海地区发生严重灾情的重要原因;(3) 在温室气体中等和高排放(RCP4.5和RCP8.5)情景下,到2050年(2100年),当前百年一遇的极值水位将分别变为30年(2年)一遇(RCP4.5)和25年(低于1年)一遇(RCP8.5)的频繁极端事件。这表明未来厦门沿海极值水位的危险性将显著上升,应采取充分的适应措施降低洪涝灾害风险。     

不同气候情景下中国滨海城市海岸极值水位重现期预估

气候变化背景下,海平面上升叠加台风—风暴潮、天文大潮等产生的海岸极值水位事件趋多增强,对我国滨海城市社会经济可持发展构成了严重威胁。为认识未来我国滨海城市海岸极值水位危害性（强度和频率）的变化,本文首先采用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）数据,分析了不同气候情景下（RCP2.6, 4.5, 8.5,简称为RCPs）下,未来不同年代（2030年、2050年和2100年）我国滨海城市沿岸海平面变化幅度;其次,基于沿海验潮站的历史观测资料和文献数据,分析了未来热带气旋强度变化对海岸极值水位的影响;最后,利用皮尔逊Ⅲ型（P-Ⅲ）水文概率曲线方法,预估了不同气候（RCPs）情景下未来不同年代（2030年、2050年和2100年）我国9个滨海城市海岸极值水位重现期的变化。结果表明：（1）在不同气候情景下,我国滨海城市沿海平均海平面均呈现上升趋势,其中,到21世纪末,长三角地区沿海海平面上升幅度最大,上升速度比全国平均高出约30%;（2）热带气旋的强度与台风—风暴潮的增水幅度存在正相关关系。预计到21世纪末,热带气旋的整体强度很可能将增强,热带气旋引发的台风—风暴潮的增水幅度较当前很可能有明显提高。（3）未来我国滨海城市沿海极值水位将有显著增高的趋势,当前极值水位的重现期将明显缩短。到21世纪末,我国滨海城市当前百年一遇的极值水位,重现期几乎都将缩短至20年一遇以下,其中,大连、青岛、上海和厦门等城市海岸极值水位重现期很可能缩短为（或低于）1年一遇。本文虽在一定程度上反映了不同气候情景下海岸洪水危害性的变化,但对于未来热带气旋的变化及其影响的研究尚有待进一步深入。     

未来相对海平面变化对山东沿海港口的影响

以山东省沿海港口为研究对象,采用基于IPCC第五次评价中RCP8.5情景的渤海、黄海海平面上升速率数据和山东省沿海地区地壳垂直运动速率数据,估算各港区自2019年到2100年相对海平面上升数据,获得以下研究结果:滨州港为0.956 m,东营港为0.794m,潍坊港为0.47 m,龙口港为0.308 m,日照港为0.18...     

考虑海平面上升影响的极值水位计算

本研究基于非平稳序列极值理论,定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响;以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件,构建考虑海平面上升的极值水位计算方法;结合平均海平面的长期变化过程,推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料,验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测,推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位,并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。     

海平面上升对海岸侵蚀影响评估:平衡剖面模型（英文）

评估了海平面上升情景和共享社会经济发展路径下辽东湾砂质海岸潜在侵蚀状况及其社会经济影响。结果显示,2100年辽东湾海平面将上升20～43厘米。在所有海平面上升情景下土地损失均增加,2100年RCP8.5情景下土地损失最大达到32.1平方千米。受海岸侵蚀影响,沿海人口将被迫迁移,SSP3情景下人口增长较快且迁移人数最多,2100年SSP3/RCP8.5情景下将达到3.1万人。2050年后,不同情景下的迁移人口差别将增大,在RCP2.6和RCP4.5情景下人口迁移速率将逐渐减小。2100年,SSP5/RCP8.5情景下海岸侵蚀经济损失最大将达到80.5亿元,而在海岸侵蚀造成的经济损失中,土地损失比人口迁移损失小两个数量级。在所有情景下,海岸侵蚀经济损失占当地GDP的份额约为1.12‰～4.76‰,这值得当地管理部门关注,并采取减缓海岸侵蚀的措施,尤其是加强对旅游沙滩的保护。建议采取最优的海岸防护方案,重点对价值较高的沙滩进行养护,在海岸侵蚀影响较小的区域可不采取养护措施。     

中国沿海和近海海平面上升预测

本文利用验潮站观测和卫星高度计数据,以及基于筛选的CMIP6的10个模拟性能较好的地球系统模式结果,对中国海平面的长期变化趋势,以及未来上升幅度进行了分析和预测。结果显示：（1）1960−2021年,中国沿海海平面呈加速上升趋势,上升速率为2.5 mm/a,加速度为0.06 mm/a²;1993−2021年上升速率为4.0 mm/a,高于全球同期3.3 mm/a的上升值。（2）1980−2021年,渤、黄海,东海和南海沿海海平面上升速率分别为3.5 mm/a、3.3 mm/a和3.6 mm/a,渤、黄海和南海沿海海平面上升速率较快,东海偏慢;渤、黄海沿海海平面在20世纪60−70年代上升较慢,80年代之后上升加快。（3）在中等情景（SSP2-4.5）和高情景（SSP5-8.5）下,2050年中国近海海平面将上升0.22 m（0.19～0.28 m）和0.24 m（0.21～0.33 m）;到2100年,中国近海海平面将上升0.59 m（0.47～0.80 m）和0.83 m（0.64～1.09 m）。（4）2021−2040年,统计预测的海平面上升中值略接近数值模式低、中和高情景预测值。2041−2060年,数值模式低、中和高情景预测值均介于统计预测的中值和高值之间。2081−2100年,统计预测的海平面上升高值与数值模式中情景预测值接近,绝对偏差为0.017 m,相对偏差为3.4%。（5）高情景下,2100年现有100年一遇的极端高海面将变为不足10年一遇,其中超过50%的站点将变为不足两年一遇,沿海防护工程等基础设施的防御能力降低,复合型滨海城市洪涝等灾害事件的风险增加。     

全球变暖背景下基于Non-Boussinesq POP模式对海平面高度的模拟和预估

用Non-Boussinesq POP模式和1986—2005年SODA再分析资料的海表面温度、盐度和风应力,模拟了1986—2005年间的全球海平面变化,并根据RCP4.5和RCP8.5两种代表性浓度排放情景下未来气候变化趋势的预测,对未来一个世纪的海平面变化进行预估,在仅考虑热膨胀的前提下,得到了如下结论:(1)在过去20 a间,全球平均海平面高度上升了56 mm,上升较大的海域主要为西北太平洋、南太平洋中部和南大西洋;(2)到2100年,RCP4.5情景下全球平均海平面上升0.36 m,RCP8.5情景下全球平均海平面上升0.43 m;(3)未来海平面变化较大的海域包括西北太平洋、西南太平洋、西南大西洋和印度洋,南大洋、北大西洋和赤道太平洋海平面变化相对较小。     

华南海平面变化及其对水位极值估计的影响

应用奇异谱(SSA)分析方法,预测了华南海平面的变化.应用海门站31a的最高潮水位资料,求作了P-Ⅲ型和Gumbel型极值水位频率曲线,比较分析了海平面上升对极值水位推算的影响,表明由于海平面上升,导致多年一遇高水位增高.     

基于SLAMM模型的海平面上升对广西沿海红树林影响研究

本文基于SLAMM模型分析了不同情景下海平面上升对广西沿海红树林分布面积的影响及其空间差异,通过对比实验定量分析了潮差和沉积速率的作用。结果显示,与基准年2007年相比,2100年广西红树林面积在当前海平面上升速率、典型浓度路径RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少0.57%、4.99%、7.99%和17.39%,珍珠港、茅尾海、丹兜海和英罗港受影响程度较大。当地潮差与红树林面积减少率呈负相关关系。需维持红树林生长区域的沉积速率以应对未来的海平面加速上升。     

中国沿海海平面上升风险区划方法研究

气候变化引起的海平面上升将给沿海地区社会经济发展和生态环境带来严重的影响。中国沿海地区地势低平极易受到海平面上升的直接影响,本文研究提出了一套适用于中国沿海地区海平面上升风险区划的方法,评估中国地区海平面上升的风险,分别按照省级评估单元和市级评估单元区划中国沿海地区的海平面上升风险,并提出风险管理的建议。     

基于CMIP5模拟预估21世纪珠江三角洲地区由于海平面上升而导致的淹没区面积

Projections of potential submerged area due to sea level rise are helpful for improving understanding of the influence of ongoing global warming on coastal areas. The Ensemble Empirical Mode Decomposition method is used to adaptively decompose the sea level time series in order to extract the secular trend component. Then the linear relationship between the global mean sea level(GMSL) change and the Zhujiang(Pearl) River Delta(PRD)sea level change is calculated: an increase of 1.0 m in the GMSL corresponds to a 1.3 m(uncertainty interval from1.25 to 1.46 m) increase in the PRD. Based on this relationship and the GMSL rise projected by the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 under three greenhouse gas emission scenarios(representative concentration pathways, or RCPs, from low to high emission scenarios RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5), the PRD sea level is calculated and projected for the period 2006–2100. By around the year 2050, the PRD sea level will rise 0.29(0.21 to 0.40) m under RCP2.6, 0.31(0.22 to 0.42) m under RCP4.5, and 0.34(0.25 to 0.46) m under RCP8.5, respectively.By 2100, it will rise 0.59(0.36 to 0.88) m, 0.71(0.47 to 1.02) m, and 1.0(0.68 to 1.41) m, respectively. In addition,considering the extreme value of relative sea level due to land subsidence(i.e., 0.20 m) and that obtained from intermonthly variability(i.e., 0.33 m), the PRD sea level will rise 1.94 m by the year 2100 under the RCP8.5scenario with the upper uncertainty level(i.e., 1.41 m). Accordingly, the potential submerged area is 8.57×103 km2 for the PRD, about 1.3 times its present area.     

基于CMIP5模式的南海海平面未来变化预估

Future potential sea level change in the South China Sea(SCS) is estimated by using 24 CMIP5 models under different representative concentration pathway(RCP) scenarios. By the end of the 21 st century(2081–2100 relative to 1986–2005), the multimodel ensemble mean dynamic sea level(DSL) is projected to rise 0.9, 1.6, and 1.1 cm under RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 scenarios, respectively, resulting in a total sea level rise(SLR) of 40.9, 48.6, and 64.1 cm in the SCS. It indicates that the SCS will experience a substantial SLR over the 21 st century, and the rise is only marginal larger than the global mean SLR. During the same period, the steric sea level(SSL) rise is estimated to be 6.7, 10.0, and 15.3 cm under the three scenarios, respectively, which accounts only for 16%, 21% and 24% of the total SLR in this region. The changes of the SSL in the SCS are almost out of phase with those of the DSL for the three scenarios. The central deep basin has a slightly weak DSL rise, but a strong SSL rise during the 21 st century, compared with the north and southwest shelves.     

水温变暖对西北太平洋柔鱼潜在栖息地分布的影响

根据影响西北太平洋柔鱼栖息地分布的主导环境因子—海表面温度,基于最大熵模型,利用1996−2005年气候历史数据和两种不同情景（RCP4.5和RCP8.5）下的气候预估数据,分析了1996−2005年、2021−2030年、2051−2060年、2090−2100年主要捕捞月份（7−10月）柔鱼潜在栖息地变化。结果表明,柔鱼渔场纬度方向空间分布呈季节性南北移动;随着未来气候变化,在RCP4.5和RCP8.5两种情景下,2021−2030年、2051−2060年、2090−2100年7−10月柔鱼潜在栖息地分布较1996−2005年7−10月均呈现向北极移动趋势,适宜面积增加。推测柔鱼渔场季节性南北移动可能受各月适宜海表面温度范围变化的影响,在RCP4.5情景下,到21世纪末,各月柔鱼潜在最适宜生境向北移动1°～2°,适宜面积增加3%～13%;在RCP8.5情景下,到21世纪末,各月柔鱼潜在最适宜生境向北移动3°～5°,适宜面积增加42%～80%。     

CMIP5气候模式模拟的北极海冰特征及其季节变化

This paper is focused on the seasonality change of Arctic sea ice extent(SIE) from 1979 to 2100 using newly available simulations from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5).A new approach to compare the simulation metric of Arctic SIE between observation and 31 CMIP5 models was established.The approach is based on four factors including the climatological average,linear trend of SIE,span of melting season and annual range of SIE.It is more objective and can be popularized to other comparison of models.Six good models(GFDL-CM3,CESM1-BGC,MPI-ESM-LR,ACCESS-1.0,Had GEM2-CC,and Had GEM2-AO in turn) are found which meet the criterion closely based on above approach.Based on ensemble mean of the six models,we found that the Arctic sea ice will continue declining in each season and firstly drop below 1 million km~2(defined as the ice-free state) in September 2065 under RCP4.5 scenario and in September 2053 under RCP8.5 scenario.We also study the seasonal cycle of the Arctic SIE and find out the duration of Arctic summer(melting season) will increase by about 100 days under RCP4.5 scenario and about 200 days under RCP8.5 scenario relative to current circumstance by the end of the 21 st century.Asymmetry of the Arctic SIE seasonal cycle with later freezing in fall and early melting in spring,would be more apparent in the future when the Arctic climate approaches to "tipping point",or when the ice-free Arctic Ocean appears.Annual range of SIE(seasonal melting ice extent) will increase almost linearly in the near future 30–40 years before the Arctic appears ice-free ocean,indicating the more ice melting in summer,the more ice freezing in winter,which may cause more extreme weather events in both winter and summer in the future years.     

变化环境下中国东南沿海致灾气旋及其人口暴露度研究

本文基于气象观测站的逐日气压、风速和降水量确定致灾气旋阈值,结合区域气候模式COSMO-CLM (CCLM)输出,研究中国东南沿海地区2021—2050年RCP2.6、4.5、8.5情景下致灾气旋的时空变化特征。并采用人口-发展-环境分析模型(PDE),预测共享社会经济路径SSP2下东南沿海地区人口发展趋势,揭示了致灾气旋人口暴露度演变。研究表明:(1) RCP2.6情景,东南沿海地区平均每年发生致灾气旋6.3次,风速和降水量较基准期(1986—2005年)分别增加9%和15%,72%区域致灾气旋人口暴露度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.1亿和0.1亿。(2) RCP4.5情景,致灾气旋年均发生7次,风速和降水量较基准期分别上升16%和32%,89%地区致灾气旋暴露人口增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.6亿和0.5亿。(3) RCP8.5情景,致灾气旋年均发生5.8次,风速和降水量较基准期分别增加32%和50%,65%区域致灾气旋暴露人口度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加5.7亿和1.9亿。(4)相比RCP2.6,RCP8.5情景致灾气旋风速和降水量高出23%和35%,暴露于超基准期最大影响面积和最强风速的致灾气旋人口分别多3.6亿和1.8亿。控制温室气体浓度对降低致灾气旋的不利影响具有重要意义。