疏勒河流域气候变化情景下的适应对策

疏勒河是中国河西走廊3大内陆河水系之一,近100 a受气候变化及人类活动的影响显著。采用实地考察和社会问卷调查的方法,评价当地适应气候变化的能力,进而提出对当地社会经济发展具有建设性的适应对策。研究表明,疏勒河流域适应气候变化的能力较低,主要表现在：气候变化明显,河流水量减少;疏勒河上游地区草场退化严重;牧民适应气候变化能力有限并有所减弱;城乡居民收入差距进一步加大,不利于社会的稳定发展。政策建议是：加强各级政府间的协作和政府部门的引导作用,统一利用和管理流域水资源;加强对低文化层次人群的教育工作;加速农村剩余劳动力向城市转移;继续实行生态环保政策;优化产业结构。     

近50年疏勒河流域山区的气候变化及其对出山径流的影响

利用祁连山区水文站和气象站的观测数据,分析了近50年河西走廊西部疏勒河流域山区的气候变化及其对出山径流的影响。结果表明,受全球变暖的影响,疏勒河山区气候持续向暖湿转化,且各季气温均呈持续的上升趋势,山区降水量总体上亦呈增加趋势,年际波动比较剧烈。在各季降水量中,除夏季外其他各季降水量的增加比较显著,海拔3 000m以上中高山地带夏季降水量变化不大,3 000m以下中低山地带夏季降水量略有减少。受山区降水,尤其是3 000m以下中低山地带的降水量显著增加与气温上升所引起的冰雪融水补给的影响,疏勒河出山径流呈持续的增加趋势。由于夏季降水量并未增加,在年径流总量中所占比重最大的夏季径流量的增加主要是由于气温上升所引起的冰雪融水补给的增加所致。     

BCC-CSM2-MR全球气候模式对东亚地区降水和气温的模拟评估

全球气候模式BCC-CSM2-MR(Beijing Climate Center-Climate System Model version 2-Medium Resolution)由国家（北京）气候中心自主研发并参与了第六阶段国际耦合模式比较计划,该模式在BCC-CSM1.1m版本基础上对大气辐射传输、深对流过程及重力波等方面进行了优化,因此,该模式对东亚地区降水和气温模拟能力的改进亟需进一步评估。本文主要基于不同格点观测数据集与中国区域站点观测数据,系统对比分析BCC-CSM2-MR、BCC-CSM1.1m两个模式版本对东亚地区季节平均降水（气温）和日极端降水（气温）的模拟能力。结果表明：（1）相比BCC-CSM1.1m,BCC-CSM2-MR改进了对东亚大部分区域季节平均降水的模拟能力,尤其是青藏高原地区夏季平均降水,明显提高了对中国东南地区、朝鲜半岛及日本降水月际变化的模拟性能;（2）BCC-CSM2-MR对东亚地区季节平均气温模拟能力改进不明显,且对东亚大部分区域气温月际变化的模拟误差大于BCC-CSM1.1m;(3)对日极端降水（气温）,BCC-CSM2-MR的模拟能力优于B...     

疏勒河流域极端水文事件对极端气候的响应

为了明确疏勒河流域极端水文事件对极端气候事件的响应关系,选取疏勒河流域内及其周边的托勒、敦煌、瓜州、玉门、酒泉、马鬃山等气象站点的气温、降水和蒸发的日值数据,昌马堡水文站的日径流数据,通过趋势分析、滑动平均、主成分分析等方法,分析疏勒河流域极端气候指数、极端水文事件的年际变化规律以及影响极端水文事件的因素,并明确该流域极端洪水年内分布特征。结果表明:疏勒河流域年际气温升高趋势明显,降水量呈波动变化,增加趋势不明显,而蒸发量呈下降的变化趋势。表征高温的极端气温指数呈显著上升趋势,表征低温的极端气温指数呈显著下降趋势,说明疏勒河流域气温增幅明显。极端降水指数呈显著的增加趋势。该流域极端洪水事件和频次呈上升趋势,而极端枯水事件和频次呈下降趋势。极端洪水事件主要受控于极端降水事件,特别是极端降水总量,极端高温事件对极端洪水总量的增加也有影响,而极端枯水事件主要受控于极端低温事件。此外,2000-2016年年最大洪峰流量出现的时间有由8月向7月转变的趋势。     

基于BCC-CSM2-MR模式CMIP6试验的辽河流域气温降水模拟与预估

基于国家气候中心中等分辨率模式版本BCC-CSM2-MR开展的第六次耦合模式比较计划(CMIP6)模拟结果,首先利用辽河流域80个气象站点观测资料对模式的性能进行了评估,然后分析了未来不同共享社会经济路径(SSP)情景下的气温降水变化趋势。结果表明：模式能较好的模拟气温和降水的月、季、年变化,模拟的气温较观测气温偏低,模拟的降水略偏多;模式对秋季和冬季气温的模拟性能明显优于夏季和春季,对夏季降水的模拟性能较好。模式较好地模拟了辽河流域气温南高北低的纬向分布以及降水自东南向西北逐渐减少的空间分布形势,较好地模拟出辽河流域冷暖中心位置,模拟的降水偏少地区位于辽河流域水系稀疏地区。相对于基准期(1995—2014年),未来辽河流域气温、降水基本呈增加趋势,未来不同时期不同情景气温增幅均表现为平均最低气温>平均气温>平均最高气温,冬季和春季增温幅度较大,夏季降水量增幅最显著。随着排放情景升高,平均气温和平均最低(最高)气温增幅持续增大,显著增温地区集中于辽河流域东北部。SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下预估降水的增幅自西南向东北递减,降水增加大值区位于辽宁西部;SSP3-7....     

玛纳斯河流域积雪变化特征及其与气温、降水的关系

利用MODIS积雪资料以及同期气象资料,分析了2000—2009年玛纳斯河流域积雪面积年内、年际变化及其与同期气温和降水的关系,结果表明:玛纳斯河流域积雪面积在4个不同分带上随季节变化各不相同,其中,带1变化最剧烈,受气候影响最为显著;带2、带3积雪的增加和减少都比较平缓;带4受气候影响最小。从年际波动来看,带1积雪面积随季节变化更为明显,带4在四季变化中均较平稳。对整个流域积雪面积与气候资料的相关分析表明:冬季,流域积雪变化对降水更敏感;而春季,气温是影响流域积雪面积变化的更主要的因素。     

CMIP5 模式对中国极端气温及其变化趋势的模拟评估

本文基于中国区域逐日气温资料和CMIP5 中30 个全球气候模式资料,计算了平均日最高气温（TXAV)、平均日最低气温（TNAV)、热浪指数（HWDI)、霜冻日数（FD)、和暖夜指数（TNF90）5 个极端气温指数,评估各模式对中国区域极端气温的气候平均场和趋势的模拟能力。研究结果表明,大部分模式能够较好地模拟出极端指数的气候平均场,其中对TNAV、TXAV 和FD 平均场模拟能力较强,大部分模式平均场与观测场的相关系数超过0.90,但对TNF90 和HWDI 的模拟能力相对较低,相关系数均低于0.70,且各模式的模拟能力存在较大的差异。对极端指数的趋势模拟来说,模式模拟的中国区域平均各极端气温指数的线性变化趋势与观测相同,但大多数模式模拟趋势的强度偏弱。相比于气候平均场,模式对极端气温指数趋势空间场模拟较差,除TNAV 有1/3 的模式平均场与观测场的相关系数超过0.60 外,模式模拟其余指数的相关系数均低于0.60。模拟极端气温气候平均场的能力最优的5 个模式为：IPSL-CM5A-MR、CMCC-CM、IPSL-CM5A-LR、MPI-ESM-MR 和MPI-ESM-P。趋势空间场模拟最好的5 个模式为：MPI-ESM-P、CANESM2、ACCESS1-3、BCC-CSM1-1 和NorESM1-M。模式对极端气温指数的时空模拟能力一致性较差,但基于气候平均场或趋势空间场的优选模式,相比于所有集合模式平均,模拟能力均有一定程度的改善。     

和田河流域1954—2007年气温及降水气候特征分析

应用和田河流域和田市气象站1954-2007年逐月平均气温和降水量资料,采用趋势系数、Morlet小波分析法分析了54a来和田河流域气温、降水趋势变化及周期特征,结果表明：气温和降水变化呈暖湿化发展,气温线性变暖率为0.33℃／10a,降水线性递增率为2.1mm／10a,各年代变化趋势存有差异,但基本与西北地区气候变化趋势一致;小波系数的实部、模、位相信息准确揭示出了不同时间尺度下气温、降水的年际、年代际周期演变、强度变化以及突变特征。     

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。     

气候变化对锡林河流域景观格局演变的影响

利用锡林浩特气象站1990—2013年的气象观测数据,得出锡林河流域地区气候在20世纪90年代为暖湿;21世纪10年代气候暖干化趋势明显。利用GIS技术和卫星遥感技术相结合的方法,分析锡林河流域景观类型的转移变化特征;采用景观格局指数分析的方法,得出锡林河流域除景观蔓延度指数减少外,其余景观格局指数均有所上升,表明区域整体景观趋于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌特征。分析流域的气候变化对区域景观格局变化的影响,得出锡林河流域近二十多年来的气候变化与景观格局变化的规律基本吻合,气候暖干化导致锡林河流域景观格局破碎化,土地资源盐碱化,生态环境恶化。     

CMIP6多模式对21世纪中亚极端降水未来变化预估

基于最新的第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）14个耦合模式的数值模拟结果,预估研究了中等强迫情景（SSP2-4.5）和高强迫情景（SSP5-8.5）两种共享社会经济路径下21世纪中后期中亚极端降水事件的时空分布特征及其与区域气候增暖之间的关系。结果显示,大多数CMIP6模式基本能够模拟出历史观测降水气候态（1979～2018年）的空间分布特征,但在中亚西南及东南部偏干,北部及中南部偏湿。与历史基准期（1981～2010年）相比,21世纪末期（2071～2100年）中亚强降水强度在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下分别增加0.54 mm/10 a和2.4 mm/10 a,而强降水发生频率则分别增加了5%～27%和6%～210%,尤其是中南部高海拔山区增加的幅度更大。预估结果的信噪比显示,天山以北的中亚东北部区域的极端降水强度及其发生频率的预估结果具有更高的可信度。气候变暖对未来中亚极端降水事件的发生频次具有明显的调控作用,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,当气温每升高1 K时,极端强降水事件的发生频次在分别增加约7 d和9 d,而最大连续无降水日数则分别增加约3 d...     

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...     

CMIP6全球气候模式对中亚极端降水模拟能力的评估

本文基于NOAA再分析逐日降水数据和22个CMIP6模式的降水模拟数据,选取了6个极端降水指数,从气候态和相对变率两个角度对CMIP6模式在中亚地区极端降水方面的模拟能力开展了评估。结果表明,在气候态方面,中亚地区降水的空间分布表现为由西南向东北递增,其东南部山地迎风侧降水偏多;多模式集合对SDII(简单降水强度)和CDD(最大无雨期)模拟的平均误差分别为-5.43%和0.45%,对PRCPTOT(年总降水量)、R1mm(有雨日数)、Rx5day(最大连续五日降水)和CWD(最大雨期)的模拟结果存在明显高估,且在中亚东南部高海拔地区误差偏高。在相对变率方面,多模式集合模拟的中亚极端降水的相对变率偏小,其中对CWD的模拟效果相对较好,平均误差为-4.78%;对R1mm的模拟效果最差,平均误差为-36.16%。模式间进行比较,TaiESM1、EC-Earth3-Veg-LR和GFDL-ESM为22个CMIP6模式中模拟能力最好的前3个模式。     

中国地区春霜冻的变化趋势和未来情景预估北大核心CSCD

春季的霜冻事件是北半球温带地区与农业相关的最严重的极端事件之一。在气候变化背景下,探究整个中国地区春霜冻的变化趋势和未来可能变化有利于增进人们对春霜冻的认识,对我国未来农业结构调整有一定的参考价值。本文采用不易受离群值影响且考虑了自相关的非参数方法,在分析1960~2020年观测资料的基础上,利用24个耦合模式比较计划第6阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)模式模拟的中等辐射强迫(SSP2-4.5)情景下的逐日最低温数据,在评估模式模拟性能后对中国地区未来(2021~2100年)的春霜冻日数、终霜日的变化趋势的空间分布特征以及与1991~2020年气候态相比的全国平均的距平序列进行了分析。结果表明:1)1960~2020年,全国约60.3%站点的春霜冻日数呈现显著减少趋势[-3.5~0 d(10 a)^(-1)],40%站点的终霜日呈显著提前趋势[-4.3~0 d(10 a)^(-1)];全国平均的春霜冻日数呈^(-1).3 d(10 a)^(-1)的显著减少趋势,终霜日则呈^(-1).7 d(10 a)^(-1)的显著提前趋势。2)2021~2100年,预估我国大部分地区的春霜冻日数均呈现显著减少趋势[^(-1).6~0 d(10 a)^(-1)],终霜日则呈显著提前趋势[^(-1).4~0 d(10 a)^(-1)];全国平均的春霜冻日数呈现-0.8 d(10 a)^(-1)的显著减少趋势,终霜日呈现-0.8 d(10 a)^(-1)的显著提前趋势。     

祖厉河流域近50a降水变化及典型人类活动对降水的影响

对祖厉河流域近50 a 降水资料的分析结果表明:祖厉河主流域区等降水量线纬向分布特征明显,降水量随纬度增高而减少;在流域南部和东北部高度差大的地方,降水量随高度增高而增加;受地形影响,祖厉河中下游有一条干舌自西北向东南伸到流域东部边缘,与周边区域相比,干舌区降水偏少90～140 mm.近50 a祖厉河流域降水显著减少,区域平均减少106.4 mm.小波分析表明,25 a以上和10 a左右的降水变化周期很明显,目前处于偏少期;区域平均降水量从20世纪60年代后期开始减少,1986年发生了突变,之后迅速减少.流域内降水季节分配很不均匀,夏季降水最多,占年降水的55%,春、秋季均占年降水的21%,冬季占年降水的3%;春、夏季降水减少不显著,秋季降水减少显著,但进入本世纪,秋雨开始增多,冬季降水有不显著的增多趋势.中下游过度垦殖及河流源头过多的小水利工程等人类活动造成地表状况变化,降水有加剧减少的迹象;流域外大量调水虽然对降水不足有相当的补偿作用,但地表调水显然没有使流域内的天然降水量增加;地表植被增加和人类活动对地表影响较小的区域降水减少比较缓慢.     

CMIP6模式中的中国冬季气温主要区域空间模态及与观测的对比分析

利用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的全球气候模式历史模拟试验资料,通过旋转经验正交函数分析得到了CMIP6模式中的我国冬季气温变化主要的区域空间模态。结果表明：CMIP6多模式集合平均中我国冬季气温有4个主要的区域空间模态,分别为中原—西北型,华南型,东北型以及滇藏型。其中,东北型与滇藏型是较为稳定的空间模态,在所选CMIP6模式及观测资料中都稳定存在,这也是前人研究中一致性较高的模态。而我国新疆、西北、华中及华南地区的冬季气温在空间分型上存在分歧,这些地区的分型在以往研究中的一致性也较差。华南型在所选CMIP6模式内是一致存在的模态,中原—西北型在模式内部的差异性较大。在近40 a观测资料中,新疆及西北到我国南方为统一的空间分型,在CMIP6多模式集合平均的结果中新疆及西北地区气温空间分布与我国中原地区的联系更为紧密。CMIP6模式能较好地模拟出与低温空间分布有直接联系的对流层中层的槽的位置,当CMIP6模式和观测中的冬季气温都表现为同一个空间模态时,该模态所对应的对流层中层的主要环流系统在观测和CMIP6模式中也是一致的。     

CMIP5部分模式气温和降水模拟结果在北半球及青藏高原的检验

利用北半球和青藏高原的观测资料,通过趋势分析、量值比较及小波分析等方法对已提交历史模拟结果的8个模式进行了比较.结果表明,各模式对北半球气温年变化模拟的较好,一般7、8月气温最高,1月气温最低,不存在相位差问题.各模式模拟的历史气温年际和年代际变化趋势比较一致,气温最大相差2.8℃以上;模拟的1850-2005年气温平均最高和最低值相差可达1.8℃左右;除1个模式外,其余模式都能较准确地模拟出至少有一次气温突变.对北半球降水的模拟,各模式都模拟出了降水的季节变化,但从年际变化趋势来看,4个模式模拟的降水为增大趋势,4个为减小趋势.对青藏高原的模拟,从变化趋势与观测气温的对比来看,8个模式中,除2个模式通过了0.05显著性水平检验外,其余均通过了0.01显著性水平检验;各模式都模拟出了青藏高原的降水中心,但对降水量值的模拟相差较大.     

CMIP5全球气候模式对上海极端气温和降水的情景预估

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,以下简称CMIP5)28个模式的数值模拟结果和1981~2010年华东和上海气温和降水观测数据,评估了该28个气候模式对华东和上海气温和降水的模拟能力,并预估了RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5)情景下上海2021~2030年极端气温和降水气候的变化趋势和不确定性。结果表明:与观测值相比,模式对华东和上海年平均气温的模拟大多均值偏高、方差偏低;对年总降水量的模拟大多均值偏高,但方差以华东偏高、上海偏低为主;26个模式的气温变化趋势和12个模式的降水变化趋势与观测值相同。选出8个模式的预估结果表明:与2001~2010年相比,2021~2030年上海冬天极端低温的出现日数(冷夜日数)呈减少趋势,不确定性最小;夏天暖夜日数呈增加的趋势,不确定性较小;其他极端气温事件的变化趋势则存在较大的不确定性,冷夜指标的不确定性最大。强降水发生日数和强降水的强度都呈现增加的趋势,且不确定性较小。     

CMIP5模式对未来30a新疆夏季降水的预估

选用参与气候变化政府间合作委员会(IPCC)第5次评估报告的25个气候耦合模式(CMIP5),基于GPCP(Global Precipitation Climatology Project)降水资料,采用多种统计方法,综合评估模式历史试验对1979—2005年新疆夏季降水的模拟能力,优选出模拟性能较好的模式,进而利用其RCP8.5排放路径下的模拟结果来预估未来30 a(2021—2050年)新疆夏季降水的变化。从气候平均场和年际变率来看,25个CMIP5模式的模拟性能差异显著,部分模式可模拟出新疆夏季降水的主要空间分布特征,如伊犁河谷地区的降水中心以及南疆和东疆地区的少雨区。从优选出的9个模式的集合平均结果来看,对南疆西部山区与昆仑山北侧地区降水强度和范围模拟偏强,对年际变率的模拟偏弱,但其降水的空间分布与观测比较一致,可较准确地捕捉到高、低值中心,空间相关性也较好。因此,利用该集合平均结果对未来新疆降水进行预估是可信的。预估结果表明:(1)未来30 a北疆大部分地区和东疆部分地区夏季降水略微减少,伊犁河谷和南疆大部分地区显著增多,且增幅中心出现在南疆西部和昆仑山北侧地区;(2)山区年际变率较其他地区明显,且伊犁河谷、南疆西部和昆仑山北侧地区的年际变率呈现逐渐增大趋势;(3)降水变化与500 hPa环流配置异常密切相关,北疆地区偏南气流加强,表现为反气旋性环流,南疆地区偏东气流加强,表现为气旋性环流,因而导致未来新疆地区夏季降水南增北减。     

基于TOPMODEL的饮马河流域暴雨洪水模拟研究

将TOPMODEL应用于饮马河流域,选取2013-2019年共6次暴雨洪水过程进行模拟和评估,将饮马河模拟流量与实测流量对比分析,探讨该模型在该流域洪水模拟的可用性.结果表明:TOPMODEL实现了空间产流面积分布的可视化;TOPMODEL在饮马河流域模拟效果较好,可用于该流域流量预报;不同等级降雨量、不同的降雨落区以及前期降雨多寡对饮马河的流量影响较大,即累计雨量越大、雨强越强、强降雨越靠近上游、前期降雨越多,洪峰流量也越大.因此,TOPMODEL可为饮马河流域的防洪调度和防灾减灾提供技术支持.