气候检测与归因的格兰杰检验法

 为揭示气候变化并探索其可能原因,引入了格兰杰因果检验法。在叙述其基本原理的基础上,对影响中国气温变化的若干因子进行了检验。论证了通过检验的因子与中国气温变化的可能物理联系,着重说明了二氧化碳增加对中国气温变化的影响,解释了我国增温滞后于全球气温变化的原因。由此证实格兰杰因果检验法是气候变化检测与归因的一种有用的新方法。通过计算和分析,证实了格兰杰检验法的可用性。     

北京气候变暖与主要极端气温指数的归因分析

在对资料进行均一化处理的基础上,分析了北京1960—2008 年气候变暖及主要极端气温指数的统计特征,并应用格兰杰检验法对其进行归因分析。结果表明:(1) 近49 a 来北京年平均气温增速约为0.39 ℃/(10 a),气候增暖具有明显的非对称性。(2) 霜冻指数和气温年较差呈下降趋势,降幅为3.9 d/(10 a)和0.8 ℃/(10 a)。生长季指数、暖夜指数及热浪指数则呈上升趋势,增幅平均达3.0 d/(10 a)、0.75%/(10 a)和1.5 d/(10 a)。(3) 北京年平均气温是霜冻指数、生长季指数及暖夜指数发生变化的格兰杰原因。虽然年平均气温与热浪指数在不同滞后期均具强相关性,但是检验表明它们之间并无显著的因果关系,很可能是由于某种原因导致的一种统计上的伪相关现象。      

气候变暖条件下水文循环变化检测与归因研究的几点认识

气候变化检测与归因的实践指南(GPGP)综合了4种检测归因方法,它囊括了目前研究这一因果链采用的不同途径。自1990年政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一次评估报告以来,气候变化的检测与归因从气温升高和其他系统或变量变化趋势的研究开始,经历了从全球、半球、海洋与陆地、七大洲乃至区域尺度的细化进程。人为气候变化的指纹检测与归因方法已普遍用于全球大尺度水文循环要素——纬度带平均降水、强降水、径流、比湿、水汽含量等时空型态变化的研究,个别地也应用到流域尺度,如以冰雪融水补给为主的河流的天然流量、积雪和最低温度变化的研究。对于以降水为主,且受人类活动干扰较大的流域,观测的水文循环要素变化的检测与归因,大多数聚焦于观测的气候要素及非气候变量对其的影响,而不回答变化是自然的还是人为强迫引起的。这种方法要求高质量长系列的观测数据、先进的统计检验技术以及物理基础好的水文模型。对于水文循环要素对气候变化敏感的流域,若观测数据满足要求,则采用正规的检测与归因方法或最优指纹法识别外强迫及驱动因子的影响研究,将具有重要科学意义和发展前景。     

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

CMIP6检测归因模式比较计划（DAMIP）概况与评述

气候变化的检测归因是历次IPCC评估报告的重要组成部分。检测归因的目标是检测并量化由外强迫引起的变化,识别人为和自然强迫对气候变化的相对贡献。有助于全面评估气候系统是如何受人类活动影响的,所得结论对未来气候变化预估的信度而言至关重要。检测归因模式比较计划(DAMIP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的一个子计划,共包含3个级别、多达14组不同强迫驱动下的试验。文中概述其科学背景、试验设计、参与模式情况,并评述该计划的意义、期待的产出以及中国的机遇和贡献,以期使读者迅速了解相关要点和进展,为利用这些模式模拟试验数据开展检测归因研究提供必要的参考。     

全球和中国区域近50年气候变化检测归因研究进展

回顾了近年来国内外对全球和中国区域气候变化的检测归因研究,主要集中在对20世纪中期以来温度、降水和主要极端事件变化的检测归因研究进展,而不涉及更长时间尺度历史气候变化的检测归因。分析表明,国际上近年来在气候变化检测归因研究领域发展迅速,从全球尺度气温变化的检测归因发展到区域尺度和多变量的检测归因。但在中国,虽然也有一些研究探讨了中国东部南涝北旱等发生的原因,但在以数理统计推断方法为基础的气候变化事实归因领域的研究仍然亟待加强。一些重要的问题,如中国不同区域的变暖、不同区域的变干或变湿的归因分析,以及这些因子和引起全球气候变化因子的异同等,都是迫切需要回答的科学问题。     

影响山西省气温变化的可能原因分析与检验

选取大气环流指数、太阳黑子、CO2浓度、能源消费等可能影响气温变化的因子,采用1960—2009年资料序列,运用计量经济学方法,对山西省年平均气温与相关因子的格兰杰因果关系进行了检验,结果显示:1)从20世纪60年代开始,亚洲极涡强度指数、亚洲纬向环流指数及全球CO2浓度均是山西年平均气温变化的格兰杰原因,而太阳黑子从20世纪70年代开始才明显影响到山西省平均气温的变化,且影响的隔年效应显著。2)因果关系检验的统计量对比表明,在影响因子中,亚洲纬向环流指数对山西平均气温的影响最为显著,持续时间也最长,影响山西年气温变化的根本原因是大气环流自身的变化规律,即自然因素是影响气温变化的主要原因。3)全球CO2浓度变化是人类活动的直接结果,也是山西平均气温变化的人为因素。节能减排,控制CO2浓度的快速增加,是保护气候资源的唯一可行的途径。     

中国关于气候变化归因和责任的研究进展与展望

首先对2000～2011年中国关于气候变化归因和责任研究的相关文献进行分类统计,归纳总结了中国最近十余年的研究进展,在此基础上,对于现阶段研究及存在的问题进行了初步讨论。提出我国在气候变化归因与责任领域研究的基本框架和大体趋势已经确立,"气候变化原因"研究,应在强化多方全面研究和改进研究工具的同时,注重人为原因的探究,将人为原因的探究作为今后研究的重点方向;气候变化责任的研究,应在坚持"共同但有区别责任"立场的前提下,寻求更有力的技术支持,特别是需要构建"全球有序应对气候变化"的研究体系,开展更为全面的地球系统科学模拟研究。     

IPCC第五次评估报告关于气候变化影响的检测和归因主要结论的解读

本文对IPCC第五次评估报告第二工作组报告关于“观测到的气候变化影响的检测和归因”方面的主要结论和研究进展进行解读。自IPCC第四次评估报告以来,气候变化对自然和人类系统影响方面的证据不断增多,尤其新的或更有力的证据表明气候变化已经对许多自然系统（包括冰冻圈、水资源、海岸带以及生态系统）产生了确凿和广泛的影响。同时,在人类系统对气候变化的敏感性方面也搜集到了大量的新证据。尽管第五次评估报告在检测和归因的方法和涵盖内容等方面都有了明显进展,但目前的检测和归因研究在资料、概念和模型发展等方面仍存在着有待改进的缺陷和不足。     

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。     

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。     

极端天气和气候事件的变化

自1950年以来的观测证据表明,有些极端天气和气候事件已经发生了变化。全球尺度上,人为影响可能已经导致极端日最低和最高温度升高;由于平均海平面上升,人类活动可能已对沿海极端高水位事件的增加产生了影响;具有中等信度的是,人为影响已导致全球强降水增加;由于热带气旋历史记录的不确定性、缺乏对热带气旋与气候变化之间关联的物理机制的完整认识及热带气旋自然变率的程度,将可检测到的热带气旋活动变化归因于人为影响仅具有低信度。将单一的极端事件变化归因于人为气候变化具有挑战性。对极端事件变化预估的信度取决于事件的类型、区域和季节、观测资料的数量和质量、基本物理过程的认知水平及模式对其模拟的可靠性。     

Latest Advances in Climate Change Detection Techniques

In recent years,the global warming and its influences on people and social economy have received increasing attention from international communities.Determining the current trend of global temperature variation has become one of the critical issues in climate change research.Obviously,it is rather important to develop new climate change detection technology in order to identify new characteristics of the global warming.This review introduces the latest advances and past achievements on the climate change...