CMIP5模式对我国西南地区干湿季降水的模拟和预估

利用降水观测资料, 评估了参加国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的34个全球模式对1986～2005年我国西南地区干湿季降水的模拟能力。结果表明, 34个CMIP5模式中分别有30和25个模式模拟的干季和湿季降水偏多。34个模式对我国西南地区干湿季降水的模拟能力差异较大, 大约半数模式的模拟值与观测值的空间相关系数通过了99%的信度检验, 且标准差之比小于2。利用两个技巧评分标准, 分别挑选出了对干湿季降水模拟最优的9个模式。最优模式集合平均结果要优于34个模式的集合平均, 更要优于大多数单个模式。进一步利用最优的9个模式的集合平均对RCP4.5和RCP8.5两种典型浓度路径下我国西南地区干湿季降水的变化进行了预估。相对于1986～2005年气候平均态, 在21世纪初期(2016～2035年), 我国西南地区干季降水变化表现为川西高原降水增多, 而四川盆地及攀西地区、重庆、贵州和云南的大部分地区降水减少;湿季降水变化表现为川西高原、贵州和广西大部分地区降水增多, 而四川盆地及攀西地区和云南降水减少。在21世纪中期(2046～2065年)和末期(2080～2099年), 西南地区干湿季降水普遍增多。在RCP8.5情景下, 降水的变化幅度要强于RCP4.5情景。     

CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估

21世纪以来,云南频繁发生全省性干旱过程,造成严重的灾害。未来在气候变化背景下云南全省性干旱过程将如何变化尚未得到充分研究。基于16个第六次耦合模式比较计划(CMIP6)的模式结果和区域性干旱过程监测评估方法,研究了云南省区域性干旱过程历史时期的特征和未来不同排放情景下的可能变化。结果显示,适当订正后的CMIP6模式能较好地模拟出近54年云南省区域干旱事件的特征,模式偏差主要表现为夏季降水偏多、10—11月降水偏少。未来54年在三种排放情景下,云南省区域性干旱过程发生次数将增加1.1～4.7次,持续日数将增加2.6～4.0日,影响范围将增加0.2～0.6站,累计强度将增加0.1～0.2。未来发生在干季内的干旱过程次数将减少,但持续日数、影响范围、累计强度都将增加;由干季延伸至雨季的干旱过程次数、持续时间、累计强度都将增加;发生在雨季内的干旱过程次数和影响范围将增加、累计强度将减小。滇西北、滇东北等受干旱过程影响较轻的地区未来也将更容易受到干旱过程的影响。上述结果表明未来云南省全省性干旱过程将加强。     

中国干湿变化的高分辨率区域气候模式预估

本文使用三个全球气候模式驱动下的高分辨率区域气候模式RegCM4的试验数据,首先评估了RegCM4对参考时段（1986～2005年）中国干燥度指数（AI）的模拟能力,而后根据典型浓度路径中等排放（RCP4.5）情景下RegCM4试验对中国未来干湿变化进行了预估研究。结果表明,RegCM4能够合理模拟中国区域AI的空间分布。两种潜在蒸散发计算方法得到的参考时段AI在空间分布和数值上存在一定差异,尤其是在中国西部高海拔地区和北方地区。在三个全球气候模式驱动场作用下的RegCM4预估试验中,21世纪中期（2046～2065年）和末期（2081～2098年）中国区域平均AI较参考时段分别减小2%～4%和2%～5%,其中西北中部变湿,其他地区均变干。不同地区未来干湿变化的主要影响因素存在差异,西北中部降水变化为主导因素,其他地区主要受控于升温所引起的潜在蒸散发变化。     

基于CMIP5模式的中国气候变化敏感性预估与分析

以CMIP5提供的26个全球气候系统模式的温度和降水数据为基础,采用区域气候变化指数(Regional Climate Change Index,RCCI)分析中国的不同区域对21世纪气候变化响应的敏感性。结果表明,三种排放情景(RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5)下,21世纪全期,气候变化最敏感的区域分布在西藏地区,其次为我国西北地区以及东北地区,气候变化敏感性最低的区域分布在我国内蒙古中东部、华北地区以及长江中下游一带,且高排放情景对应更高的气候变化敏感性。对RCCI指数贡献因子分析结果表明,对中国气候变化敏感性贡献的大小依次为Δσ_TΔσ_pΔRRWAF。冬夏两季温度变化的大值区与RCCI指数的大致区分布一致,RCCI大小的分布很大程度上由温度变化的敏感性决定。而夏季降水变化的大值区主要出现在西藏地区、华南地区和东北地区,冬季降水变化的大值区则主要出现在黄河以南长江以北的中原地区以及东北地区。     

新疆气候的干湿变化及其趋势预估

利用新疆气象局提供的90个气象台站的连续观测记录, 计算了1961～2003年新疆地区年平均和季节平均自适应Palmer干旱指数的气候态及其变化趋势, 表明新疆地区气候就平均态而言整体上属于正常的气候条件, 研究时段内年平均和季节平均气候以湿润化趋势为主要变化特征, 定性的分析显示地表气温的持续上升倾向于引起干旱化, 而降水的增加则有利于气候的湿润化趋势。在SRES A2温室气体和气溶胶排放情景下, 21世纪90年代新疆地区地表气温的升高会导致干旱化的发生, 而降水的增加则有利于湿润化, 在二者的联合作用下, 新疆地区的干湿状况可能将发生一定程度的变化。     

云南气候舒适度分布和变化特征及未来变化趋势预估

文章使用云南1961—2015年观测气象资料和RegCM4区域气候模式模拟的RCP4.5和RCP8.5情景下2016—2099年气候变化预估资料,计算了云南逐日气候舒适度指数,采用线性趋势和通径分析等方法分析了云南近55年气候舒适度的时空演变特征和变化成因,最后对未来变化趋势作了预估。结果显示：(1)云南观测资料多年平均值舒适日数最多,占全年的55%,南多北少,夏季最多;寒冷日数次多,占全年的23%,北多南少,冬季最多;冷日数比寒冷日数稍少,占全年的20%;热日数仅占全年的1%,闷热日数多年平均值为零。(2) 1961—2015年寒冷(舒适)日数年际和空间变化都呈明显的减少(增加)趋势,冷和热日数没有明显的变化趋势,闷热日数没有变化。(3)气温是云南气候舒适度各等级日数变化的主要因素,其次是风速,相对湿度只在温度高的情况下影响明显。(4) RCP4.5和RCP8.5两种情景下,2016—2099年云南寒冷(舒适)日数年际和空间变化都是减少(增加)的趋势;冷日数年变化是减少的趋势,空间变化为西北部增加;热日数只在RCP8.5情景下增加明显,主要是南部地区增加。     

CMIP6模式对青藏高原极端气温指数模拟能力评估及预估

利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）28个全球气候模式模拟的历史和多SSP排放情景下的模拟结果以及国家气候中心制作的CN05.1格点化的观测数据,在评估28个全球气候模式对青藏高原极端气温相关指数模拟效果的基础上,预估了多个SSP情景下青藏高原未来极端气温指数的变化趋势。评估结果表明多模式集合平均模拟结果更稳定,且能模拟出极端气温指数的时间分布以及空间分布特征,但与观测相比,不同指数存在不同偏差。预估结果表明,相对于1995-2014年,青藏高原上日最高气温最高值（TXx）、日最低气温最低值（TNn）、暖昼指数（TX90p）未来呈上升趋势,霜冻日数（FD）、冰冻日数（ID）、冷夜指数（TN10p）呈减少趋势,其中高原极端低温比极端高温增温明显,暖昼指数在高原西南部增加明显,霜冻日数、冰冻日数、冷夜指数在高原东南部减少明显。SSP1-1.9情景下,极端气温指数在21世纪的变化幅度较小,随着辐射强迫增大,指数的变化趋势也增大。SSP1-2.6情景下,2030年前中国实现碳达峰时,青藏高原地区TXx、 TNn、 TX90p增长分别不超过1.12℃、0.84℃、 8.4%, FD、 I...     

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。     

云南大气环境容量系数变化特征及未来变化趋势预估

使用云南1961-2015年气象观测资料,基于A值法对云南大气环境容量系数的变化特征及其成因进行分析,并利用4个城市的空气综合污染指数研究了大气环境容量系数与城市空气质量之间的关系,结果表明：(1)1961-2015年云南年平均大气环境容量系数呈减小趋势,大气自净能力不断下降。(2)平均风速减小是近年来云南大气环境容量系数减小的主要原因。(3)在多数情况下,大气环境容量系数与城市空气质量具有较好的反向变化关系。利用RegCM4区域气候模式对2016-2050年云南大气环境容量系数进行预估,结果表明,在模式模拟的RCP4.5(RCP8.5)情景下,云南年平均、春季、秋季的大气环境容量系数呈增大(减小)趋势,夏季与冬季则表现为减小(增大)趋势。     

基于CMIP5资料的云南及周边地区未来50年气候预估

利用CRU(Climatic Research Unit)高分辨率观测数据及云南省124站资料,检验了参与IPCC AR5(政府间气候变化专门委员会第5次评估报告)的7个全球海气耦合模式(Coupled Model Intercomparison Program 5,CMIP5)及模式集合平均对云南及周边地区气温和降水的模拟性能,同时进行该区域不同温室气体排放量情景下2006~2055年的气候预估。结果表明:全球海气耦合模式对该区域气温和降水气候场空间分布、气温的线性趋势和春、夏季降水的年代际振荡特征具有一定的模拟能力,且模式集合能力优于单一模式,气温模拟优于降水模拟,但春、夏季的降水好于其他季节,使得全年的总降水好于秋、冬两季。对未来情景预估表明,研究区域未来50年气温呈现显著的线性上升趋势,降水量保持年代际振荡特征并有所增加,2020年之前我国云南及其南部区域将经历相对的干旱时期。     

多区域气候模式集合对中国径流深的模拟评估和未来变化预估

对5组区域气候模式集合模拟的中国径流深进行评估,并且预估了温室气体高排放情景RCP8.5下的未来变化。结果表明：多区域气候模式集合结果能够基本模拟出径流深的观测特征,对年径流深的空间分布特征模拟较好,但量值存在一定的系统偏差,特别是黄河中游、海河和松辽河存在明显的正偏差,且对全国9个流域片中东南、西南和西北诸河的年内分配总体模拟效果相对较差。未来到21世纪末,全国平均年径流深在各个时段都以增加为主,增加幅度多在5%以内。未来变化存在明显的空间差异,大致表现为“北增南减”的分布特征,但不会改变中国水资源南多北少的空间格局;其中,黄河、西南和西北诸河流域片呈显著的增加趋势,淮河、长江和东南诸河流域片呈现显著的减少趋势,海河、松辽和珠江流域的变化趋势不显著。21世纪末期各地的变化多在±30%以内,且多模式预估的正负变化一致性较高。到21世纪末期,各流域片平均的径流深季节分配总体特征没有明显变化,径流深的最大月份基本维持不变,分配比例的数值有±2%以内的变化,且各季节的增减变化存在明显流域间差异。     

5个全球气候模式对中国东北地区地面温度的模拟与预估

利用5个全球气候模式和中国东北地区162个站点地面温度实测资料,评估全球气候模式和多模式集合平均对中国东北地区地面温度的模拟能力,并对SRES B1、A1B和A2排放情景下,中国东北地区未来地面温度变化进行预估。结果表明：全球气候模式能够较好地再现了东北地区地面温度的年变化和空间分布特征,但存在系统性冷偏差,模式对夏季地面温度模拟偏低1.16 ℃,优于冬季。预估结果表明,3种排放情景下21世纪中期和末期东北地区地面温度均将升高,末期增幅高于中期,冬季增幅高于其他季节, SRES A2排放情景下增幅最大,B1排放情景下最小;增温幅度自南向北逐渐增大,增温最显著地区位于黑龙江小兴安岭;21世纪末期3种情景下中国东北地区年平均地面温度将分别升高2.39 ℃(SRES B1)、3.62 ℃(SRES A1B)和4.43 ℃(SRES A2)。     

CMIP5多模式集合对江苏省气候变化模拟评估及情景预估

利用中国气象局所属的2 400余个台站观测资料制作的分辨率为0.25°×0.25°数据集中的气温、降水量资料评估了CMIP5中17个模式对于1961—2004年江苏省气温和降水量空间分布特征的模拟能力,筛选出了5个对江苏省气候特征模拟较好的模式。之后基于5个优选模式集合平均的结果预估了3种典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCPs)下江苏省2006—2100年的气温和降水量变化趋势。结果表明:(1)全球耦合气候模式对江苏省的气温和降水量空间分布特征具有一定的模拟能力,并且模式集合平均的气温和降水量与观测资料的空间相关系数分别为0.85和0.93;(2)在低浓度路径(RCP2.6)、中浓度路径(RCP4.5)和高浓度路径(RCP8.5)3种温室气体排放情景下,江苏省2006—2100年的地表温度均呈现明显的增温趋势,并且苏北的增温幅度要高于苏南;(3)3种温室气体排放情景下,江苏省未来百年降水量均呈现出北方增多南方减少的趋势;(4)未来百年江苏省降水量随气温变化的趋势并不稳定,RCP2.6和RCP4.5情景下降水量随气温的升高而增加,而RCP8.5情景下降水量随气温的增加而减少。     

Analyses of extreme climate events over china based on CMIP5 historical and future simulations

Based on observations and 12 simulations from Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 （CMIP5） models, cli- matic extremes and their changes over China in the past and under the future scenarios of three Representative Concentration Pathways （RCPs） are analyzed. In observations, frost days （FD） and low-temperature threshold days （TN10P） show a de- creasing trend, and summer days （SU）, high-temperature threshold days （TX90P）, heavy precipitation days （R20）, and the contribution of heavy precipitation days （P95T） show an increasing trend. Most models are able to simulate the main char- acteristics of most extreme indices. In particular, the mean FD and TX90P are reproduced the best, and the basic trends of FD, TN10P, SU and TX90P are represented. For the FD and SU indexes, most models show good ability in capturing the spatial differences between the mean state of the periods 1986--2005 and 1961-80; however, for other indices, the simulation abilities for spatial disparity are less satisfactory and need to be improved. Under the high emissions scenario of RCP8.5, the century-scale linear changes of the multi-model ensemble （MME） for FD, SU, TN10P, TX90P, R20 and P95T are -46.9, 46.0, -27.1, 175.4, and 2.9 days, and 9.9%, respectively; and the spatial change scope for each index is consistent with the emissions intensity. Due to the complexities of physical process pararneterizations and the limitation of forcing data, great uncertainty still exists with respect to the simulation of climatic extremes.     

CMIP6模式对亚洲中高纬区极端温度变化的模拟及预估

利用观测的亚洲中高纬区逐日最高、最低气温和CMIP6计划中28个全球气候模式资料,系统评估了CMIP6模式对亚洲中高纬区日最高温(TXx)和日最低温(TNn)的模拟性能,并对其未来演变趋势进行了科学预估.主要结论如下:1)CMIP6大部分模式能合理地模拟亚洲中高纬区TXx和TNn自南向北、自西到东逐渐降低的空间分布特征...     

CMIP6HighResMIP对青藏高原气候模拟的评估和预估

高分辨率模式模拟被认为是研究资料相对欠缺的青藏高原地区气候变化的重要方法之一。第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)新增了高分辨率模式比较计划(HighResMIP),但其对青藏高原气候的模拟性能尚未系统评估。本研究分析了6对(更高、较低分辨率)CMIP6 HighResMIP模式对青藏高原当前气候的模拟能力,并集合预估了近期青藏高原气候的变化趋势。相对较粗分辨率模拟,所有(2/3)模式的更高分辨率模拟减少了平均降水(气温)的区域平均偏差。泰勒图涉及指标的综合评估显示,约1/3模式的更高分辨率对平均气温和降水模拟效果优于较低分辨率,其余模式的更高分辨率则接近或者劣于较低分辨率。集合平均结果优于单个模式,且其更高分辨率模拟效果总体优于较低分辨率。更高分辨率模式集合预估显示,相对于1995—2014年,在SSP5-8.5情景下到2021—2040年青藏高原整体呈增温趋势,东南部增温相对较弱;降水从北到南呈增加-减少-增加的变化模态;青藏高原气温将平均增加(0.81±0.91)℃,降水将平均增加(0.05±0.25) mm/d。     

基于CMIP5模式安徽省植被净初级生产力预估

利用耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）中5个全球气候模式3种典型浓度路径（RCPs）预估结果,基于植被净初级生产力模型,估算安徽省21世纪近期（2018—2030年)、中期（2031—2050年）和远期（2051—2099年）植被净初级生产力及其对气候变化的响应。结果表明：对不同模式在安徽省模拟能力的评估可知,气温以多模式集合模拟效果优于单个模式,MIROC-ESM-CHEM对降水的模拟能力较好。未来安徽省将持续变暖,北部变暖幅度高于南部,其中RCP8.5情景下变暖趋势更显著;全省降水量将增加,南部增加多于北部。随着气候趋于暖湿化,植被净初级生产力总体增加;与基准年相比,21世纪近期增加不明显,中后期显著增加,空间上南部增加总体高于北部。从气候变化响应来看,安徽省植被净初级生产力与降水量和平均气温均显著相关,并且对降水量的响应程度更高。     

B2气候情景下2011-2050年辽宁农业气候资料演变特征

利用区域气候模式PRECIS输出资料,基于时间序列分析及空间分析方法对2011-2050年B2气候情景辽宁省农业气候资源时空演变特征进行分析。结果表明：辐射资源增多趋势不显著,但在2031-2040年达到峰值;生长季降水呈减少趋势,与辐射资源变化呈相反位相,减幅从西向东依次增大,辽东大部地区减幅达20 mm/10a以上。不同年代降水多寡将对洪涝和干旱事件的发生具有指示意义。大于等于10 ℃积温呈极显著增多趋势,大部地区增幅在100 (℃·d)/10a。辽西东部和辽北西部地区初霜日显著延后1-3 d,辽宁北部和辽东部分地区终霜日显著提前1-2 d。初霜日的延后和终霜日的提前使得无霜期延长,说明辽宁地区未来40 a热量资源明显增多,这将为应对气候变化调整农业种植结构提供参考。     

基于转移累计概率分布统计降尺度方法的未来降水预估研究:以湖南省为例

基于最新一代CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式历史情景和未来RCP4.5情景下的模式逐日降水数据,使用转移累计概率分布（CDF-t）统计降尺度方法,从空间变化和时间变率两个方面评估该降尺度方法对湖南日降水量模拟能力的改善效果,并在此基础上对未来降水量变化进行预估。结果表明, CMIP5气候模式由于分辨率较低,无法细致反映湖南地形变化和大气环流影响导致的区域降水变化特征。经过CDF-t统计降尺度处理之后,模式对湖南降水的时、空分布模拟与实况更为接近,绝大部分模式对降水空间结构的模拟能力都有显著提高。基于CDF-t统计降尺度的多模式集合预估结果表明,21世纪湖南省日降水量呈弱的增多趋势（0.95%/（10 a））。21世纪初、中和末期相对于1986—2005年的气候平均态,湖南省日降水量分别增加了4.6%、5%和5.2%。3个时期湖南省日平均降水变化的空间分布存在较强的一致性,皆表现为湖南西北、东北和东南3个地区降水增幅最为显著,且随着辐射强迫的增大,3个地区降水增幅也呈递增趋势。需要指出的是,预估结果在模式之间存在一定差异,并且这种差异随着辐射强迫的增大而增大。