水文模式DHSVM与区域气候模式RegCM2/China嵌套模拟试验

本研究在改进水文 -土壤 -植被模式DHSVM ,用气候观测资料驱动DHSVM进行模拟试验的基础上 ,建立了区域气候模式RegCM2 /China与水文模式DHSVM的嵌套系统 ,将区域气候模式对中国和东亚地区控制试验 (目前气候情景 )和敏感性试验 (未来 2×CO2 气候情景 )结果用双线性插值方法降尺度 (downscaling)到滦河、桑干河流域的 8个气象站点 ,然后再用数字高程模式DEM插值到DHSVM的细网格点 ,驱动水文模式进行嵌套模拟试验。试验结果表明 ,滦河、桑干河流域在未来大气中CO2 浓度加倍情况下 ,地面气温呈一致的增加趋势 ,年平均气温增加2 .8℃ ;两流域未来降水也呈增加趋势 ,滦河、桑干河流域年降水量分别增加 6mm和 4 6mm ;两流域未来蒸发量有所增加 ,年均蒸发量增加 2 9mm ;未来滦河流域年径流深减少 2 7mm ,流量减少 14 .72× 10 8m3 ,桑干河流域径流深增加 2 6mm ,流量增加 12 .2 2× 10 8m3 ,两流域合计 ,流量减少 2 .5× 10 8m3 ;未来滦河、桑干河流域径流深趋向一致 ,分别为 74和 71mm ,约为全国目前平均径流深 2 84mm的 1/ 4。可见 ,两流域未来总体上仍呈现暖干化趋势。本研究发展的嵌套模式系统具有一定的预测能力 ,而且通过参数移植 ,可应用于中国其他流域     

未来气候变化对黄河和长江流域极端径流影响的预估研究

使用NASA-NCAR全球环流模式FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候情景模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3同高分辨率大尺度汇流模型LRM(分辨率0.25°×0.25°)连接,分析水文极端事件在A2情景下相对于当代气候的变化,预估未来气候变化对我国黄河和长江流域水文极端事件的影响。结果表明:(1)未来黄河流域径流年变率增大,月变率减小,日变率在头道拐站以上流域减小,以下流域增大。未来兰州以上半湿润地区,流域东南部湿润区出现径流量峰值的可能性增大,而流域西北部干旱半干旱区出现径流量百分位极值的可能性减小。未来黄河流域中游地区发生流域洪水的风险在夏季月份减少,其余月份均增大。(2)未来长江干流径流年际变率增大,上中游地区径流日和月变率减小,下游地区略有增大;未来汉江流域径流量的年、月和日变率均增大。未来长江干流发生流域洪水的风险在夏季明显降低,而汉江流域各月发生流域洪水的可能性均增大。     

未来气候变化对黄河流域水文过程的影响

使用NASA/NCAR有限区域大气环流模型FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3径流模拟结果同大尺度汇流模型LRM [分辨率0.25°(纬度)×0.25°(经度)]相连接,模拟预估未来气候变化对我国黄河流域水文过程的影响。结果表明:相对于当代气候,未来黄河流域呈现气温升高、降水增加(夏季7～8月降水减少)和蒸发增大的趋势,且空间分布极不均匀,造成河川径流在5～10月减少,加剧流域夏季的水资源短缺;未来气温升高使得融雪径流增加,可能导致更早和更大的春季径流,使径流过程发生季节性迁移,引起黄河流域水资源年内分配发生变化。     

PRECIS模式对内蒙古气候变化情景的模拟与分析

利用英国Hadley气候中心研制的区域气候模式系统PRECIS,嵌套全球环流模式HadCM3,模拟了气候基准时段1961-1990年内蒙古平均气温。通过模拟结果与实测值的对比分析。预测并分析了在B2温室气体排放情景（SRES）下．2071-2100年内蒙古气温的变化情景。结果表明：PRECIS模式较好的模拟出了内蒙古1961-1990年30年平均的气温分布,特别在模拟从东北向西南温度递增趋势上表现了良好的能力,尤其是在锡林浩特以东地区,模拟韵高低值中心位置和范围与实况比较吻合,且对夏季温度的模拟能力明显强于其他季节。在B2排放情景下,未来2071—2100年内蒙古气候继续向暖的方向发展,年平均气温、冬季和夏季平均气温均呈显著上升趋势,全区增温3．5～5℃。升幅最大的地区在阿拉善中西部。     

华南地区未来地面温度和降水变化的情景分析

利用英国Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS,模拟分析基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)2000年发布的<排放情景特别报告>(SRES)中设计的B2情景下华南区域2071～2100年的温度和降水量的可能变化,结果显示:2071～2100年均地面温度相对于气候基准时段(1961～1990年)上升约2～4 ℃;华南区域未来夏季降水量在22°N以北区域较气候基准时段增加,而以南区域减少;冬季降水则表现为华南区域较气候基准时段减少.2071～2100年华南区域的温度气候趋势系数为正值,年均降水气候趋势系数为负值.2071～2100年的高温事件和强降水事件的发生频率均比气候基准时段明显增加.     

气候变化影响下的流域水循环:以长江和黄河典型流域为例

在对IPCC提供的多种大气环流模式(GCMs)适用性评估的基础上,采用SDSM和ASD统计降尺度模型生成未来气候变化情景,驱动分布式水文模型VIC和SWAT,分别对长江和黄河典型流域进行分布式水文模拟,定量探讨气候变化对流域水循环的影响。结果表明,适应性评估可以有效降低GCMs选择的不确定性,统计降尺度方法能够明显改善全球气候模式降水和气温输出结果。与基准期(1961—1990年)相比,未来时期(2046—2065年和2081—2100年)长江下游太湖流域径流量呈现微弱减少趋势,但汛期东南部径流量增加显著,而黄河上游流域径流量则呈下降趋势。研究结果可为开展我国各大流域适应气候变化研究提供一定的参考依据。     

基于CMIP5和RegCM4模式的内蒙古气候变化模拟评估及未来RCPs情景预估

文章利用CMIP5全球气候模式和RegCM4区域气候模式模拟的内蒙古降水量和平均气温的逐月数据,分别将2个气候模式1961-2005年的模拟结果与实际观测值进行对比,综合评估2个气候模式对内蒙古降水量和平均气温的模拟能力,并预估分析3种RCPs情景下2021-2100年内蒙古未来降水量和平均气温的可能变化特征.结果显示...     

21世纪末华南汛期强降水变化分析

利用英国Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS,基于政府间气候变化专门委员会（IPCC）2000年“排放情景特别报告”（SRES）B2情景下对华南区域2071～2100年汛期（前汛期：4～6月;后汛期：7～9月）强降水的模拟结果进行分析。结果显示PRECIS对华南地区汛期强降水具有较好的模拟能力。相对1961～1990年（以下称气候基准时段）,2071-2100年华南汛期的强降水比例有所增大,强降水日数变化百分数大值中心分布在广西中北部和福建省北部,后汛期大值中心主要分布在广东和福建省。对华南4省（区）除了海南岛外各省逐月变化百分数基本为正值,汛期极端降水的发生频率相比气候基准时段有明显增加。     

黄河流域未来气候-水文变化的模拟研究

将大尺度半分布式水文模型VIC应用到黄河上中游流域(花园口水文断面以上),并利用区域气候模式RegCM4.0单向嵌套全球气候模式BCC_CSM1.1,动力降尺度到黄河流域的模拟结果驱动VIC模型,开展在新的典型浓度路径下(RCP4.5和RCP8.5)黄河流域未来气候和水文变化的离线模拟。模拟结果显示,在RCP4.5和RCP8.5排放情景下,黄河流域21世纪平均地表气温相对于1971—2000年均呈显著上升趋势,2019—2048年上升1.2—1.5℃,2069—2098年上升2.19—3.9℃。未来年平均降水量有微弱的增大,2019—2048年增幅为6%左右,2069—2098年增幅为1.4%—5.6%。未来蒸发量增大明显,2069—2098年年平均蒸发量最大可增加9.6%。2019—2048年花园口水文站的年平均径流量增大3.4%—7.4%,2069—2098年年平均径流量转为减少,减幅为3.3%—5.3%。黄河上游地区未来气候和水文变化趋势与黄河流域基本一致,但未来年径流量变幅低于黄河流域,相对比较稳定。     

辽河流域年平均径流对气候变化响应的试验分析

利用Holland等建立的模型,针对辽河干流流域,基于近几十年的历史气象水文观测数据率定模型参数,并建立了流域的年尺度气候—径流模拟模型。利用建立的模型,进行模拟试验、敏感性试验及预估试验分析。结果表明:在年降水量均增加10%的条件下,如气温增高1℃,则年径流量会增加14.0%;如年平均气温降低1℃,则年径流量会增加31.5%。在年平均气温均升高1℃的条件下,如年降水量增加10.0%,则年径流量会增加14.0%;如年降水量减少10.0%,则年径流量会减少30.0%,径流对降水量变化的响应更为敏感。根据国家气候中心发布的气候变化情景预估数据,对于2001—2030年模拟预估结果为,在B1情景下,气温升幅适中,降水量增加明显,径流量增加较为明显; A1B情景下,气温升幅明显,降水量增加适中,径流量增加相对最少; A2情景下,气温升幅最少,降水量增加适中,径流量增加处于中等水平。     

温室效应引起的江淮流域气候变化预估

选用英国Hadley中心的RCM-PRECIS模式进行江淮流域气候变化的数值模拟。在验证了PRECIS在江淮流域模拟能力的基础上,对未来CO₂增加后江淮流域的气候变化响应进行了预估。结果表明：在B2情景下,整个江淮流域都将继续增暖,到本世纪末（2071-2100年）区域年平均温度将增加2.9℃,夏季将可能出现更多的高温事件,而冬季极端低温事件减少;降水量呈增加趋势,强降水（尤其是120 mm以上的降水）日数也将增多。     

温室效应引起的江淮流域气候变化预估

 选用英国Hadley中心的RCM-PRECIS模式进行江淮流域气候变化的数值模拟。在验证了PRECIS在江淮流域模拟能力的基础上,对未来CO₂增加后江淮流域的气候变化响应进行了预估。结果表明：在B2情景下,整个江淮流域都将继续增暖,到本世纪末（2071-2100年）区域年平均温度将增加2.9℃,夏季将可能出现更多的高温事件,而冬季极端低温事件减少;降水量呈增加趋势,强降水（尤其是120 mm以上的降水）日数也将增多。     

全球变暖背景下中国区域不同强度降水事件变化的高分辨率数值模拟

对一个20km高水平分辨率区域气候模式(RegCM3)所模拟的全球变暖背景下,中国区域未来不同强度降水事件变化进行了分析。以日降水量的大小,将降水划分为不同等级。首先检验了模式对当代(1961—1990年)各等级降水日数的模拟能力,结果表明,与观测相比,模式模拟的小雨事件偏多而大雨事件在南方过少。21世纪末(2071—2100年)在IPCC SRES A2温室气体排放情景下,中国区域不同强度降水的变化在各地表现不同,同时其对各个地区降水总量变化的贡献也表现出较大不同,但在大部分地区,模式给出了未来强降水事件将增加的结果。     

温室效应对我国东部地区气候影响的高分辨率数值试验

使用RegCM3区域气候模式,单向嵌套NASA/NCAR 的全球环流模式FvGCM的输出结果,对中国东部地区进行了在实际温室气体浓度下当代1961~1990年和在IPCC A2温室气体排放情景下21世纪末期2071~2100年各30年时间长度,水平分辨率为20 km的气候变化模拟试验。首先分析全球和区域模式对中国东部地区当代气候的模拟情况,结果表明全球模式对中国东部地区气温的总体分布型模拟较好,但存在冷偏差,区域模式在对这个冷偏差有所纠正的同时,提供了气温地理分布更详细的信息。全球模式模拟的年降水中心位于长江流域,与观测差别较大,区域模式对此同样也有改进,降水高值区主要位于区域南部,并表现出较强的地形强迫特征。区域模式的模拟结果还表明,至21世纪末期,在温室效应作用下,中国东部的气温将明显升高,年平均气温的升高值在2.7~4.0℃之间,其中北部升温大于南部,冬季升温大于夏季。冬季升温表现出明显的随纬度增加而增加的分布型。模拟区域内年平均降水将增加,增加值一般在10%以上,部分地区达到30%。降水增加在夏季较明显,区域内以普遍增加为主,冬季降水自山东半岛至湖南地区将减少,其他地区增加。此外,对夏季高温日数和冬季低温日数及年平均大雨日数的变化也进行了分析。     

Comparison of regional climate model and statistical downscaling simulations of different winter precipitation change scenarios over Romania

Summary Regional climate model and statistical downscaling procedures are used to generate winter precipitation changes over Romania for the period 2071–2100 (compared to 1961–1990), under the IPCC A2 and B2 emission scenarios. For this purpose, the ICTP regional climate model RegCM is nested within the Hadley Centre global atmospheric model HadAM3H. The statistical downscaling method is based on the use of canonical correlation analysis (CCA) to construct climate change scenarios for winter precipitation over Romania from two predictors, sea level pressure and specific humidity (either used individually or together). A technique to select the most skillful model separately for each station is proposed to optimise the statistical downscaling signal. Climate fields from the A2 and B2 scenario simulations with the HadAM3H and RegCM models are used as input to the statistical downscaling model. First, the capability of the climate models to reproduce the observed link between winter precipitation over Romania and atmospheric circulation at the European scale is analysed, showing that the RegCM is more accurate than HadAM3H in the simulation of Romanian precipitation variability and its connection with large-scale circulations. Both models overestimate winter precipitation in the eastern regions of Romania due to an overestimation of the intensity and frequency of cyclonic systems over Europe. Climate changes derived directly from the RegCM and HadAM3H show an increase of precipitation during the 2071–2100 period compared to 1961–1990, especially over northwest and northeast Romania. Similar climate change patterns are obtained through the statistical downscaling method when the technique of optimum model selected separately for each station is used. This adds confidence to the simulated climate change signal over this region. The uncertainty of results is higher for the eastern and southeastern regions of Romania due to the lower HadAM3H and RegCM performance in simulating winter precipitation variability there as well as the reduced skill of the statistical downscaling model.     

Extreme precipitation over the Maritime Alps and associated weather regimes simulated by a regional climate model: Present-day and future climate scenarios

Summary We use the regional climate model RegCM nested within time-slice atmospheric general circulation model experiments to investigate the possible changes of intense and extreme precipitation over the French Maritime Alps in response to global climate change. This is a region with complex orography where heavy and/or extended precipitation episodes induced catastrophic floods during the last decades. Output from a 30-year simulation of present-day climate (1961–1990) is first analysed and compared with NCEP reanalysed 700 hPa geopotential heights (Z700) and daily precipitation observations from the Alpine Precipitation Climatology (1966–1999). Two simulations under forcing from the A2 and B2 IPCC emission scenarios for the period 2071–2100 are used to investigate projected changes in extreme precipitation for our region of interest. In general, the model overestimates the annual cycle of precipitation. The climate change projections show some increase of precipitation, mostly outside the warm period for the B2 scenario, and some increase in the variability of the annual precipitation totals for the A2 scenario. The model reproduces the main observed patterns of the spatial leading EOFs in the Z700 field over the Atlantic-European domain. The simulated large scale circulation (LSC) variability does not differ significantly from that of the reanalysis data provided the EOFs are computed on the same domain. Two similar clusters of LSC corresponding to heavy precipitation days were identified for both simulated and observed data and their patterns do not change significantly in the climate change scenarios. The analysis of frequency histograms of extreme indices shows that the control simulation systematically underestimates the observed heavy precipitation expressed as the 90^th percentile of rainday amounts in all seasons except summer and better reproduces the greatest 5-day precipitation accumulation. The main hydrological changes projected for the Maritime Alps consist of an increase of most intense wet spell precipitation during winters for both scenarios and during autumn for the B2 scenario. Case studies of heavy precipitation events show that the RegCM is capable to reproduce the physical mechanisms responsible for heavy precipitation over our region of interest.     

华北地区未来气候变化的高分辨率数值模拟

使用20km高水平分辨率的区域气候模式RegCM3,单向嵌套FvGCM/CCM3全球模式,进行了中国区域气候变化的数值模拟试验,分析华北地区夏半年4-9月的气温、降水和高温、干旱事件的变化。模式积分时间分为两个时段,分别为当代的1961-1990年和在IPCC SRES A2温室气体排放情景下的21世纪末2071-2100年。模式检验结果表明:在大部分月份,区域模式对当代气候的模拟都较全球模式更好。两个模式模拟的未来气温和降水变化,在空间分布型和量级上都有一定不同,如区域模式的升温更高,降水出现大范围减少等。此外,使用日最高气温不低于35℃的日数(D_(T35))和考虑了湿度因素的炎热指数(I_(H))不低于35℃的日数(D_(H135)),分析了区域模式模拟的未来高温事件变化,结果表明:未来华北地区D_(T35)和平原地区D_(H135)均有较大增加。未来华北地区的连续干旱日数(CDD)将增加,依照UNEP(United Nations Environment Programme)干旱指数(A_(U))给出的气候湿润区将有较大幅度减少,而半湿润半干旱区和半干旱区面积将增加。     

Simulating future Caspian sea level changes using regional climate model outputs

We report on simulations of present-day climate (1961–1990) and future climate conditions (2071–2100, Special Report on Emissions Scenario A2) over the Caspian sea basin with a regional climate model (RCM) nested in time-slice general circulation model (GCM) simulations. We also calculate changes (A2 scenario minus present-day) in Caspian sea level (CSL) in response to changes in the simulated hydrologic budget of the basin. For the present-day run, both the GCM and RCM show a good performance in reproducing the water budget of the basin and the magnitude of multi-decadal changes in CSL. Compared to present-day climate, in the A2 scenario experiment we find an increase in cold season precipitation and an increase in temperature and evaporation, both over land and over the Caspian sea. We also find a large decrease of CSL in the A2 scenario run compared to the present-day run. This is due to increased evaporation loss from the basin (particularly over the sea) exceeding increased cold season precipitation over the basin. Our results suggest that the CSL might undergo large changes under future climate change, leading to potentially devastating consequences for the economy and environment of the region.