10个CMIP5模式预估中亚地区未来50 a降水时空变化特征

利用CRU月降水资料首先对参与IPCC第五次评估报告（IPCC AR5）的10个CMIP5模式对1951-2005年中亚地区年降水气候平均态、年际变率以及线性趋势等特征参数的模拟能力进行了系统评估,并选取具有较好模拟性能模式的未来预估试验结果作多模式集合平均预估未来50 a（2011-2060年）中亚地区在不同代表性浓度路径下降水量各特征参数的空间分布特征,结果表明：多数模式能够模拟出中亚地区年降水气候平均态、年际变率以及线性趋势的空间分布特征,同时发现中亚地区年降水量在过去50 a整体以轻微增加为主,趋势不显著。根据定量评估结果,从10个模式中选取4个具有较好模拟性能的模式结果做集合平均,同时利用历史回报试验数据进行检验,发现集合平均的模拟结果无论在量级还是高、低值中心的位置和范围与CRU资料非常接近。未来预估结果表明4种排放情景下4模式集合平均的中亚年降水在未来50 a增加较为明显,尤其在中国新疆南部（由低值区转变为高值区）。总体来看,未来50 a中亚降水增加趋势随着RCPs的增加而增加,且降水增加显著的区域随着RCPs的增加而明显增大。     

基于CMIP6的西南暴雨洪涝灾害风险未来预估

为预估全球变暖背景下中国西南地区未来暴雨洪涝灾害风险的变化特征,研究挑选5个CMIP6模式和5个极端降水指数,结合地形因子、社会经济数据和耕地面积百分比,构建暴雨洪涝灾害风险评估模型,对西南暴雨洪涝灾害风险进行基准期(1995—2014年)评估、未来两个时期(2021—2040年,2041—2060年)3种情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP5-8.5)下的预估和对比分析。结果表明：EC-Earth3, EC-Earth3-Veg两个单模式对5个极端降水指数的模拟效果较好,不等权重集合(UEWA-5)的效果整体优于等权重集合(EWA-5)。西南地区5个极端降水指数的高值区位于云南西部、广西东北部以及四川盆地西缘,社会脆弱性和辐射强迫越高,极端降水指数平均值和最大值越大; 从基准期到未来两个时期,5个极端降水指数均呈增大趋势。未来暴雨洪涝灾害的中高风险区和高风险区主要分布在四川成都市、重庆中心和四川盆地西部、云南昆明市、广西中南部和桂林市等局部较发达地区; 未来两个时期SSP2-4.5情景下的中高风险区和高风险区面积最大; 从基准期到未来远期,中高风险区和高风险区面积将随着时间增长而增加。     

CMIP3模式对未来50a欧亚大陆雪水当量的预估

为研究预估未来50a欧亚大陆雪水当量,基于遥感数据,用误差百分率、空间相关和误差标准差等统计方法,评估了14个CMIP3模式在20C3M的雪水当量产品,诊断各模式对欧亚大陆雪水当量的模拟能力,在此基础上对模拟效果较好的10个模式产品进行多模式集合,分析了A2和B1情景下2002—2060年欧亚大陆雪水当量的变化．结果表...     

Projected Changes in Asian Summer Monsoon in RCP Scenarios of CMIP5

Responses of the Asian Summer Monsoon （ASM） in future projections have been studied based on two core future projections of phase five of the Coupled Model Intercomparison Project （CMIP5） coordinated experiments with the IAP-coupled model FGOALS s2 （the Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System Model）. The projected changes of the ASM in climatological mean and interannual variability were respectively reported. Both the South Asian Summer Monsoon （SASM） and the East Asian Summer Monsoon （EASM） were intensified in their climatology, featuring increased monsoon precipitation and an enhanced monsoon lower-level westerly jet flow. Accordingly, the amplitude of the annual cycle of rainfall over East Asia （EA） is enhanced, thereby indicating a more abrupt monsoon onset. After the EA monsoon onset, the EASM marched farther northward in the future scenarios than in the historical runs. In the interannual variability, the leading pattern of the EASM, defined by the first multi-variable EOF analysis over EA, explains more of the total variances in the warmest future scenario, specifically, Representative Concentration Pathway （RCP8.5）. Also, the correlation coefficients analysis suggests that the relationship between the EASM interannual variations and ENSO was significantly strengthened in the future projections, which may indicate improved predictability of the EASM interannual variations.     

CMIP5全球气候模式对中国上空空气静稳日数模拟能力评估

空气静稳日数变化与污染物浓度变化密切相关,评估气候模式对空气静稳日数的模拟能力是进行未来预估的基础.本文利用15个CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project phase 5）全球模式的模拟结果与观测数据,分别计算了1961-2005年逐年中国上空空气静稳日数,并利用统计方法分析了中国上空空气静稳日数的标准差、相对均方根误差、区域平均的时间序列、趋势分布和EOF（Empirical Orthogonal Function）主要模态变化特征,评估了CMIP5模式对中国上空空气静稳日数的模拟能力.结果表明：多模式集合平均结果可以模拟出空气静稳日数由沿海向内陆逐渐增加的分布特征,单个模式对空气静稳日数空间分布的模拟能力相差较大.多模式集合平均可以较好地再现夏、冬季的空气静稳日数.15个模式中,CanESM2和IPSL-CM5B-LR对中国大部分区域的模拟效果较好,多模式集合平均的模拟能力优于单个模式.与观测相比,多模式集合平均的1961-2005年空气静稳日数年际变化波动较小,多数区域的多模式集合平均的空气静稳日数高于观测值.对于逐年的冬季空气静稳日数,大多数区域的多模式集合平均存在高估.在中国东部和新疆大部,多模式集合平均可以较好的模拟出空气静稳日数变化趋势的空间分布特征,但是数值偏小.多模式集合平均也能较好的模拟出空气静稳日数的EOF1和EOF2特征向量分布型,但对前三个EOF的时间系数序列模拟能力差.

     

Future Changes in the Relationship Between the South and East Asian Summer Monsoons in CMIP6 Models

The future changes in the relationship between the South Asian summer monsoon (SASM) and the East Asian summer monsoon (EASM) are investigated by using the high-emissions Shared Socioeconomic Pathway 5-8.5 (SSP5- 8.5) experiments from 26 coupled models that participated in the phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). Six models, selected based on their best performance in simulating the upper- and lower-level pathways related to the SASM-EASM teleconnection in the historical run, can capture the positive relationship between the SASM and the rainfall over northern China. In the future scenario, the upper-level teleconnection wave pattern connecting the SASM and the EASM exhibits a significant weakening trend, due to the rainfall anomalies decrease over the northern Indian Peninsula in the future. At the lower level, the western North Pacific anticyclone is projected to strengthen in the warming climate. The positive (negative) rainfall anomalies associated with positive (negative) SASM rainfall anomalies are anticipated to extend southward from northern China to the Yangtze-Huai River valley, the Korea Peninsula, and southern Japan. The connection in the lower-level pathway may be strengthened in the future.     

IPCC AR4多模式对中国地区未来40 a雪水当量的预估

通过评估参加CMIP3计划的22 个GCM在20 世纪气候情景(20C3M)下中国地区雪水当量模拟能力的检验, 挑选出模拟能力较好的模式, 通过多模式集合方法, 对SEARS的模拟结果进行集合, 预估未来40 a雪水当量在中国地区的时空变化特征.结果表明: 在A1B情景下和B1情景下, 中国地区未来40 a雪水当量年际变化均呈减少趋势; 在A1B和B1情景下, 青藏高原地区、 华北平原地区、 长江中游地区及东北北部地区的雪水当量均呈减少趋势, 其中在昆仑山西段帕米尔高原地区减少最为显著, 其次为喜马拉雅山区和巴颜喀拉山东段地区.在中国北部的内蒙古高原地区、 云贵高原等部分地区的雪水当量则有所增加.总体上, A1B情景下比B1情景下雪水当量的减少更为明显. 2021-2050年雪水当量在青藏高原减少显著; 对于季节变化来说, 在秋冬季积雪的累积期, 雪水当量可能增加, 尤其在10-12月, 而在积雪消融的春夏季(2-6月)有所减少.     

Poleward expansion of the hadley circulation in CMIP5 simulations

Observational analyses have demonstrated that the Hadley circulation has expanded poleward in recent decades. Important issues are what caused the widening of the Hadley circulation and whether the observed widening is related to anthropogenic forcing. In the present study, we use currently available simulations of the Coupled Model Intercomparison Project Phase-5 (CMIP5) to analyze changes in the width of the Hadley circulation. It is found that CMIP5 historical simulations with greenhouse gas (GHG) forcing generate a total widening of ～0.15o0.06o in latitude (10 yr)-1 for the period 1979--2005, and the widening in CMIP5 historical simulations with all forcings is ～0.17o0.06o per decade. Similar to that in CMIP3, the simulated poleward expansion in CMIP5 is much weaker than the observational reanalyses. In CMIP5 projection simulations for the 21st century, magnitudes of widening of the Hadley circulation increase with radiative forcing. For the extreme projected radiative forcing of RCP8.5, the total annual-mean widening of the Hadley circulation is ～0.27o0.04o(10 yr)-1 in the 21st century. Although CMIP5 underestimates observed poleward expansion of the Hadley circulation, the results of this study suggest that the observed trends in the width of the Hadley circulation are caused by anthropogenic forcing and that increasing GHGs play an important role in the observed poleward expansion of the Hadley circulation, in addition to other forcings emphasized in previous studies.     

BCC_CSM对全球海表温度和混合层深度的模拟评估

为了定量评估北京气候中心(BCC)发展的BCC_CSM对当代全球海表温度和混合层深度的模拟能力,以WOA09(World Ocean Atlas 2009)观测资料作为检验模式的气候态实况场,提取包括BCC_CSM在内的CMIP5中的17个海气耦合模式的模拟结果,评估BCC_CSM模拟的全球海表温度和混合层深度的气候平均态并分析造成偏差的可能原因。结果表明:BCC_CSM模拟的海表温度在北半球中高纬的误差较大,而在其余纬度的模拟性能较佳。偏差的产生主要归因于海洋环流偏差。BCC_CSM模拟的最深混合层在北半球中高纬和南半球高纬地区的误差较大,同时这些区域也是多模式模拟差异最大的区域;其模拟的最浅混合层在南半球中高纬的偏差较大。冬季大西洋经向翻转环流的模拟在北大西洋下沉的位置偏南导致北半球高纬地区海表温度偏冷。由此认为包括BCC_CSM在内的许多海气耦合模式需重点改进对南、北半球深对流海域物理过程的描述,以提高气候预测的可信度。     

欧亚大陆积雪覆盖率的模拟评估及未来情景预估

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)历史模拟试验(historical run)的模式输出结果以及遥感数据,采用相关分析、均方根误差、标准差等统计方法,评估了13个气候(或地球)系统模式对欧亚大陆积雪覆盖率的模拟能力,在此基础上,采用多模式集合平均的方法对未来不同温室气体排放情景下(rcp2.6、rcp4.5和rcp8.5)欧亚大陆积雪覆盖率的变化进行预估。结果显示:尽管各模式模拟的积雪覆盖率在高原地区与观测差异较大,但总体看来模式能够对欧亚大陆积雪覆盖率的空间形态、季节变化及年际变化特征做出较好地模拟。未来预估结果表明,多模式集合平均预估的欧亚大陆积雪覆盖率从2006年到2040年左右减少趋势非常明显,且不同排放情景下模式模拟的积雪减少速率非常接近;然而,大约从2040年之后,不同排放情景下的积雪覆盖率减小趋势的差异越来越大,rcp2.6和rcp4.5下积雪覆盖率的变化趋于平缓,而rcp8.5情景下,积雪覆盖率一直减少,冬季、春季和秋季都明显减少,减少最显著的区域位于西欧和青藏高原地区。由此可见,控制温室气体的排放对于未来欧亚大陆积雪的变化是至关重要的。