全球变暖2℃情景下中国平均气候和极端气候事件变化预估

使用一个区域气候模式(RegCM3)在IPCC SRES A1B温室气体排放情景下对东亚地区进行的高分辨率数值模拟试验数据,就备受关注的相对于工业化革命前期全球变暖2℃阈值情景下中国平均气候和极端气候事件变化进行了预估研究.结果表明,届时中国年平均温度普遍上升而且幅度要高于同期全球平均值约0.6℃,增温总体上由南向北加强并在青藏高原地区有所放大,各季节变暖幅度相似但空间分布有一定差别;年平均降水相对于1986～2005年平均增加5.2%,季节降水增加4.2%～8.5%,除冬季降水在北方增加而在南方减少之外,年和其他季节平均降水主要表现为在中国西部和东南部增加而在两区域之间减少.极端暖性温度事件普遍增加,而极端冷性温度事件减少;中国区域年平均的连续5天最大降水量、降水强度、极端降水贡献率和大雨日数分别增加5.1mm,0.28mmd-1,6.6%和0.4d,而持续干期减少0.5d,其中大雨日数和持续干期变化存在较大的空间变率.     

利用PRECIS分析SRES B2情景下中国区域的气候变化响应

利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS单向嵌套该中心全球海-气耦合气候模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3P, 分析PRECIS对中国区域当代气候的模拟能力和SRES B2情景下2071~2100时段(2080s)相对于气候基准时段(1961~1990年)中国区域的气候变化响应. 气候基准时段的模拟结果与观测资料的对比分析表明: PRECIS能够很好地模拟中国区域地面气温的局地分布特征; 总体上讲, PRECIS对中国北方地区降水的模拟效果优于南方地区, 模拟的冬季降水型态分布较好, 而夏季降水对地形比较敏感, 东南沿海地区降水的模拟值偏低. 对SRES B2情景下相对于气候基准时段的气候变化响应分析表明: 2080s中国北方地区增温幅度明显大于南方, 西北和东北地区尤为显著, 其夏季平均气温增幅可达5℃以上; 中国大部分地区降水量呈增加趋势; 冬季华南地区降水量明显减少; 夏季东北和华北地区气温增幅大而降水量减少明显, 而长江以南地区降水量显著增加.     

温室气体浓度增加情景下全球海洋变化主要特征分析

在最新的温室气体排放情景下, 利用基于德国Max-Planck气象研究所为政府间气候变化委员会(The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第四次评估报告而最新发展的气候模式(ECHAM5/MPI-OM1), 对三种不同的温室气体排放假设(B1, A1B, A2)进行了数值模拟. 在此基础上, 着重就全球海洋表层温盐结构、温盐环流和北极海冰的变化对模拟结果进行了深入分析. 研究揭示, 到21世纪末, 在三种CO2排放情景下全球平均海表温度分别上升2.5℃, 3.5℃, 4.0℃, 尤以北极地区升温最为显著, 达10.0℃以上; 全球海洋表面淡水通量变化的最大负值区位于副热带地区, 热带东太平洋降雨显著增加. 温盐环流(THC)在所研究的三种排放情景下均减弱, 减弱量值分别达20%, 25%和25.1%, 北半球海冰覆盖面积在A1B情况下减少达50%左右.     

青藏高原气候变暖是温室气体排放加剧结果的新证据

过去数十年间青藏高原气候变暖已经被许多研究所证实, 但迄今为止还缺少能将其与人类活动联系在一起的证据. 通过对历史观测资料的分析, 本文发现高原气候变暖的同时伴随有显著的气温日较差的减小. 另外, 欧洲中期数值预报中心的高空再分析资料还表明高原上空对流层顶附近也有明显的气温上升趋势, 而平流层低层则是变冷的趋势. 这些特征在两个参与国际间气候变化委员会第四次气候变化评估的耦合气候模式的20世纪CO₂浓度情景试验中成功再现, 而两个模式的工业化前情景试验中都没有这样的特征. 这意味着最近数十年青藏高原的气候变暖很可能主要是由与人类活动有关的温室气体排放加剧所引起, 并且温室气体排放加剧对青藏高原气候变化的影响可能比全球其他地区更显著.     

全球1.5和2℃温升时的气温和降水变化预估

基于新一代全球气候模式比较计划(CMIP5)的结果,评估了全球近地面气温和降水在不同温升时,主要包括1.5和2℃温升时的响应特征.多模式集合平均结果显示,RCP2.6,RCP4.5,RCP6.0和RCP8.5情景下,全球平均气温相对于工业化前升温1.5℃的时间出现在2036,2028,2033和2025年,升温2℃的时间在后3个情景为2049,2056和2039年,而RCP2.6情景在2100年前没有达到2℃温升(尽管有些单个的模式试验可以达到).全球平均气温到达不同温升的时间主要与不同排放路径上达到的辐射强迫和排放浓度有关.不同情景达到1.5℃(2℃)温升时的辐射强迫和CO_2当量浓度值相近,分别为2.9~3.0 W/m~2~(3.7~3.9 W/m~2)以及450.6~454.1 ppm(523.0~539.1 ppm).因此,基于不同组合的排放路径选择决定了温升阈值出现的时间,1.5℃温升目标的实现可能需要开发更低的排放路径组合.利用气候敏感度为指标对不同模式间差异的分析表明,一般而言,瞬时气候响应高(偏暖)的模式到达1.5和2℃温升的时间早,瞬时气候响应低(偏冷)的模式到达的时间晚,但其他因子也可能影响到达某个特定温升的时间.进一步对多模式集合的空间分布的研究显示,在达到同一温升值时,不同情景驱动下的全球气温和降水变化的分布基本不存在差异,说明在全球和区域尺度上,气温和降水的响应特征和高低排放情景的定义(基于2100年的辐射强迫)基本无关.由此对RCP8.5情景下每升温0.5℃的模式结果分析表明,随着排放和辐射强迫的增加,全球气温和降水基本呈现出高纬温度增幅大于低纬、陆地增温大于海洋、湿润的地方降水增多、干旱的地方降水减少等未来气候变暖的普遍特征.气温每增加0.5℃的区域响应特征基本不存在差异.这说明,在全球和区域尺度上,这些变化基本都是线性的.     

北方蒸散对气候变暖响应随降水类型转换特征

地表蒸散量是对全球气候变暖响应最显著的水分循环分量,但以往不同研究得出的气候变暖背景下各地地表蒸散量的变化趋势差异很大,有时甚至表现出相反的趋势.然而,对于地表蒸散对气候变暖响应的差异性具有怎样的规律以及是何原因造成了这种差异至今也并不完全清楚.为此,在对中国北方地区的蒸散量格点资料(FLUXNET)和全球陆面同化资料(GLDAS)进行观测试验验证的基础上,利用可靠性相对较高的蒸散量格点资料及以往研究常用的CRU和ERA-Interim气候格点资料,分析了我国北方不同降水气候空间类型时地表蒸散量对气温增加的响应特征.分析发现:地表蒸散量对气温升高的响应程度随降水气候类型不同变化比较明显,地表蒸散量的增温倾向率表现出随降水气候类型变化的显著转换特征.降水量在200~400 mm的气候区间时,正好是倾向率发生转折的气候敏感区间;在更湿润气候类型时,气候越湿润,地表蒸散量随气温升高增加的就越明显;而在更干燥气候类型时,气候越干燥,地表蒸散量反而随气温升高减少的越明显.地表蒸散量对气候变暖的这种响应特征在全球其他气候过渡比较明显的典型地区也有不同程度的表现.同时,就地表蒸散量对气候变暖的响应机制而言,主要有气温升高直接引起的潜在蒸散力增加与气温升高通过蒸散过程造成的土壤水分损失再反过来间接抑制蒸散这两个作用过程.前者在湿润地区起主导作用,导致蒸散增强;而后者在干燥地区主导作用,导致蒸散减弱.该研究结论对地表蒸散的气候变化响应特征有新认识,对改进全球水资源评估方法和干旱监测技术具有重要科学参考意义.     

RegCM4.0对一个全球模式20世纪气候变化试验的中国区域降尺度:温室气体和自然变率的贡献

近几十年来,中国区域气候经历了以变暖和东部降水呈现"南涝北旱"分布特征为主的变化.这里基于一个区域气候模式(Reg CM4.0)历史模拟和归因试验的对比,探讨了温室气体排放和自然变率分别对上述特征形成及各大水文流域气候变化成因的可能贡献.试验中Reg CM4.0的分辨率取为50 km,积分时间为1961~2005年,两个试验的驱动场分别来自于BCC_CSM1.1全球气候模式的历史试验和归因试验结果.分析结果表明,1961~2005年观测中出现的气候变暖现象,在所有流域均主要是由于人为温室气体排放引起的,在大部分流域自然变率亦有所贡献,中国区域平均的变暖中,人为温室气体排放所产生的作用达到80%.中国东部降水的"南涝北旱"分布变化,则可能主要是自然变率起了主导作用,人为温室气体排放在一定程度上减弱了这种变化的强度;中国西北地区的降水增加,可能主要源于人为温室气体排放的贡献,自然变率的作用与其相反,是导致降水减少的.同时指出,分析结果中关于气温的结论相对可靠性较高,降水的结论尚存在较大不确定性,未来需开展进一步的深入研究.     

RegCM3对21世纪中国区域气候变化的高分辨率模拟

使用RegCM3区域气候模式,单向嵌套日本CCSR/NIES/FRCGC的MIROC3.2_hires全球模式输出结果,对中国及东亚地区进行了1951~2100年,在IPCCSRESA1B温室气体排放情景下,水平分辨率为25km的连续气候变化模拟试验.首先分析了区域模式对当代气候的模拟能力,结果表明,模式可较好地再现中国地区地面气温和降水的空间分布及数值.对未来21世纪中期和末期气候变化的模拟表明,未来平均气温将明显升高,且随时间推移,气温升高幅度增大,升温高值区集中在高纬度和高海拔(青藏高原)地区.21世纪中期,冬季降水除青藏高原外以增加为主,夏季降水在中国西部西北地区增加、青藏高原减少;东部地区降水变化呈正负相间的分布.21世纪末期,降水变化分布除个别地方外,和21世纪中期一致,但变化幅度增大.此外,将此模拟结果与以往RegCM3在另一个全球模式驱动下的结果进行了对比,以了解中国地区气候变化预估中的不确定性.     

“双碳”目标对我国未来空气污染和气候变化的影响评估

近期,我国提出实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标和时间节点,未来我国空气污染和气候变化的发展趋势备受关注.本研究利用区域气候-化学-生态耦合模型Reg CM-Chem-YIBs,基于代表性浓度途径气候情景RCP4.5,使用中国未来排放动态预测模型（Dynamic Projection model for Emissions in China,DPEC）2030年排放数据,模拟预测了考虑实现“双碳”目标的情景下,未来区域减排政策和全球气候变化对我国空气污染与气候变化的影响.研究表明,相对于2015年,在未来区域减排政策和全球气候变化的共同作用下,2030年中国地区细颗粒物(PM_2.5)、臭氧（O₃）、二氧化碳（CO₂）平均浓度相对2015年分别下降了36.8、19.8μg m^-3和1.9 ppm(1 ppm=1μL L^-1).我国南方地区的气温将有明显升高,升高幅度在0.5～1.5 K之间,降水和云量分别减少了1～2 mm d^-1和3%～6%;北方地区气温有所...     

21世纪未来气候变化情景(B2)下我国生态系统的脆弱性研究

使用国际政府间气候变化专门委员会(IPCC)《情景排放特别报告》(SRES)所设定的社会经济发展情景中B2情景下的未来气候变化数据, 应用大气-植被相互作用模型(AVIM2), 对21世纪中国生态系统的状况进行模拟; 在已建立的生态系统脆弱性评价指标体系和评价模型的基础上, 对中国21世纪自然生态系统在气候变化背景下的脆弱性进行了评价. 结果显示中国未来气候变化将对生态系统存在着较为严重的影响, 并将随时间的推移有趋于严重的趋势; 受气候变化影响严重的地区是生态系统本底比较脆弱的地区, 但部分生态系统本底较好的地区也将受到严重的影响; 极端气候的发生将对生态系统产生巨大的影响; 开放灌丛和荒漠草原是受影响最为严重的类型, 极端气候事件的发生则将严重影响到落叶阔叶林、有林草地和常绿针叶林; 气候变化的影响不都是负面影响, 近期的变化对寒冷的地区也可能有利, 但从中、远期的情况看, 气候变化对生态系统的负面影响巨大.     

纵向岭谷区地表径流对气候变化的敏感性分析:以长江上游龙川江流域为例

由于受印度洋强势季风系统及当地复杂地形的影响,中国西南纵向岭谷区过去50年的气候变化显现出与中国南方其他地区不同步的变化趋势．为研究西南纵向岭谷区地表径流对气候变化的响应,以龙川江流域为例和研究区1960-2001年气候因子-径流关系为背景,在综合考虑全球环流模型(GCMs)预测结果及区域气候变化历史趋势的基础上,通过建立人工神经网络模型对气温变化-1,0,1,2和3℃以及降水变化0％, 10％和 20％共25个气候情景下的气候变化-地表径流响应关系进行了分析．结果表明,尽管总体上降水与径流呈非线性正相关关系,气温与径流呈负相关关系,但径流的年和季节的具体变化却取决于气温和降水变化的组合．冬春季的地表径流的趋势更多的受气温变化的影响,夏秋季则基本与降水变化的趋势一致(径流响应高于降水变化)．若如GCMs所预测,暖冬和湿润夏季为今后气候变化的趋势的话,岭谷区将面临更加严重的干旱和洪涝灾害．     

气候变暖及其对我国的社会影响

气温升高是20世纪以来我国气候变化过程中最主要的气候特征.气候变暖的产生取决于自然因素和人为因素,特别是大气温室气体的变化所引起的气候变暖(气温升高).气候变暖导致了降水、水资源的重新分配、生态环境的恶化以及人类生活条件等等一系列的改变.     

气候警钟长鸣

自20世纪中期以来,全球气候变暖的趋势非但没有被遏制,反而还在加快。据美国科学家测录,20世纪80年代全球平均气温超过标准值(1950～1980年地球气温的平均值)0.26℃,90年代则超标准0.4℃,21世纪头3年平均气温更超标准0.55℃。炎热、干旱已成为当今气候的主旋律。欧洲历来夏季凉爽,气温宜人,近几年却接     

气候变化下东北春玉米品种熟型分布格局及其气候生产潜力

利用1971～2000年东北三省101个气象站逐日气象资料以及国家气候中心发布的未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(RegCM3)模拟的东北地区1951～2100年0.25°×0.25°格点气象资料,结合东北玉米生长发育对气候条件的需求,分析了气候变化下东北三省农业气候资源的变化趋势以及气候变化对东北三省玉米品种熟型布局、玉米气候生产潜力的影响,并通过调整播种期来寻求提高玉米气候生产潜力的有效途径.农业气候资源要素包括:≥10℃初日、初霜日、生育期日数、≥10℃活动积温、生育期内总辐射及降水量.结果表明:(1)气候变化使未来100年东北地区≥10℃初日逐渐提前、初霜日延后、生育期日数延长、≥10℃活动积温显著增多、生育期内总辐射有所增加、降水变化不明显.(2)气候变化使东北地区适宜种植的玉米品种熟型由早熟型向晚熟型过渡,不同品种的种植界限不断北移东扩.(3)气候变化使东北玉米气候生产潜力发生了显著变化,其高值区将逐渐向东北方向移动.(4)适当的调整播种期是一种提高玉米气候生产潜力的有效途径.     

全球变暖背景下中国旱涝气候灾害的演变特征及趋势*

旱涝气候灾害是中国最严重的自然灾害之一,它不仅分布广、发生频率高,而且造成巨大的经济损失。研究表明：随着全球变暖中国旱涝气候灾害的年际和年代际变化更加明显,这是由于包括海陆气各圈层相互作用的东亚季风气候系统的变异所造成。笔者利用IPCC AR4 22个海陆气耦合气候数值模式的计算结果对在A1B排放情景下21世纪各时期东亚夏季风降水的变化趋势进行预估,结果表明：在全球变暖背景下东亚夏季风降水在21世纪不仅年际变率增强,而且从21世纪中期亚洲夏季风增强,它将引起中国华北和华南地区夏季降水明显变强,洪涝灾害增多。     

东亚35 kaBP气候模拟及变化机制探讨

预测全球变暖下的东亚气候变化, 由于难以对未来气候进行验证, 古气候模拟便是一个重要的途径. 而古气候模拟是否具有现实性, 须经过区域性地质资料的检验. 中国大部分地区显示了35000 ± 3000 aBP具有间冰阶暖湿气候特征, 是一个能够为未来温室效应引起气候变化提供历史参照的重要气候期; 同时由于中国积累了大量MSI3阶段晚期的地质研究成果, 为检验35 ka气候模拟提供了不可多得的历史标尺. 文中采用不同强迫因子对35 ka典型阶段进行气候模拟试验, 并采用地质资料验证模拟输出, 从而充实了模拟试验的边界条件, 使古气候模拟更逼近现实. 模拟结果显示35 ka东亚地区中低纬度温度增加和降水带北移, 同时模拟了高纬温度降低和水汽南北输移加强的气候特征. 35 kaBP距离北半球发展到LGM (21 kaBP)盛冰期气候仅万余年时间, 这些模拟也为认识全球变暖的极限、气候自然发展的趋势提供了科学依据.     

中国气候干湿变化及气候带边界演变:以集成土壤湿度为指标

依据观测气象资料驱动的陆面模式模拟土壤湿度,比较评估了25个全球耦合气候模式的模拟土壤湿度,选择其均值和趋势与陆面模式模拟均呈正相关的11个数据集.采用多模式权重平均法集成了中国区域两种气候情景1900～2099年的土壤湿度.以集成土壤湿度为指标,分析中国区域199年气候干湿变化的时空特征,区划干湿气候带,分析干湿区边界的演变特征.结果表明总体上典型干旱区土壤湿度呈增加趋势,湿润区变化不显著,干湿过渡带土壤湿度变化最剧烈,呈显著干旱化趋势.干湿气候带边界线演变表明半干旱区扩张,半湿润区收缩是两种情景下我国干湿气候带演变的典型特征.其中20世纪30°N以北的半干旱区面积与1970～1999年平均半干旱区面积比较扩大了11.5%,即使考虑湿润区向半湿润区的转变,与1970～1999年平均面积相比,半湿润区面积缩小也达9.8%.21世纪A1B情景下干湿区界线的变化保持了同样的趋势,但强度明显大于20世纪.因此未来干旱化扩张影响下的区域生态环境变化和人类适应问题需要深入关注.     

全球气候变暖及其战略对策研究

从前二年开始,国内外学术界围绕全球变暖问题展开了激烈的论争,争议的问题涉及全球气候是否在变暖?温室气体(如二氧化碳、甲烷等)的人为排放是否会使大气中温室气体浓度增加?温室气体浓度增加是否会导致全球气候变暖?目前用什么手段来预测未来的气候变化?预测未来全球气候变暖的程度如何?     

全球气候模式中气候变化预测预估的不确定性

人类活动造成的以全球变暖为主要特征的气候变化对生态系统和人类社会造成严重的影响。全球气候模式正日益成为研究当前气候特征和现象、了解过去气候演变规律及预估未来气侯变化不可替代的、最具潜力的工具。气候模式已被广泛运用于全球和区域未来气候变化的研究中。未来情景的不确定性、气候系统内部的自然变率的不确定性和表征气候过程的不确定性是造成气候预测预估不确定性的主要来源,而概率分布是一个很好地表示气候变化预测不确定性的方式。介绍了贝叶斯多模式推断方法来描述气候变化预估不确定性的理论框架,并以中国区域为例,利用IPCC-AR5的气候模式数据,通过贝叶斯多模式推理方法预估未来中国区域的南北方两个典型流域(海河和珠江流域)未来气候变化情况。结果表明:中国区域都将呈现出变暖的趋势,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,温度变化趋势分别为0.91±0.30°C/100a、2.41±0.77°C/100a、6.08±1.01°C/100a;降水也呈现出增加的趋势,三种情景下的趋势分别为(5.58±2.96)%/100a、(10.30±4.30)%/100a和(15.90±6.68)%/100a;中国海河流域的年降水量在2020s和2040s都将出现增加的趋势,珠江流域则在2020s略有降低,2040s开始增加。并且在2020s和2040s发生干旱和极端暴雨等极端降水事件的概率同时增加。     

区域环境集成模拟系统RIEMS2.0对中国多年降水和气温模拟能力分析

区域环境集成模拟系统RIEMS2.0(regional integrated environment modeling system version 2.0)是由中国科学院大气物理研究所东亚区域气候环境重点实验室在RIEMS1.0基础上开发的区域气候模式. 为了检验RIEMS2.0对长期气候及其变化的模拟能力, 比较1980～2007年共28 a降水和气温观测资料和模拟结果 (连续积分时间1979年1月1日至2007年12月31日), 并对比不同积云参数化方案对模拟结果的影响, 为模式的调试和应用提供依据. 全年降水和气温模拟结果表明RIEMS2.0能模拟出多年平均气候态降水和气温分布, 但是模拟的中心雨带偏强偏北、气温偏低; 模式能揭示不同子区域降水和气温的年变化和年际变化; 模拟的夏季气温偏差小于冬季, 除了冬季江淮和江南区外模式高估了其他子区域降水; 模式对半干旱区降水和气温模拟偏差较大; 模式能很好地模拟降水和气温距平分布; 不同积云参数化方案模拟的降水和气温分布基本一致, 但强度和分布有差别. 因此, RIEMS2.0对多年平均气候态及气候变化表现出较强的模拟能力, 并具有较好的稳定性.