2℃全球变暖背景下青藏高原平均气候和极端气候事件变化

利用CMIP5耦合模式RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景预估结果,以1890一1900年为基准气候,确定了2℃全球变暖时间、对应时期青藏高原平均气候和极端气候事件变化幅度,多模式集合平均结果表明:RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下2℃全球变暖分别发生在2063年、2040年和2036年;对应着2℃全球变暖,三种情景下青藏高原平均气温分别升高2.99℃、3.22℃和3.28℃,均超过全球2℃的升温水平;年降水量亦增加,分别增加8.35%、7.16%和7.63%。受气温升高和降水量增多影响,RCP4.5情景下霜冻日数、冰封日数减少,暖夜日数、暖昼日数增多;RCP4.5情景下中雨日数、强降水量、降水强度均增加,持续干期天数减少。从各地平均气候和极端气候事件变化结果来看,柴达木盆地是青藏高原气候变化的敏感区。     

1961~2010年西北地区极端气候事件变化特征

利用1961~2010年西北地区131个气象站的逐日平均气温、最高和最低气温及逐日降水资料,分析了西北地区极端气候事件的变化趋势及空间分布特征。结果表明:气候变暖背景下,西北地区近50 a来气温整体呈增加趋势,极端高温事件增多,极端低温事件减少;降水量呈微弱的增加趋势,极端降水事件增多;极端高温日数分别在1982年和1996年发生转折,95%、99%极端低温日数均在1980年前后发生突变,95%、99%极端降水日数分别在2000年和1980年出现转折,这与气温和降水的变化趋势一致。极端低温日数减少的幅度大于极端高温日数增加的幅度,表明气温日较差呈减小趋势,存在非对称性增温特征。空间上,增温率大的区域其极端高温日数增加,极端低温日数显著减少;95%、99%极端降水日数增率大的区域多位于降水量倾向率较高的地区。     

青藏高原气温和降水近期、中期与长期变化的预估及其不确定性来源

采用第五次耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5）高分辨率全球统计降尺度预估数据集,针对近期（2020—2039年）、中期（2040—2059年）和长期（2080—2099年）,以及全球1.5℃和2℃温升阈值,预估了青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水的变化,定量估算了预估结果的不确定性来源。结果表明：（1）在RCP4.5和RCP8.5情景下,21世纪青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水强度均显著增加,最长连续干旱天气减少。高原气候变化幅度超全球平均,至21世纪末,模式集合预估的气候变化幅度介于全球平均的1.5~3倍。（2）青藏高原地区受0.5℃额外增温的显著影响,年均气温、极端高温和极端低温均显著升高,平均及极端强降水均显著增加。（3）排放情景的选择对近期气候预估影响小,但对长期影响大。在相同排放情景下,内部变率主导了近期高原平均气温预估的不确定性,但至长期其贡献降至10%以下。模式和内部变率的不确定性对降水预估均有贡献,且都随时间减小,最大不确定性中心位于西部和北部边缘,噪声与信号比大于6。     

不同升温情景下中国东北地区平均气候和极端气候事件变化预估

利用区域气候模式RegCM4的逐日气温和降水资料,预估1.5℃和2.0℃升温情景下,东北地区平均气候和极端气候事件的变化。结果表明：RCP4.5排放情景下,模式预计在2030年和2044年左右稳定达到1.5℃和2.0℃升温;两种升温情景下,东北地区气温、积温、生长季长度均呈增加趋势,且增幅随着升温阈值的升高而增加;1.5℃升温情景下,年平均气温增幅为1.19℃,年平均降水距平百分率增幅为5.78%,积温增加247.1℃·d,生长季长度延长7.0 d;2.0℃升温情景下气温、积温、生长季长度增幅较1.5℃升温情景下显著,但是年和四季降水普遍减少,年降水距平百分率减小1.96%。两种升温情景下,极端高温事件显著增加,极端低温事件显著减少,极端降水事件普遍增加。霜冻日数、结冰日数均呈显著减少趋势,热浪持续指数呈显著增加趋势;未来东北地区降水极端性增强,不仅单次降水过程的量级增大,极端降水过程的量级也明显增大,随着升温阈值的增大,极端降水的强度也逐渐增大。     

喀什市极端气温指数长期变化及突变特征分析

利用喀什市1961—2012年逐日最高、最低、平均气温资料,采用回归分析、R/S分析、Morlet小波分析及Mann-kendall突变检验等方法,分析了喀什市极端气温长期变化趋势、持续性、周期变化及突变特征。结果表明:喀什市年平均气温呈显著上升趋势,升温率高于全球及全国水平且主要变暖从20世纪90年代开始,较全国同期增温时间滞后;极端高温、夏季日数呈显著增加趋势,极端低温、霜冻日数呈减少趋势,经R/S分析,极端气温指数及年平均气温序列具有较好的连续性,未来喀什市气温保持升高,极端高温、夏季日数增加,极端低温、霜冻日数减少;喀什市极端气温指数在时间域上包含了多个尺度的周期变化,各类极端气温指数具有不同强度的周期变化特征;近52a极端高温日数在1995年发生突变,夏季日数、极端低温、霜冻日数的突变均发生在2001年左右。     

“一带一路”区域未来气候变化预估

利用耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)提供的18个全球气候模式的模拟结果,预估了3种典型浓度路径(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)下“一带一路”地区平均气候和极端气候的未来变化趋势。结果表明:在温室气体持续排放情景下,“一带一路”地区年平均气温在未来将会持续上升,升温幅度随温室气体浓度的增加而加大。在高温室气体排放情景(RCP8.5)下,到21世纪末期,平均气温将普遍升高5℃以上,其中北亚地区升幅最大,南亚和东南亚地区升幅最小。对于降水的变化,预估该区域大部分地区的年降水量将增加,其中西亚和北亚增加最为明显,而且在21世纪中期,RCP2.6情景下的增幅要比RCP4.5和RCP8.5情景下的偏大,而在21世纪后期,RCP8.5情景下降水的增幅比RCP2.6和RCP4.5情景下的偏大。未来极端温度也将呈升高的趋势,增温幅度高纬度地区大于低纬度地区、高排放情景大于低排放情景。而且在高纬度区域,极端低温的增暖幅度要大于极端高温的增幅。连续干旱日数在北亚和东亚总体呈现减少趋势,而在其他地区则呈增加趋势。极端强降水在“一带一路”区域总体上将增强,增强最明显的地区位于南亚、东南亚和东亚。     

新疆地区未来气候变化的区域气候模式集合预估

本文基于一套在5个全球气候模式结果驱动下,RegCM4区域气候模式对东亚25 km水平分辨率的集合预估,分析了中、高温室气体典型排放路径（RCP4.5和RCP8.5）下,21世纪不同时期新疆地区的未来气候变化。对模式当代气候模拟结果的检验表明,区域模式的模拟集合（ensR）总体上能够很好地再现当代新疆平均气温、降水和极端气温、降水分布特征。ensR预估21世纪未来新疆平均气温和降水将不断升高或增加,RCP8.5下的变化大于RCP4.5。在21世纪末期RCP8.5下,区域年平均气温和降水将分别增加4.9°C和28%（102 mm）,夏季（6～8月）的升温幅度略高于冬季（12～2月）,降水则以冬季增加为主。极端温度以及高温日数同样将不断升高,其中年日最低气温最小值的增幅总体高于年日最高气温最大值,未来新疆地区的极端冷事件将减少,高温、热浪事件将增加。由极端降水指标日最大降水量反应的强降水事件将普遍增加,连续无降水日数总体以减少为主。积雪变化存在一定区域差异,具体表现为除塔里木盆地外的普遍减少。对总径流量和表层土壤湿度的预估分析表明,二者在新疆地区均以增加为主,但水文干旱在北疆会加重。ensR各模拟间无论是在当代模拟还是未来预估中都表现出较好的一致性,但在变化的具体数量及个别情况下符号均存在一定差异。最后,综合考虑ensR对各要素的预估发现,总体而言新疆未来更趋向于“暖湿化”,但这不会改变其干旱、半干旱气候的本质,而且水文干旱频率在一些地区会增加,未来新疆的水资源状况仍不容乐观。     

针对江苏省气温和降水的高分辨率降尺度模拟及预估北大核心

本文利用WRF模式,以25 km分辨率数值模拟结果作为驱动场,对江苏省现代和未来15 a的气候进行5 km高分辨率降尺度模拟及预估。结果显示,高分辨率降尺度模拟对其驱动场具有显著的提高,降水的负偏差和气温冷偏差均有所降低,其模拟的降水与气温概率分布与观测更为接近;对于极端指数,WRF模式能够模拟出其基本分布,除连续湿润日数CWD和极端高温TXx之外,高分辨率模拟对其他指数的模拟均有显著的提升。在RCP8.5排放情景下对未来气候变化的预估表明,江苏降水在夏季以减少为主,在春季则以增加为主,全年平均降水存在减少趋势;未来0~1 mm·d^(-1)的微弱降水发生概率将增加,小雨、中到大雨以及暴雨发生的概率均降低,而暴雨强度的增强导致极端强降水R95显著增加;气温25℃以上高温发生的概率在未来有所增加,而0℃以下的低温发生概率减小,从而导致暖持续日数显著增加,而冷持续日数减小,另外,极端高温和极端低温都有显著的升高。     

不同升温阈值下中国地区极端气候事件变化预估

本文基于耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的18个全球气候模式的模拟结果,预估了全球平均气温在不同典型浓度路径(RCPs)下达到2℃、3℃和4℃阈值时,中国地区气温和降水的变化,并采用了具有稳定统计意义的27个极端气候指标定量评估了全球平均气温达到不同阈值时,中国地区极端气候事件的可能变化。结果表明,未来我国平均气温增幅将高于全球平均增暖,极端暖事件(如暖夜、暖昼、热带夜)明显增多,达到4℃阈值时,暖夜指数相比参考时段增加约49.9%。极端冷事件(如冷夜、冷昼、霜冻)减少。随全球气温升高,中国北方平均降水增多。在不同升温阈值下,中国地区降水的极端性都体现出增强的趋势,强降水事件发生频率(如中雨日数、大雨日数)和强度(如五日最大降水量、极端强降水量)都明显增加。随升温阈值的升高,这些变化幅度更大,在 RCP8.5 情景下全球升温 3℃和4℃时,中国平均五日最大降水分别增加 12.5mm和17.0mm。我国西南地区极端降水强度的增幅高于其他地区。     

未来RCPs情景下珠江流域降水特征的模拟分析

利用全球模式（BCC_CSM1.1）驱动区域模式RegCM4,模拟分析了RCP8.5和RCP4.5排放情景下未来2010—2099年珠江流域降水基本特征、强度分布和极端降水事件的变化特征。研究表明,RegCM4区域气候模式可刻画出珠江流域极端降水的特征。RCP4.5和RCP8.5排放情景下降水变化特征一致,未来不同时段（2020s、2050s和2080s）珠江流域的年平均降水量减少,春季和冬季减少,夏季和秋季增加,而且年平均和四季的降水频率均减少,强度增加（春季除外）。降水基本特征的变化导致降水强度分布改变,春季除外,不同时段的年和四季的降水极值（降水90th和95th分位值）的年平均值均增加,增幅最大为秋季,表明未来时段极端降水强度增加。未来不同时段珠江流域的年最大日降水量的5年重现期值在柳江流域、红水河、桂江流域和珠江三角洲（珠三角）地区增加,增幅30%~45%。RCP8.5排放情景下,未来2080s时段珠三角地区的年最大日降水量5年重现期值相当于现在时段8~10年的重现值,50年值相当于现在时段100年的重现期值,表明未来这些地区的极端降水事件发生频率增加。      

RCPs情景下珠江流域气候变化预估分析

针对珠江流域,分析了在全球气候模式（BCC_CSM1.1）驱动下,区域气候模式RegCM4进行的中国区域气候变化模拟中,珠江流域在RCP4.5和RCP8.5温室气体排放情景下,未来2010—2099年的气候变化。结果表明,RegCM4对珠江流域气候特征具有很强的模拟能力。未来RCPS情景下珠江流域气温将持续增大。与参照时段（1980—1999年）相比,RCP4.5和RCP8.5情景下的年平均温度在2020s分别增加0.7 ℃和0.8 ℃,2050s分别增加1.0 ℃和1.6 ℃,2080s分别增加1.6 ℃和2.9 ℃。而未来年降水并未表现出显著的变化趋势,但不同情景、不同地区预估的降水呈现不同的变化趋势。RCP4.5情景下,流域降水2020s将减少4.3%,2050s和2080s将分别增加0.7%和0.1%;RCP8.5情景下,未来不同时段流域降水均呈减少趋势,2020s、2050s和2080s分别减少1.7%、2.9%和0.2%,表明降水预估具有更大的不确定性。两种排放情景下未来降水在东南沿海增加、西北部减少,变化率为±8%。此外,两种排放情景下未来珠江流域的日平均温度统计特征发生改变,揭示未来高温事件可能增加,同时,大雨级别以上的降水发生频率增加,可能导致洪涝事件增加。      

1955—2014年杭州极端气温和降水指数变化特征

根据杭州市1955—2014年降水量、气温逐日资料,采用国际通用的极端天气指数和线性倾向估计、M-K检验等方法,分析了杭州市近60 a极端气温和降水的变化特征。结果表明：1）杭州市近60 a的气温呈一致升高趋势,且变化显著,表现为极端高温阈值和极端低温阈值的升高及极端高温日数的增多;极端冷事件显著减少,暖事件显著增多。2）极端降水指数中只有强降水量的增加较明显,主要贡献为夏季和冬季强降水量的增强。3）冬季平均气温、极端低温阈值、霜冻日数等极端冷事件的突变发生于20世纪80年代初中期,夏季平均气温、极端高温阈值、高温日数等极端暖事件的突变发生于20世纪末21世纪初,与全国范围内的气候增暖进程基本一致。另外,降水强度、极端降水阈值等极端降水指数的突变时间在2008年左右,即2008年后气温升高和降水强度的增加突变期叠加,尤其在夏季和冬季表现更突出,可能诱发更多的异常天气。     

未来气候情景下中国东部极端降水和气温的危险性特征

基于BCC-CSM11模式降尺度预估结果,通过构建极端天气气候事件的危险性指数,考察和分析了中国东部极端降水和气温未来气候情景下可能的变化趋势和危险性分布格局。结果表明: 1）在中等排放情景（RCP4.5）下,近期（2021—2050年）极端降水和极端高温危险性呈现增强趋势,危险性指数增幅分别约为2%和10%,而极端低温危险性则呈减弱趋势,危险性指数降幅约为4%。21世纪末期（2070—2099年）,极端降水和气温危险性均基本保持现有水平,未有明显趋势。在高等排放情景（RCP8.5）下,极端降水和极端高温危险性将持续增强,至21世纪末危险性指数增幅分别约为5%和60%;极端低温危险性持续减弱,危险性指数降幅约为5%。2）在未来气候情景下,中国东部极端高温的危险性以全域持续增强为主要特征,特别是西南地区、长江以南地区和东南沿海危险性增强最为显著。至21世纪末,在高排放情景下的危险性指数增幅为30%—60%。极端降水危险性在黄河上游、长江上游和下游以及东北地区中南部等地区呈增强趋势,危险性指数增幅为3%—5%。极端低温危险性全域呈减弱趋势,至21世纪末期高等排放情景下的危险性指数最高降幅为7%—9%。     

RegCM4对华北区域21世纪气候变化预估研究

利用国家气候中心完成的RegCM4区域气候模式在RCP4.5和RCP8.5两种排放路径下的气候变化动力降尺度试验结果,在检验模式对基准期(1986—2005年)气温和降水模拟能力基础上,进行华北区域21世纪气候变化预估分析。结果表明:RegCM4对华北区域基准期气温和降水的模拟能力较好。未来21世纪,两种情景下华北区域气温、降水、持续干期(consecutive dry days, CDD)和强降水量(R95p)变化逐渐增大,但变化幅度在高排放的RCP8.5情景下更为显著,其中近期(2021—2035年)、中期(2046—2065年)、远期(2080—2098年)RCP8.5情景下年平均气温分别升高1.77、3.44、5.82℃,年平均降水分别增加8.1%、14%、19.3%,CDD分别减少3、3、12 d, R95p分别增加30.8%、41.9%、69.8%。空间上,未来21世纪华北区域内年、冬季、夏季平均气温将一致升高,夏季升温幅度最大;年、冬季、夏季平均降水整体以增加为主,冬季降水增加幅度最大;CDD以减少为主,但近期和中期在山西和京津冀有所增加,而R95p以增加为主,表明21世纪华北区域干旱事件逐渐减少、极端降水事件不断增加。     

CMIP5和RegCM4.0模式对西南区域未来降水的预估

利用CMIP5全球模式数据集和RegCM4.0区域气候模式进行连续积分获得的模拟数据,对西南区域未来在RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5几种温室气体排放情景下年平均降雨、四季降水,极端降雨事件的特征及其相对历史基准期的变化进行预估。结果表明,不同RCP情景下西南区域降水都将呈持续上升趋势,3种情景下西南区域降水在2020—2050年变化特征差别较小,2050年后差别较大,RCP2.6情景下降水变化幅度最小,CMIP5和RegCM4.0模式模拟的西南区域降水变化的地理分布特征基本一致,降水的高值区都位于青藏高原东南部,横断山脉和四川中部,差异在于RegCM4.0模拟的西藏西部的降雨量级更小,而青藏高原东南部、四川中部和贵州的降雨高值区量级更大。未来近期2020—2060年和远期2061—2099年RCP4.5情景下暴雨天数显著减少的区域主要在西藏东南部(0.5~1 d),未来远期2061—2099年RCP4.5情景云南南部和贵州东部区域暴雨天数显著性增加,而RCP8.5情景下上述区域暴雨天数显著性减少。     

1957-2005年河南省降水和温度极端事件变化

利用河南省1957-2005年逐日降水,最高、最低和日平均气温资料,分析了近50 a河南省极端天气事件的变化趋势。结果表明：1957-2005年河南省暴雨日数、极端降水事件和严重干燥事件发生频率都在增加,但其线性趋势并不显著;暴雨和极端降水的变化趋势呈明显的南北差异;异常高温事件增加而异常低温事件减少,暖冬的趋势比较显著;高温日数和低温日数都显著减少,其变化趋势的空间分布具有很好的一致性。     

1957-2005年河南省降水和温度极端事件变化

 利用河南省1957-2005年逐日降水,最高、最低和日平均气温资料,分析了近50 a河南省极端天气事件的变化趋势。结果表明：1957-2005年河南省暴雨日数、极端降水事件和严重干燥事件发生频率都在增加,但其线性趋势并不显著;暴雨和极端降水的变化趋势呈明显的南北差异;异常高温事件增加而异常低温事件减少,暖冬的趋势比较显著;高温日数和低温日数都显著减少,其变化趋势的空间分布具有很好的一致性。     

CMIP5全球气候模式对贵州省极端气温的预估

利用泰勒图客观地评估了贵州省在参照时段1986—2005年8个CMIP5模式试验结果对气温的模拟能力,并采用在等权重系数条件下的集合平均结果计算了贵州省21世纪不同阶段不同情景下未来极端气温指数.研究表明：8个模式的集合平均的模拟效果能较好地模拟用于计算极端气温指数的基础数据,包括日平均气温、日最低气温和日最高气温.根据集合平均的结果,不同RCPs排放情景下21世纪贵州省相对于基准期大于25℃的高温日数（SU）、最低气温的最低值（TNN）和生长季长度（GSL）均表现为增加的趋势,而小于0℃的霜冻日数（FD）则呈现减少的趋势,排放越高,增加或减少的趋势越明显.RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下2006—2099年贵州省极端气温指数相对于1986—2005年SU、TNN、FD和GSL的变化速率分别为8.06~1.30 d／（10 a）、0.49~0.07℃／（10 a）、-4.99~-0.97 d／（10 a）和3.33~0.04 d／（10 a）.     

RegCM3 CORDEX东亚试验模拟和预估的中国夏季温度变化

按照CORDEX (COordinated Regional Downscaling Experiment) 计划试验设计要求,利用中国科学院大气物理研究所全球模式FGOALS-g2的数据驱动区域气候模式RegCM3,针对1986~2005年历史气候和2010~2065年RCP8.5排放情景下气候预估,对东亚地区进行了50 km动力降尺度模拟。首先评估了RegCM3模式及驱动模式FGOALS-g2对1986~2005年夏季中国地表气温和极端高温事件的模拟能力,然后比较了两个模式在RCP8.5排放情景下对中国夏季地表气温和极端高温事件预估的变化,重点分析了动力降尺度结果的优势。结果表明,两个模式均能合理再现夏季中国地表气温和极端高温事件的大尺度气候态特征。相对于全球模式,区域模式由于水平分辨率较高,能在刻画地表气温分布的细节上体现出优势。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的三个地表气温指标均显著升高,到21世纪中期 (2046~2065年),两个模式预估的全国平均地表气温增幅相当,气温日较差变化均较小。在FGOALS-g2模式预估中,到21世纪中期,三个地表气温指标的增幅相当,气温日较差没有明显变化,东北和青藏高原的地表气温增幅最大。在RegCM3模式预估中,到21世纪中期,中国大部分地区日最高气温 (Tmax) 增幅大于日最低气温 (Tmin) 增幅,气温日较差增加;而在青藏高原西部,Tmax的增幅较Tmin偏低,气温日较差减小。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的极端高温事件到21世纪中期也显著增加,RegCM3模式预估的极端高温事件全国平均增幅略高于FGOALS-g2模式的预估。在两个模式的预估中,日最高气温最大值 (TXx)、暖昼指数 (TX90p) 和持续暖期指数 (WSDI) 变化的空间分布特征与Tmax相似;和当代相比TX90p增加了60%以上,而WSDI增加了一倍以上。     

近56年中国极端降水事件的时空变化格局

基于中国693个地面观测站1961-2016年的逐日降水资料,全面分析了全国和各分区极端降水事件、连续性极端降水事件及其起止时间的时空分布和变化特征。结果表明,近56年,全国极端降水事件明显增多,极端降水量和极端降水日数呈增加趋势的站点占总站数的68%,且主要集中在东南沿海和西部地区。华东地区是全国极端降水量增长幅度最大的地区,增速达18. 2 mm·(10a)~(-1),西北地区的极端降水日数增速最快,每10年增加0. 37天。全国平均的连续性极端降水事件表现为不显著的增加趋势,其中仅西北地区的连续性极端降水量和降水频次的增加趋势达到0. 01显著性水平,华北和西南地区的连续性极端降水事件表现为不显著的下降趋势。全国平均的极端降水事件的开始时间和结束时间分别呈现出明显的提前和推迟趋势,西北、青藏和东北地区极端降水事件的开始时间显著提前,西北地区的结束时间显著推迟,受其影响,西北地区的极端降水事件持续期增长幅度最大达到10. 4 d·(10a)~(-1)。