中全新世暖期与未来气候变暖情景下东亚夏季降水变化相似型分析

利用中全新世暖期和21世纪末期的多模式气候模拟资料,对这两个时期东亚地区夏季降水变化相似型进行分析。结果表明,东亚地区中全新世与21世纪末气候变暖情景下的夏季降水变化分布型存在一定的相似性,尤其反映在两个关键区上:青藏高原南部降水变化均出现增多,增幅达到1.5 mm/d以上;新疆西南部降水变化均出现减少,减少幅度达到0.1 mm/d以上,且中全新世降水模拟变化结果与地质气候记录定性吻合。因此东亚地区全新世暖期夏季降水变化在一定程度上可作为未来夏季降水变化的历史相似型。     

西部干旱区未来气候变化高分辨率预估

利用高分辨率区域气候模式WRF,基于CMIP5计划中MIROC5输出结果,进行了我国高分辨率(30 km)的历史模拟及未来预估。针对我国西部干旱区,在模式验证的基础上分析了该区域未来气温和降水的变化。历史模拟结果显示WRF对我国西部干旱区有较好的模拟能力,模拟结果较MIROC5有明显改进。21世纪西部干旱区将持续增暖,末期的增温幅度明显高于中期。和全国平均相比,西部干旱区21世纪增温幅度高于全国平均水平。空间分布上,年平均气温变化的主要特征是新疆南部增温高于新疆北部,山区的增温高于盆地。气温季节变化主要表现为夏季增温集中在山区,而冬季增温则更多集中在盆地。西部干旱区降水在21世纪总体呈现减少趋势,夏季降水减少更为明显,这和全国平均的降水增加并不一致。空间分布上,降水变化的主要特征是山区降水减少,其中夏季山区降水减少十分明显,而盆地降水则略有增加。     

气候变暖背景下1961—2010年宁夏旱涝灾害空间分布特征和变化规律

利用宁夏20个气象站1961—2010年实测气象资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall非参数检验、标准化降水指数等数理分析方法,对宁夏近50年旱涝灾害时空变化特征进行分析。结果表明:①1961—2010年宁夏气候暖干化趋势明显,增温速率为0.38 ℃/10a,远高于全国和西北地区;②1961—2010年宁夏降水量波动减少且具有整体性,雨量带明显南移,干旱、半干旱区域逐年扩大。③1961—2010年宁夏旱涝灾害交替发生,干旱化趋势明显。④在旱灾方面,宁夏南部山区旱灾频率相对较低,从南向北旱灾频率逐渐上升。北部灌溉区以轻微干旱为主,严重干旱和极端干旱主要发生在中部干旱区。⑤在涝灾方面,宁夏南部山区涝灾相对较少,依然呈现由南向北涝灾频率逐渐上升的空间格局。中等以上涝灾南部山区相对较多,严重湿润和极端湿润主要发生在北部引黄灌溉区。     

IPCC A1B情景下中国西南地区气候变化的数值模拟

利用ECHAM5/MPI-OM 全球海气耦合模式模拟的当代(1986-2000 年)和IPCC A1B情景下未来(2011-2025 年)2×15a 的模拟输出格点场资料,驱动20 km高水平分辨率区域气候模式RegCM3 进行西南地区气候变化的数值模拟,主要分析未来地面温度和降水的可能变化。结果表明：①通过与32 个地面气象站观测资料和CRU资料对比分析,RegCM3 能够很好的模拟研究区基准时段地面温度和降水的局地分布特征。②A1B情景下未来西南地区年、四季平均温度均明显增加,北部温度变化幅度大于南部。③最高/最低温度一致升高,冬季最高/最低温度变化幅度大于夏季;年、秋冬季降水有所增加,冬季降水增加明显,而春夏季降水略有减少。④研究区未来春夏季温度升高、降水减少的趋势可能导致局部地区高温、干旱等极端天气的可能性增大;同时冬季降水增加,可能加重局部地区洪涝灾害的风险。     

50 a来宁夏可利用降水的时空变化及其对生态环境的影响

 利用1955—2006年宁夏气温、降水资料, 计算了水分资源各分量,并结合1982—2003年植被指数(NDVI)值,分析宁夏水分资源各分量的变化及其对生态环境的影响。结果表明:宁夏水分资源各分量时空分布极不均匀,夏季最大,冬季最小,南部较北部水分资源相对丰富;50 a来降水和可利用降水呈下降趋势,蒸发呈上升趋势,各分量大体经历了4个变化阶段;四季中秋季可利用降水的突变特征最明显,突变年在1978年,突变后各地区可利用降水明显减少,中部干旱区最明显;水分资源各分量有明显的16 a、8 a和4 a左右的周期变化。近20 a宁夏植被覆盖率整体得到提高,进一步分析表明,宁夏大部NDVI值的变化与自然环境和水分资源密切相关。     

中国旱涝格局演变(1961-2050年)及其对水资源的影响

利用中国气象局提供的483个气象站1961-2000年月降水数据以及ECHAM5/MPI-OM气候模式输出的1961-2050年月降水数据,分别计算其月SPI值,分析中国过去40年来及未来3种排放情景(A2:温室气体高排放情景;A1B:温室气体中排放情景;B1:温室气体低排放情景)下旱涝格局的演变;同时分析了8个水文站...     

基于模式优选的21世纪中国气候变化情景集合预估

未来气候变化情景预估是制定气候变化应对和适应策略的科学基础。本文利用参与耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的30个气候模式的模拟数据,通过评估各模式对历史气候变化的模拟能力,筛选出模拟区域气候变化的最优模式组合,进而建立偏最小二乘回归（PLS）集合预估模型,据此利用最优模式模拟结果预估区域温度和降水变化情景。通过与历史数据的对比,研究发现本文基于最优模式建立的PLS集合预估模型不仅优于传统的多模式集合平均,而且也优于利用全部模式建立的PLS集合预估模型,体现了模式优选过程的重要性。本文基于优选模式的PLS集合预估模型预估结果表明：① 21世纪各区域温度将持续上升,且冬半年升温速率总体大于夏半年,北方地区升温速率总体高于南方地区;RCP 4.5排放情景下温度上升先快后慢,转折点出现在21世纪中期,RCP 8.5排放情景下,呈持续增加趋势,至21世纪末的升温幅度约为RCP 4.5情景的2倍。② 21世纪各区降水变化均呈显著增加趋势,并表现出高排放情景大于低排放情景,少雨区大于多雨区的特征,但是降水增加过程伴有明显的年代际波动。对比发现,传统的等权重集合平均全部模式（EMC）方法预估的中国夏季变暖速率高于冬季,且降水基本呈线性增加,有悖于全球变暖的基本特征及中国降水具有鲜明的年代际变化特征的基本认识。因而,本文预估的温度和降水变化特征均更符合中国气候变化的基本规律。     

全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化

利用有关水文气象观测资料,对全球气候变暖情景下祁连山区黑河流域水资源的变化特征、成因及趋势进行了分析,并在此基础上提出了未来各种假定气候情景下黑河山区径流变化的计算模式。分析及计算结果表明:黑河山区水资源对全球气候变暖的响应十分明显,但受其特殊地理位置的影响,水资源的变化又有着显著的地域性特征。总体上,山区的气温和降水随全球增温均呈上升和增加的趋势,且气温上升的幅度大于全球平均水平,山区径流亦随降水量的增加而增加,但增幅随着气温升高而逐渐减小,除非遭遇到比较极端的气候情景,如气温升幅与降水减幅同时出现较大值的"暖-干"气候组合或气温降幅与降水增幅的同时出现较大值的"冷-湿"气候组合等。因此,可以预计,未来几十年里黑河山区水资源量虽随着降水、气温的变化而上下波动,但变化相对稳定,其幅度基本在目前出山径流量的±10%左右范围内。     

CMIP3气候模式对北疆气候变化模拟评估及未来情景预估

利用北疆地区1961～2000年气温、降水观测数据和CMIP3(phase 3of the CoupledModel Inter-comparison Project)提供的20个海气耦合模式在该地区的模拟结果,评估了各气候模式对北疆地区降水、气温的模拟效果。结果表明:各气候模式对气温、降水模拟效果差异较大。从对气候平均态的模拟来看,有5个模式对降水的模拟相对较好,2个模式对气温的模拟相对较好;所有模式均能模拟出气温的年内变化特征,其中MPI_ECHAM5模式结果与观测数据结果最为接近;但各模式对降水的模拟效果均较差。在月尺度上,一些模式结果与降水观测数据呈负相关性,但对于月气温,大多数模式与其相关性较好,且各模式间月气温均方根误差变化幅度相对较小。综合来看,大部分气候模式在该地区模拟能力比中国东部地区要弱;气候模式的降水数据包括多模式集合数据还不适合用于未来北疆地区降水变化预估分析。最后,采用累计分布函数法(CDF_S)仅对北疆地区2011～2050年时段的气温进行偏差校正与预估分析,结果表明未来40年北疆地区气温在三种排放情景下均呈上升趋势。     

宁夏近50 a降水集中度和集中期特征分析

 利用宁夏气象台站1961-2010年逐侯降水量序列资料,研究了表征降水量时间分配特征的降水集中度(PCD)和集中期 (PCP)的空间分布与年际变化特征。结果表明：宁夏降水PCP与PCD空间分布特征明显,中北部PCP比南部山区偏早1候,PCD自北向南逐渐减小,北部1年中最大降水出现的时间变率较大,且出现极端降水的可能性比中南部大; 1961-2010年全区PCD与PCP呈微弱的下降趋势,但近20 a PCD明显增大,PCP显著推迟;PCD与PCP显著正相关,PCP出现得越晚,PCD集中度越高;各地的PCD与年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量都有非常好的正相关性,正相关中心区位于北部的惠农、陶乐、中卫,中部的盐池、麻黄山和南部山区的大部,上述地区降水越集中,年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量越大,导致洪涝灾害发生的可能性将越大;宁夏汛期降水多雨年各地降水更集中,且大降水中北部大部易出现得早,南部出现得晚;中高纬的北极涛动和低纬的南海季风对宁夏降水集中度有着显著的影响,北极涛动偏弱的年份,南海季风爆发偏早的年份,宁夏各地年降水比较集中。     

1961-2004年新疆降水极值概率分布特征

 根据1961—2004年新疆地区55个气象站逐日降水观测资料和PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) 区域气候影响模式(1961—2004年)逐日降水模拟资料,建立年最大降水AM(annual maximum)序列及日降水量小于0.05 mm 的年连续最长干旱天数AMCD(Annual Maximum Consecutive Dry Days)序列,分析了新疆地区降水极值序列的时空分布特征和概率分布模式。结果表明:①新疆地区降水事件的强度和概率最大的地区位于阿合奇、巴里坤、昭苏、乌鲁木齐等地,干旱事件强度和概率最大的地区位于且末、若羌、吐鲁番等地;②PRECIS区域气候影响模式模拟的新疆地区AM事件的多年平均值普遍高于观测值,且离差系数也普遍高于观测值;③PRECIS区域气候影响模式模拟结果与观测的降水极值空间分布有一定的差异,需要进行改进,但具有实际参考价值。对于实际观测的降水极值概率分布的拟合,证明了GEV分布函数能够较好地拟合降水极值的概率分布。     

Assessing changes in extreme precipitation over Xinjiang using regional climate model of PRECIS

In this paper, an analysis, with the simulation of PRECIS(Providing Regional Climate for Impact Studies), was made for future precipitation extremes, under SRES(Special Report on Emission Scenarios) A2 and B2 in IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) AR4. The precipitation extremes were calculated and analyzed by ETCCDI(Climate Change Detection and Indices). The results show that:(1) In Present Scenario(1961–1900), PRECIS could capture the spatial pattern of precipitation in Xinjiang.(2) The simulated annual precipitation and seasonal precipitation in Xinjiang had a significantly positive trend and its variability had been deeply impacted by terrain. There was a strong association between increasing trend and the extreme precipitation's increase in frequency and intensity during 1961–2008. Under SRES A2 and B2, extreme precipitation indicated an increasing tendency at the end of the 21 st century. The extreme summer precipitation increased prominently in a year.(3) PRECIS's simulation under SRES A2 and B2 indicated increased frequency of heavy precipitation events and also enhancement in their intensity towards the end of the 21 st century. Both A2 and B2 scenarios show similar patterns of projected changes in precipitation extremes towards the end of the 21 st century. However, the magnitude of changes in B2 scenario was on the lower side. In case of extreme precipitation, variation between models can exceed both internal variability and variability of different SRES.     

黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势(英文)

This study examines the hydrological and meteorological data of the source region of the Yellow River from 1956 to 2010 and future climate scenarios from regional climate model (PRECIS) during 2010-2020. Through analyzing the flow variations and revealing the climate causes, it predicts the variation trend for future flows. It is found that the annual mean flow showed a decreasing trend in recent 50 years in the source region of the Yellow River with quasi-periods of 5a, 8a, 15a, 22a and 42a; the weakened South China Sea summer monsoon induced precipitation decrease, as well as evaporation increase and frozen soil degeneration in the scenario of global warming are the climate factors, which have caused flow decrease. Based on the regional climate model PRECIS prediction, the flows in the source region of the Yellow River are likely to decrease generally in the next 20 years.     

黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势预测

利用1956-2010 年黄河源区流域水文、气象观测数据和2010-2030 年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,通过分析流量的演变规律和揭示气候归因,预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明：近55 年来黄河源区年平均流量总体呈减少趋势,并具有5a、8a、15a、22a 和42a 的准周期变化;南海夏季风减弱引起流域降水量的减少与全球变暖背景下蒸发量的增大和冻土的退化是导致黄河源区流量减少的气候归因;根据区域气候模式系统PRECIS预测结果,未来20 年黄河源区流量变化趋势可能仍以减少为主。     

云南降水中稳定同位素变化的模拟和比较

利用MUGCM的模拟,云南地区日、月、年时间尺度下降水中稳定同位素的变化、降水量效应以及δD/δ18O之间的关系被分析。无论是在日时间尺度下还是在月、年时间尺度下,降水同位素均存在显著的降水量效应。与实测结果相比,模拟的降水中δ18O与降水量之间具有更强的相关性。对于单站而言,蒙自站和腾冲站的大气水线被较好地模拟。但在思茅站和昆明站,模拟结果未能准确再现实际降水中δD与δ18O的关系,模拟的大气水线斜率比实测结果偏高。这意味着,在云南这个特殊的地区,模式可能高估了HDO的贫化。     

Glacial mass balance of Austre Brøggerbreen (Spitsbergen), 1971–1999, modelled with a precipitation-run-off model

An energy balance based HBV model was calibrated to the run-off from Bayelva catchment in western Spitsbergen, Svalbard. The model simulated the glacier mass balance, and the results were compared to observations at Austre Brøggerbreen for the period 1971-1997. Even though the model was optimized to observed run-off from a catchment in which the glaciers constitute 50% of the area, and not to the observation of glacier mass balance, the model was able to reconstruct the trends and values of the mass balance found through observations. On average the simulation gave a negative net balance of 696 mm. The observed average is 442 mm. The simulated winter accumulation was in average for the same period 9% lower and the summer ablation 17% higher than the observed. The years 1994-96 show deviations between simulated and observed winter accumulation up to 160%. This can probably be accounted for by extreme rainfall during the winter, leading to thick ice layers which make accurate observations difficult. The higher simulated summer ablation might indicate that the glaciers in the catchment as a whole have a larger negative mass balance than Austre Brøggerbreen. The simulations showed that the glacier mass-balance would be in equilibrium with a summer temperature 1.2°C lower than the average over the last decades or with a 100% increase in the winter (snow) precipitation. These are higher values than former estimates. A combined change of temperature and precipitation showed a synergic effect and thereby less extreme values.     

2017年夏季秦岭降水的数值模拟及其空间分布

秦岭是中国气候的分界线,其高海拔地区降水数据的缺乏,限制了对秦岭高山气候及水资源变化的研究。为认知秦岭地区降水的空间分布,利用WRF模式,采用GF、KF和BMJ 3种对流参数化方案,对秦岭及周边地区2017年夏季降水进行了模拟。结果显示,模拟和卫星数据都揭示降水与地形呈剖面一致性,从南到北呈条带状分布的空间格局,在秦岭出现一条降水高值带,秦岭对水汽向北输送有明显的阻滞作用,造成南坡降水量显著大于北坡。模拟值要比卫星降水数据偏大,其中KF方案模拟降水偏多的主要原因为强烈的对流不稳定性导致对流降水的过高估计,GF方案则由于大气偏湿激发网格尺度降水,造成大尺度降水的模拟偏多,而BMJ方案模拟值与观测值最为接近。把模式分辨率提高到2 km,可显著改善模式对秦岭山区的模拟水平,但2 km高分辨率仍不足以完全显式解析积云对流过程,需要恰当的积云参数化的协同作用。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

基于全球降水数据估计值的地表径流模拟--以长江上游地区为例

为了评价在相对较短时间内针对长江上游地区地表水径流所建立模型的模拟效果,以及检验以GCM模型和其他卫星数据所估算的降水数据作为输入数据的可行性,选择分布式水文模型HSPF以及1987年和1988年的ISLSCP降水数据作为输入数据。模型模拟结果表明:从整个长江上游地区看,在校正期内,5天平均流量的Nash–Sutcliffe相关系数(R2) 为0.94;在验证期内,Nash-Sutcliffe相关系数(R2) 为0.95。此外,该模型对长江上游主要支流的5天平均流量的模拟效果也很好,R2的值在0.46到0.96之间。例外的情况主要发生在沱江和嘉陵江,模型对2年洪水期的峰值流速的估计值偏低,沱江只有实际值的71%,嘉陵江只有实际值的61%。ISLSCP估计的降水比实际测量的降水频繁且程度要弱,这可能是HSPF不能在所有时间和所有区域都具有较好模拟效果的一个主要原因。