CMIP5多模式集合对江苏省气候变化模拟评估及情景预估

利用中国气象局所属的2 400余个台站观测资料制作的分辨率为0.25°×0.25°数据集中的气温、降水量资料评估了CMIP5中17个模式对于1961—2004年江苏省气温和降水量空间分布特征的模拟能力,筛选出了5个对江苏省气候特征模拟较好的模式。之后基于5个优选模式集合平均的结果预估了3种典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCPs)下江苏省2006—2100年的气温和降水量变化趋势。结果表明:(1)全球耦合气候模式对江苏省的气温和降水量空间分布特征具有一定的模拟能力,并且模式集合平均的气温和降水量与观测资料的空间相关系数分别为0.85和0.93;(2)在低浓度路径(RCP2.6)、中浓度路径(RCP4.5)和高浓度路径(RCP8.5)3种温室气体排放情景下,江苏省2006—2100年的地表温度均呈现明显的增温趋势,并且苏北的增温幅度要高于苏南;(3)3种温室气体排放情景下,江苏省未来百年降水量均呈现出北方增多南方减少的趋势;(4)未来百年江苏省降水量随气温变化的趋势并不稳定,RCP2.6和RCP4.5情景下降水量随气温的升高而增加,而RCP8.5情景下降水量随气温的增加而减少。     

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。     

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。     

贵州省未来气候变化(2018—2050年)预估分析

针对贵州省年平均降水量,年平均气温,年平均最高气温和年平均最低气温四个特征量,从空间分布上的定性比较,从年际、年代际的时间演变比较以及从泰勒图的定量比较来看,RegCM4模式的模拟效果优于CMIP5模式,因此本研究在RCP4.5排放情景下利用RegCM4模式数据预估未来2018—2050年贵州省年平均降水量,年平均气温,年平均最高气温和年平均最低气温。结果表明:21世纪Ⅰ阶段(2018—2028年)相对于基准期年平均降水在全省大部地区均是偏少的,偏少幅度在8.5%以内,其中贵州省北部地区偏少幅度最大;21世纪Ⅱ阶段(2029—2039年)相对于基准期贵州省中西部降水偏少东部降水偏多,变化幅度基本上在7%以内;21世纪Ⅲ阶段(2040—2050年)相对于基准期贵州省南部和东部降水偏少西北部降水偏多,变化幅度基本上在7.5%以内。贵州省21世纪Ⅰ阶段、Ⅱ阶段、Ⅲ阶段年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温相对于基准期均是偏暖的,偏暖幅度在0.6～1.3℃之间,越到后期,偏暖幅度越大,且空间差异不大。     

气候变化对淮河流域水资源及极端洪水事件的影响

利用法国国家气象研究中心气候模型（Centre National de Recherches Météorologiques Climate Model, CNRM）典型代表性浓度路径（Representative Concentration Pathway, RCP）情景资料和可变下渗容量模型（Variable Infiltration Capacity Model,VIC）,分析了淮河流域未来气温、降水、水资源及可能洪水的变化趋势。结果表明,淮河流域未来气温将持续升高,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下未来2021~2050年较基准期（1961~1990年）升幅分别约为1.13℃、1.10℃和1.35℃;流域降水可能呈现略微增加趋势,3种排放情景下2021~2050年降水较基准期将分别增加5.81%、8.26%和6.94%;VIC模型在淮河流域具有较好的适用性,能较好地模拟淮河流域的水文过程,在率定期和检验期,模型对王家坝站和蚌埠站模拟的水量相对误差都在5%以内,日径流过程的Nash-Sutcliffe模型效率系数（NSE）在0.70以上,月径流过程的NSE达到0.85以上。气候变化将导致淮河流域水文循环强度增加,流域水资源总体将可能呈增加趋势,王家坝站和蚌埠站断面洪水事件的发生可能性将增大。     

FUTURE CHANGE OF PRECIPITATION EXTREMES OVER THE PEARL RIVER BASIN FROM REGIONAL CLIMATE MODELS

Based on RegCM4, a climate model system, we simulated the distribution of the present climate (1961-1990) and the future climate (2010-2099), under emission scenarios of RCPs over the whole Pearl River Basin. From the climate parameters, a set of mean precipitation, wet day frequency, and mean wet day intensity and several precipitation percentiles are used to assess the expected changes in daily precipitation characteristics for the 21st century. Meanwhile the return values of precipitation intensity with an average return of 5, 10, 20, and 50 years are also used to assess the expected changes in precipitation extremes events in this study. The structure of the change across the precipitation distribution is very coherent between RCP4.5 and RCP8.5. The annual, spring and winter average precipitation decreases while the summer and autumn average precipitation increases. The basic diagnostics of precipitation show that the frequency of precipitation is projected to decrease but the intensity is projected to increase. The wet day percentiles (q90 and q95) also increase, indicating that precipitation extremes intensity will increase in the future. Meanwhile, the 5-year return value tends to increase by 30%-45% in the basins of Liujiang River, Red Water River, Guihe River and Pearl River Delta region, where the 5-year return value of future climate corresponds to the 8- to 10-year return value of the present climate, and the 50-year return value corresponds to the 100-year return value of the present climate over the Pearl River Delta region in the 2080s under RCP8.5, which indicates that the warming environment will give rise to changes in the intensity and frequency of extreme precipitation events.     

Effects of land use and climate variability on the main stream of the Songhua River Basin,Northeast China

ABSTRACT

In this study, three representative concentration pathways (RCPs) and 15 general circulation models of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 were used to assess the behaviour of precipitation (P) and surface air temperature (SAT) over part of the Songhua River Basin. The Water Evaluation and Planning (WEAP) model linked with SAT and P was used for monthly simulation of streamflow to assess the influence of land use/land cover and climate change on the streamflow. The results suggest that, under RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5, the SAT over the study area may increase in the 21st century by 1.12, 2.44 and 5.82°C, respectively. Moreover, by the middle of the 21st century, streamflow in the basin may have decreased by 19%. The decrease in streamflow may be due to changed land use conditions and water withdrawal, having critical implications for management and future planning of water resources in the basin.     

Analyses of extreme climate events over china based on CMIP5 historical and future simulations

Based on observations and 12 simulations from Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 （CMIP5） models, cli- matic extremes and their changes over China in the past and under the future scenarios of three Representative Concentration Pathways （RCPs） are analyzed. In observations, frost days （FD） and low-temperature threshold days （TN10P） show a de- creasing trend, and summer days （SU）, high-temperature threshold days （TX90P）, heavy precipitation days （R20）, and the contribution of heavy precipitation days （P95T） show an increasing trend. Most models are able to simulate the main char- acteristics of most extreme indices. In particular, the mean FD and TX90P are reproduced the best, and the basic trends of FD, TN10P, SU and TX90P are represented. For the FD and SU indexes, most models show good ability in capturing the spatial differences between the mean state of the periods 1986--2005 and 1961-80; however, for other indices, the simulation abilities for spatial disparity are less satisfactory and need to be improved. Under the high emissions scenario of RCP8.5, the century-scale linear changes of the multi-model ensemble （MME） for FD, SU, TN10P, TX90P, R20 and P95T are -46.9, 46.0, -27.1, 175.4, and 2.9 days, and 9.9%, respectively; and the spatial change scope for each index is consistent with the emissions intensity. Due to the complexities of physical process pararneterizations and the limitation of forcing data, great uncertainty still exists with respect to the simulation of climatic extremes.     

北京气候中心气候模式1.1版预估中亚地区未来50年地面气温时空变化特征

利用IPCC AR5中BCC-CSM1.1(Beijing Climate Center Climate System Model version 1.1)的历史试验和4类典型 排放路径情景下未来预估试验结果, 在使用CRU(Climatic Research Unit)资料验证BCC-CSM1.1性能的基础上, 采用趋势分 析、滑动平均以及经验正交函数(EOF)等方法, 研究2011-2060年中亚地区年平均气温的时空演变特征。与CRU 资料的对 比分析发现BCC-CSM1.1能较好地模拟过去109a(1901-2009年)中亚地区气温的显着上升趋势及气候态的空间分布特征。 预估试验结果表明, 中亚地区在未来50a整体呈现变暖趋势, 并且, 随着温室气体排放浓度的升高, 气温的升高趋势愈加明 显, 同时增温显着区域也明显增大。经验正交函数分解主要模态还是延续过去的分布特征:经验正交函数分解第1模态及其 所对应的时间系数显示中亚地区年平均地面气温在未来50a(2011-2060年)呈现出全场一致的升高趋势, 升高强度随着温 室气体排放浓度的增加而增强, 进一步的分析表明, 不同典型排放路径下预估的未来50a中亚地区年平均地面气温的经验正 交函数分解第1模态在中亚上空850hPa等压面上均对应有一个反气旋(气旋)性异常环流, 在这个异常环流控制下, 中亚地 区年平均地面气温变化表现为全场一致的特征。经验正交函数分解第2模态呈现出中亚地区地面气温变化南北反位相的基 本特征, 相应的时间系数主要表现为小幅度波动, 变化趋势特征不明显。     

基于气候情景的岩溶断陷盆地2020—2050年植被动态变化模拟预测

岩溶断陷盆地作为我国西南部重要生态脆弱区和生态安全屏障区,生态价值不可估量.其独特的植被生态系统对气候变化十分敏感,探讨在未来全球变暖的必然趋势下断陷盆地植被变化趋势,能为进一步了解岩溶断陷盆地植被变化的气候驱动机制提供了重要依据.本研究基于2001—2016年间气象数据集和NDVI时间序列数据,利用TS非参数趋势分析法对未来2020—2050年两种RCPs(Representative Concen-tration Pathways)未来气候情景下的NDVI值进行预测,开展了不同气候变化背景下断陷盆地未来植被的可能演变趋势分析.结果表明:相对于基准期(2001—2016年),在不同典型浓度路径(RCP4.5和RCP8.5)情景下,断陷盆地气候整体呈持续增温增湿趋势,且植被NDVI也有一定的升高.综合分析两种情景下的NDVI变化共性趋势发现:青藏高原东南缘木里河谷地区温度和降水量升高缓慢,区域性干旱增强,植被出现退化,是未来断陷盆地植被修复的难点地区;而云贵两省边界地区温度和降水涨幅迅速,未来植被改善明显,是植被修复成果的重点保护区.