基于贝叶斯模型的中国未来气温变化预估及不确定性分析

利用第5次耦合模式比较计划(CMIP5)中35个全球气候模式历史模拟与RCP4.5预估结果,通过贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)对中国气温进行多模式集合研究,给出了中国未来气温变化预估及其不确定性的时空分布。结果表明,中国21世纪冬夏将持续升温,且升温具有冬季高于夏季,北方高于南方的特点。初期(2016—2035年)北方有很大可能(80%)升温超过0.7℃,南方升温相同幅度的概率则超过50%;中期(2046—2065年)北方和南方升温超过1.5℃的概率分别为80%和50%;末期(2081—2100年),北方(南方)有80%(50%)的可能的升温超过2℃。气温预估的不确定性研究发现,无论冬夏,21世纪不同时期升温相对较弱的塔里木盆地、青藏高原南侧和中国东南地区为不确定性低值区,基本低于0.6℃,对应可信度较高,如21世纪初期信噪比超过4;而不确定性的高值区则主要分布在新疆北部、东北平原北部和青藏高原东南侧等升温相对较大的地区,普遍高于1℃,对应可信度较低,如初期信噪比低于2.5。此外,基于信噪比对比发现除青藏高原东部外,其他区域夏季预估的可信度均高于冬季,21世纪末期高于初期,且空间分布特征一致。     

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）.     

CMIP5全球气候模式对上海极端气温和降水的情景预估

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,以下简称CMIP5)28个模式的数值模拟结果和1981~2010年华东和上海气温和降水观测数据,评估了该28个气候模式对华东和上海气温和降水的模拟能力,并预估了RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5)情景下上海2021~2030年极端气温和降水气候的变化趋势和不确定性。结果表明:与观测值相比,模式对华东和上海年平均气温的模拟大多均值偏高、方差偏低;对年总降水量的模拟大多均值偏高,但方差以华东偏高、上海偏低为主;26个模式的气温变化趋势和12个模式的降水变化趋势与观测值相同。选出8个模式的预估结果表明:与2001~2010年相比,2021~2030年上海冬天极端低温的出现日数(冷夜日数)呈减少趋势,不确定性最小;夏天暖夜日数呈增加的趋势,不确定性较小;其他极端气温事件的变化趋势则存在较大的不确定性,冷夜指标的不确定性最大。强降水发生日数和强降水的强度都呈现增加的趋势,且不确定性较小。     

中国东北地区气温变化的模拟评估与未来情景预估

基于RegCM4区域气候模式、CMIP5全球气候模式数据集和中国东北地区162个气象站气温观测资料,采用偏差分析和相关分析评估了RegCM4和CMIP5对东北地区气温的模拟能力,预估了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下东北地区未来气温的变化.结果表明:区域模式和全球模式均能较好地再现气温时空变化特征,模...     

8个CMIP5模式对中国极端气温的模拟和预估

利用8个耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）模式结果,采用加权平均方法进行多模式集合,并与NCEP再分析资料进行对比分析,评估了CMIP5模式对中国极端气温的模拟效果,在此基础上,对未来极端气温进行预估。CMIP5模式对中国8个极端气温指数和20年一遇最高（低）气温有模拟能力,所有极端气温指数模拟和观测结果的时间相关均达到0.10显著性水平,20年一遇最高、最低气温模拟和观测结果空间相关系数均超过0.98。在中等排放RCP4.5情景下,未来中国极暖（冷）日数增多（减少）,到21世纪中期热浪指数增加2.6倍,到21世纪末期寒潮指数减少71%,20年一遇最高（低）气温在中国地区均呈现升高趋势,局部升温幅度达到4℃。     

CMIP6模式对青藏高原极端气温指数模拟能力评估及预估

利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）28个全球气候模式模拟的历史和多SSP排放情景下的模拟结果以及国家气候中心制作的CN05.1格点化的观测数据,在评估28个全球气候模式对青藏高原极端气温相关指数模拟效果的基础上,预估了多个SSP情景下青藏高原未来极端气温指数的变化趋势。评估结果表明多模式集合平均模拟结果更稳定,且能模拟出极端气温指数的时间分布以及空间分布特征,但与观测相比,不同指数存在不同偏差。预估结果表明,相对于1995-2014年,青藏高原上日最高气温最高值（TXx）、日最低气温最低值（TNn）、暖昼指数（TX90p）未来呈上升趋势,霜冻日数（FD）、冰冻日数（ID）、冷夜指数（TN10p）呈减少趋势,其中高原极端低温比极端高温增温明显,暖昼指数在高原西南部增加明显,霜冻日数、冰冻日数、冷夜指数在高原东南部减少明显。SSP1-1.9情景下,极端气温指数在21世纪的变化幅度较小,随着辐射强迫增大,指数的变化趋势也增大。SSP1-2.6情景下,2030年前中国实现碳达峰时,青藏高原地区TXx、 TNn、 TX90p增长分别不超过1.12℃、0.84℃、 8.4%, FD、 I...     

中国未来极端气温变化的概率预估及其不确定性

本文基于第五次耦合模式比较计划的23个全球气候模式所提供的最高气温与最低气温在RCP4.5情景下的逐日格点资料,根据模式对5个极端气温指数的模拟能力,使用秩加权方法研究了中国未来极端气温变化的概率预估及其不确定性。结果表明,21世纪中期(2046—2065年)中国区域平均最高气温和平均最低气温的增加幅度相对于历史时期(1986—2005年)可能超过2.0℃(概率66%),增加的大值区主要位于青藏高原南部。暖夜指数在中国大部分地区增加超过15%,西南和东南部沿海是增加的大值区,增幅超过20%。霜冻日数在全国范围内减少,减少的大值区位于青藏高原周围,减少日数超过了20 d。热浪指数在整个中国区域可能增加10 d以上,大值区位于西藏西南部,可达30 d。不确定性的结果表明,除热浪指数的可信度较低外,其余指数都有较高的可信度。到21世纪末期(2081—2100年),中国区域极端气温增加幅度超过前期,平均最高气温和平均最低气温很可能增加超过2.0℃(概率大于90%),大值区除中国西部地区外,还扩展到了东北和青藏高原西南地区。中国大部分地区的暖夜指数增加超过15%,西南和南部沿海可能超过25%。大部分地区的霜冻日数减少20 d,青藏高原周围减少超过40 d。热浪指数在中国范围内增加20 d,青藏高原西南部增加40 d以上。除霜冻指数的信噪比略比21世纪中期大外,其余指数的信噪比与中期基本一致。     

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。     

CMIP5 模式对中国极端气温及其变化趋势的模拟评估

本文基于中国区域逐日气温资料和CMIP5 中30 个全球气候模式资料,计算了平均日最高气温（TXAV)、平均日最低气温（TNAV)、热浪指数（HWDI)、霜冻日数（FD)、和暖夜指数（TNF90）5 个极端气温指数,评估各模式对中国区域极端气温的气候平均场和趋势的模拟能力。研究结果表明,大部分模式能够较好地模拟出极端指数的气候平均场,其中对TNAV、TXAV 和FD 平均场模拟能力较强,大部分模式平均场与观测场的相关系数超过0.90,但对TNF90 和HWDI 的模拟能力相对较低,相关系数均低于0.70,且各模式的模拟能力存在较大的差异。对极端指数的趋势模拟来说,模式模拟的中国区域平均各极端气温指数的线性变化趋势与观测相同,但大多数模式模拟趋势的强度偏弱。相比于气候平均场,模式对极端气温指数趋势空间场模拟较差,除TNAV 有1/3 的模式平均场与观测场的相关系数超过0.60 外,模式模拟其余指数的相关系数均低于0.60。模拟极端气温气候平均场的能力最优的5 个模式为：IPSL-CM5A-MR、CMCC-CM、IPSL-CM5A-LR、MPI-ESM-MR 和MPI-ESM-P。趋势空间场模拟最好的5 个模式为：MPI-ESM-P、CANESM2、ACCESS1-3、BCC-CSM1-1 和NorESM1-M。模式对极端气温指数的时空模拟能力一致性较差,但基于气候平均场或趋势空间场的优选模式,相比于所有集合模式平均,模拟能力均有一定程度的改善。     

CMIP6多模式对21世纪中亚极端降水未来变化预估

基于最新的第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）14个耦合模式的数值模拟结果,预估研究了中等强迫情景（SSP2-4.5）和高强迫情景（SSP5-8.5）两种共享社会经济路径下21世纪中后期中亚极端降水事件的时空分布特征及其与区域气候增暖之间的关系。结果显示,大多数CMIP6模式基本能够模拟出历史观测降水气候态（1979～2018年）的空间分布特征,但在中亚西南及东南部偏干,北部及中南部偏湿。与历史基准期（1981～2010年）相比,21世纪末期（2071～2100年）中亚强降水强度在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下分别增加0.54 mm/10 a和2.4 mm/10 a,而强降水发生频率则分别增加了5%～27%和6%～210%,尤其是中南部高海拔山区增加的幅度更大。预估结果的信噪比显示,天山以北的中亚东北部区域的极端降水强度及其发生频率的预估结果具有更高的可信度。气候变暖对未来中亚极端降水事件的发生频次具有明显的调控作用,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,当气温每升高1 K时,极端强降水事件的发生频次在分别增加约7 d和9 d,而最大连续无降水日数则分别增加约3 d...     

高分辨率统计降尺度数据集NEX-GDDP对中国极端温度指数模拟能力的评估

利用1986—2005年中国地面气象台站观测的格点化逐日气温资料（CN05.1）评估了高分辨率统计降尺度数据集NASA Earth Exchange/Global Daily Downscaled Projections（NEX-GDDP）中21个全球气候模式对中国极端温度指数的模拟能力。在选用了日最低温度最大值（TNx）、日最高温度最大值（TXx）、暖夜指数（TN90p）和暖昼指数（TX90p）来研究极端温度事件的变化。结果显示:（1）除MRI-CGCM3模拟的日最高温度最大值外,其余模式对4个指数的模拟结果均表现出与观测一致的上升趋势,但模拟结果的平均值相对观测平均低0.26℃/（10 a）（日最低温度最大值）、0.19℃/（10 a）（日最高温度最大值）、2.21%/（10 a）（暖夜指数）、1.04%/（10 a）（暖昼指数）。（2）不同模式对各指数变化趋势空间分布特征的模拟存在较大差别,对日最低温度最大值、日最高温度最大值、暖夜指数和暖昼指数模拟能力最优模式分别为CCSM4、CESM1-BGC、MIROC-ESM-CHEM和bcc-csm1-1。模式模拟的日最低温度最大值和日最高温度最大值气候态平均值与观测值的相关系数在0.97以上。暖夜指数和暖昼指数模拟结果与观测值的标准差比值为0.34—1.58,均方根误差变化为1.6%—3.47%,对这两个指数模拟能力较优的模式分别为MIROC-ESM-CHEM（暖夜指数）和CESM1-BGC（暖昼指数）。（3）综合模式对4个指数在气候态平均值和变化趋势模拟能力的评估结果来看,CanESM2、CESM1-BGC和MIROC-ESM-CHEM显示了相对较高的模拟能力。因此,在利用GDDP-NEX研究未来极端温度事件时,建议将它们作为优选模式。      

Future changes and uncertainties in temperature and precipitation over China based on CMIP5 models

Climate changes in future 21 st century China and their uncertainties are evaluated based on 22 climate models from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5). By 2081–2100, the annual mean surface air temperature(SAT) is predicted to increase by 1.3℃± 0.7℃, 2.6℃± 0.8℃ and 5.2℃± 1.2℃ under the Representative Concentration Pathway(RCP) scenarios RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5, relative to 1986–2005, respectively. The future change in SAT averaged over China increases the most in autumn/winter and the least in spring, while the uncertainty shows little seasonal variation.Spatially, the annual and seasonal mean SAT both show a homogeneous warming pattern across China, with a warming rate increasing from southeastern China to the Tibetan Plateau and northern China, invariant with time and emissions scenario.The associated uncertainty in SAT decreases from northern to southern China. Meanwhile, by 2081–2100, the annual mean precipitation increases by 5% ± 5%, 8% ± 6% and 12% ± 8% under RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5, respectively. The national average precipitation anomaly percentage, largest in spring and smallest in winter, and its uncertainty, largest in winter and smallest in autumn, show visible seasonal variations. Although at a low confidence level, a homogeneous wetting pattern is projected across China on the annual mean scale, with a larger increasing percentage in northern China and a weak drying in southern China in the early 21 st century. The associated uncertainty is also generally larger in northern China and smaller in southwestern China. In addition, both SAT and precipitation usually show larger seasonal variability on the sub-regional scale compared with the national average.     

多模式动力降尺度对中国中东部地区极端气温指数的模拟评估

利用LMDZ4变网格大气环流模式分别嵌套于BCC-csm1.1-m、CNRM-CM5、FGOALS-g2、IPSL-CM5A-MR和MPI-ESM-MR等5个全球模式,进行中国中东部地区1961-2005年动力降尺度模拟试验,对比分析降尺度前后各模式对中国中东部极端气温指数的模拟能力。结果表明,相较全球模式,LMDZ4模式较好地刻画了青藏高原、四川盆地等复杂地形的变化,能更好地表现出中国中东部地区极端气温的空间分布。但降尺度改善效果具有明显的区域性差异,对于最高气温、最低气温和霜冻日数,降尺度之后主要在东北、西北、青藏高原以及西南地区改善明显,与观测场的空间相关系数提高至0.95以上,均方根误差低于0.5℃（0.5 d）,且降尺度后模式对最低气温和最高气温空间相关系数的改善程度随地形升高而增大;对于热浪指数,降尺度后在东北、华南以及西南地区热浪分布大值区改善效果明显,但模式间的一致性不高。降尺度在一定程度上模拟出与观测一致的最高、最低气温的线性趋势空间分布,在东北、华北、青藏高原和西南地区最低气温和霜冻日数趋势误差较全球模式小。降尺度模式集合（RMME）对极端气温气候平均场和线性趋势均有较高的模拟能力。多模式动力降尺度能够提高全球模式对中国区域极端气温的模拟能力,为提高未来预估能力提供了基础。     

Assessment of indices of temperature extremes simulated by multiple CMIP5 models over China

Given that climate extremes in China might have serious regional and global consequences, an increasing number of studies are examining temperature extremes in China using the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) models. This paper investigates recent changes in temperature extremes in China using 25 state-of-the-art global climate models participating in CMIP5. Thirteen indices that represent extreme temperature events were chosen and derived by daily maximum and minimum temperatures, including those representing the intensity (absolute indices and threshold indices), duration (duration indices), and frequency (percentile indices) of extreme temperature. The overall performance of each model is summarized by a "portrait" diagram based on relative root-mean-square error, which is the RMSE relative to the median RMSE of all models, revealing the multi-model ensemble simulation to be better than individual model for most indices. Compared with observations, the models are able to capture the main features of the spatial distribution of extreme temperature during 1986-2005. Overall, the CMIP5 models are able to depict the observed indices well, and the spatial structure of the ensemble result is better for threshold indices than frequency indices. The spread amongst the CMIP5 models in different subregions for intensity indices is small and the median CMIP5 is close to observations; however, for the duration and frequency indices there can be wide disagreement regarding the change between models and observations in some regions. The model ensemble also performs well in reproducing the observational trend of temperature extremes. All absolute indices increase over China during 1961-2005.     

基于ETCCDI指数2017年中国极端温度和降水特征分析

利用中国1961—2017年2419站均一化逐日气候数据,计算了气候变化检测和指数联合专家组定义的26个极端气候指数,分析2017年中国极端温度和降水特征。结果表明：2017年中国区域平均的所有极端高温指数均高于1961—1990年30年平均,所有极端低温指数均低于1961—1990年30年平均。中国区域平均的多个极端温度指数达到或者接近历史极值,其中年最小日最高气温(TXn)和年最小日最低气温(TNn)均达到历史最高值,冷夜(TN10p)、冷昼(TX10p)和持续冷日日数(CSDI)达到历史最低值。年最大日最高气温(TXx)、年最大日最低气温(TNx)、暖夜(TN90p)、霜冻(FD)、冰冻(ID)、热夜(TR)、生长期长度(GSL)排在1961年以来的第2或第3位,其余极端温度指数全部排在了1961年以来前10位。2017年中国区域平均的10个极端降水指数中,有7个指数值处于1961—2017年1个标准差范围内,指示2017年的极端降水接近正常年。     

CMIP6全球气候模式对中国极端降水模拟能力的评估及其与CMIP5的比较

对CMIP6全球气候模式在中国地区极端降水的模拟能力进行了综合评估.基于CN05.1观测数据集和32个CMIP6全球气候模式的降水数据,采用8个常用极端降水指数对极端降水进行了定量描述.研究结果表明,在极端降水的气候平均态方面,CMIP6多模式集合对1961—2005年中国地区区域平均的8个极端降水指数模拟的平均相对误...     

江苏省近45a极端气候的变化特征

利用江苏省35个测站1960—2004年45 a的逐日最高温度、最低温度、日降水量资料集,分析了近45 a江苏省极端高温、极端低温以及极端降水的基本变化特征。结果表明:(1)多年平均年极端高温的空间分布表现为西高东低,而极端低温则表现为自北向南的显著增加,极端降水的发生频次自南向北逐渐减少;(2)极端高温在江苏中部以及南部大部分地区有上升趋势,而西北地区则有弱的下降趋势;全省极端低温表现为显著的升高趋势;极端降水频次在南部地区有增加的趋势,北部减少趋势,中部则无变化趋势。(3)江苏极端高温、低温和极端降水的年际和年代际变化具有区域性差异,其中极端降水频次变化的区域性差异最为明显。     

近50年中国气温、降水极值分区的时空变化特征

在全球增暖背景下,当前极端天气气候事件频发,由此引发的气象灾害及其所带来的社会经济损失日益增加.深入了解与社会生活密切相关的气温和降水极值的特征,对开展防灾减灾工作有指导意义.文中用百分位阈值求算变量极值的概率密度值,从极值概率角度用系统聚类分析法合并站点,根据方差稳定性特征和变量最概然值的均值确定划分区域个数和对区域...