基于全球及区域气候模式的江苏省降水变化趋势预估

利用气象观测资料,8个全球耦合气候系统模式的集合平均以及区域气候模式(RegCM4)的结果,通过方差分析、相关分析、趋势分析、扰动法等方法对模式性能进行了评估,并对江苏省在未来RCP8.5高端排放情景下降水的变化趋势进行了预估。结果表明,在RCP8.5情景下,至2020、2030和2050年,全球模式模拟的江苏省年平均降水在未来有逐渐增加的趋势,线性增加率约为7 mm/(10 a)。至2050年,江苏省年平均降水量将增加2%左右;区域模式模拟的年平均降水在未来线性增加率为1.5 mm/(10 a),变化不显著。区域模式模拟的夏季降水在未来有所增加,最多可增加20%～30%,但增幅随时间逐渐减小;全球模式模拟的夏季降水比现在有所减少,至2050年,减少了大约10%。区域模式模拟的冬季降水在未来不同时间段均比现在有所减少,同现在相比,最多可减少30%～40%;而全球模式模拟的冬季降水在未来则是先减少,后增加,至2050年,比现在大约增加10%。对于不同季节,总体而言,南部地区降水量的变化较北部地区显著。对于极端降水事件来说,江苏省未来小雨日数将减少,而暴雨日数则微弱增加。但由于全球模式本身的性能、区域模式对全球模式的依赖性以及温室气体排放的不确定性使上述预估结果仍具有不确定性。     

西北太平洋地区台风环境场的预估研究

本文择优选取了国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中19个气候模式的试验数据，预估了RCP4.5和RCP8.5典型浓度路径情景下21世纪末（2080～2099年）西北太平洋地区（0°～40°N，100°E～180°）台风环境场和台风生成潜力指数（I_GP）变化。结果表明，相对于1986～2005年参考时段，21世纪末西北太平洋海洋表面温度（SST）增加，垂直风切变（VWS）和向外长波辐射（OLR）均在其与台风频数呈显著负相关的区域减少，有利于台风生成和发展；由大陆向南海延伸的低压系统减弱，不利于台风活动。总体上，在RCP8.5情景下台风环境场的变化较RCP4.5情景相对更大。利用信噪比进一步考察了模式间差异性，SST变化的信噪比在大部分地区大于3.0，在低压系统控制区海平面气压变化的信噪比大于1.0，模式间一致性较好；对于VWS和OLR，信噪比小于0.6，模式间差异较大；但在与台风频数显著负相关的地区，对OLR变化方向的模拟在模式间高度一致。与以上环境场变化相对应，未来西北太平洋I_GP显著增加。     

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。     

1961—2010年我国夏季总降水和极端降水的变化

利用1961—2010年我国753站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近50年我国夏季降水的变化,包括夏季总降水量、极端降水量和极端降水频次的变化。结果表明,夏季总降水量和极端降水量的空间分布大致相似,在我国东南和西南部呈上升趋势,在东北和西北部呈下降趋势。用泊松回归拟合出的极端降水频次变化趋势显示,江淮流域及其以南地区测站的降水频次普遍增加,以北地区则呈减少趋势。进一步分析得到,我国大部分地区的夏季总降水量变化由降水平均强度的变化引起,而极端降水量的变化多由降水频次的变化引起。通过比较温度和水汽变化对降水量变化影响的相对重要性得到:在黄河以北大多数地区,水汽变化主导夏季总降水量的变化;而在江淮流域及华南大部分地区,温度变化为主导。     

全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征

利用西北干旱区1961—2007年77个观测站的逐日降水资料序列,将西北干旱区分为5个主要气候区,分析了全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征,并预测降水的未来变化趋势。结果表明：西北干旱区降水存在显著的年际和年代际变化,其西部降水量呈显著上升趋势,尤其在新疆北部与伊犁河谷地区。降水具有5～6年或2～3年的年际周期与8～11年的年代际周期,但河西走廊地区例外。干旱区降水转型时期的空间差异显著,最早在1980年代初期从南疆开始,1980年代中期新疆北部降水出现异常偏多,伊犁河谷和河西走廊地区降水突变期则出现在1990年代初,但变化趋势相反;阿拉善高原地区降水没有明显的突变时间。由周期外推方法得到,在未来一个年代际周期中,西北干旱区的西部降水将以偏少的气候特征为主,直到2015年前后才会再次回到偏多的周期中来;阿拉善高原地区在未来8～11年中有可能向着降水增加的趋势发展。     

2050年前长江流域极端降水预估

20世纪90年代长江流域日最大降水增加主要出现在长江以南地区和金沙江流域,ECHAM5/MPI-OM模型也大致模拟出了这种趋势。在IPCC给出的3种不同的排放情景下,2000-2050年长江上游日最大降水均有上升趋势,2020年前A2情景下日最大降水最大,A1B最小;长江中下游日最大降水在2025年之前均有明显上升趋势,之后略有下降,波动较大。长江流域未来日最大降水增多的区域可能主要出现在长江以南地区,而极端降水减少的区域可能出现在长江以北地区。     

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...     

全球变暖情景下西北太平洋地区台风活动背景场气候变化的预估

为了分析在全球变暖的情景下西北太平洋地区(WNP)可能发生的气候变化,从而为该地区台风活动的未来变化提供必要的背景信息,文中选取了18个参加CMIP3试验的全球海气耦合模式,考查了在SRES A2试验中21世纪末(2080—2099年)相对于20C3M试验中20世纪末(1980—1999年)对台风活动有重要影响的环境场包括海表面温度(SST)、纬向风的垂直切变(MWS)、海平面气压(SLP)、大气顶向外的长波辐射(OLR)和降水在WNP的变化情况。主要分析了多模式集合的结果以及环境场的变化在模式间的一致性。结果表明:到21世纪末,所有模式在西北太平洋区域SST都是一致的升高趋势,增幅在2℃以上,SST的变化是所有考虑的变量中在模式间一致性最好的,绝大部分区域信噪比都在4以上;降水在整个WNP区域也是一致增强的趋势,在赤道低纬度地区增幅较强,其变化在模式间的一致性较好,大部分区域18个模式中超过12个表现出降水增加的变化,在这些区域信噪比大都在0.6以上;SLP的变化特征主要表现为高低压系统的强度均为减弱的趋势,其中低压的减弱在模式间有着更好的一致性,大部分区域的信噪比都大于0.6;MWS和OLR在空间上没有一致的变化趋势,而且在不同的模式间变化的差异较大,大部分区域的信噪比都在0.3左右。但是在与台风活动有显著负相关的关键区内,大部分模式区域平均的MWS和OLR在SRES A2试验中都变小,多模式集合也是减弱的趋势。从SST、降水、关键区的MWS和OLR的分析来看,在全球变暖的情景下,环境场的变化可能是有利于台风活动的。但是目前关于环境场对于台风活动的影响和相互关系还缺乏足够的认识,环境场的变化对于台风活动会有怎样的具体影响还有待进一步深入分析。     

21世纪重庆最大连续5d降水的预估分析

 利用用于IPCC第四次评估报告的全球气候模式产品,验证其对重庆地区最大连续5 d降水（R5d）的模拟能力的基础上,对模拟能力较好的模式进行组合,预估温室气体排放高（A2）、中（A1B)、低（B1）3种情景下未来21世纪重庆地区R5d的变化。与目前（1980-1999年）气候相比,不同情景下21世纪重庆地区R5d均可能增加,尤其是21世纪后期相比21世纪前、中期增加更为显著。     

21世纪西北太平洋台风变化预估

对近年多个气候模式考虑不同的人类排放情景作了总结,并对21世纪西北太平洋台风变化作了预估。研究表明,集成多个气候模式考虑人类排放情景,预估到21世纪后期,西北太平洋年总编号台风数可能减少,但强台风数及其降水和风速可能增强。需要强调的是,台风的长期预估是极其困难的,存在极大的不确定性,有待作更深入的研究。     

陆面过程模式SSiB在中国西北典型干旱区使用性能的检验

利用2000年5月25日～6月15日敦煌试验加强期的观测资料，检验了SSiB模式在我国西北典型干旱区的使用性能。结果表明，在无降水强迫的情况下，模式对净辐射、感热、潜热和地表温度有较好的再现能力；但当加入降水强迫时，模式输出的模拟值与实测值有较大的差别，究其原因这可能与该模式对干旱区土壤水运动过程描述不准确有关。因此，要将此模式应用于典型干旱区，需要做进一步的改进工作。     

Recent changes in precipitation extremes in the Heihe River basin,Northwest China

Changes in rainfall extremes pose a serious and additional threat to water resources planning and management, natural and artificial oasis stability, and sustainable development in the fragile ecosystems of arid inland river basins. In this study, the trend and temporal variation of extreme precipitation are analyzed using daily precipitation datasets at 11 stations over the arid inland Heihe River basin in Northwest China from 1960 to 2011. Eight indices of extreme precipitation are studied. The results show statistically significant and large-magnitude increasing and decreasing trends for most indices, primarily in the Qilian Mountains and eastern Hexi Corridor. More frequent and intense rainfall extremes have occurred in the southern part of the desert area than in the northern portion. In general, the temporal variation in precipitation extremes has changed throughout the basin. Wet day precipitation and heavy precipitation days show statistically significant linear increasing trends and step changes in the Qilian Mountains and Hexi Corridor. Consecutive dry days have decreased obviously in the region in most years after approximately the late 1980s, but meanwhile very long dry spells have increased, especially in the Hexi Corridor. The probability density function indicates that very long wet spells have increased in the Qilian Mountains. The East Asian summer monsoon index and western Pacific subtropical high intensity index possess strong and significant negative and positive correlations with rainfall extremes, respectively. Changes in land surface characteristics and the increase in water vapor in the wet season have also contributed to the changes in precipitation extremes over the river basin.     

西北区冰雹分布及与地温场的相关分析

利用1970—2001年历年1～12月中国西北地区冰雹日数资料,研究了它与3．2m深度的地温场及西北区降水场的关系。结果表明：西北区多雹区与少雹区均呈带状分布,并且山区多雹,平川少雹。进一步分析还发现,年雹日距平图与当年夏季3．2m地温场吻合得相当好,多雹带总与高地温带相吻合,少雹带则与低地温带相吻合。因此,一定深度的地温是控制冰雹多少的重要因子。     

中国西北区西部土壤湿度及其气候响应

利用中国西北区西部7个农业试验站1981—2001年0~40 cm的土壤湿度、降水、气温、水面蒸发和相对湿度观测资料,分析了逐站土壤湿度的月变化、年际特征及其气候响应。结果表明:(1)7站土壤湿度月变化分为平稳型和波动型;新疆各站土壤湿度沿垂直方向年际变化比较一致,但青海2个测站上下层趋势基本相反;新疆各站整层年际变化相对较大,而青海2个测站年际变化相对稳定;土壤湿度年际变化总体趋势随深度增加而减小。(2)进入20世纪90年代,多数站点土壤明显干化,个别站还存在突变现象,土壤湿度与气温有着显著的负相关。(3)土壤湿度和气候因子之间存在相互响应,土壤湿度与气温普遍存在负相关,土壤湿度与降水之间总体响应不明显。     

中国西北地区6月降水量最近30年明显递增

通过分析１９６１－１９９０年中国西北地区５省（区）８９个测站月降水量资料，指出６月降水量最近３０的递增明显。     

西北地区东部春季土壤湿度变化的初步研究

利用中国西北地区东部 (包括宁夏、内蒙古西部以及甘肃、陕西两省 35°N以北地区 )农业气象站近 2 0年固定地段旬土壤湿度资料 ,对该地区春季土壤湿度的变化进行了初步分析。结果表明 ,中国西北地区东部土壤湿度的变化具有 3年左右的周期 ,而且 2 0世纪 90年代以来呈下降的趋势 ,这与该地区的降水和气温变化有关系 ;西北地区东部的土壤湿度变化对该地区群发性沙尘暴的爆发有一定影响     

1981-2012年西北东部夏季降水不同强度雨日变化及其环流特征的对比分析

利用1981-2012年中国西北东部198个台站的逐日气象观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了近32年中国西北东部夏季不同强度降水的雨日和雨量的变化特征,并对比了产生不同强度降水的大气环流系统的异同。结果表明,西北东部夏季降水以小雨和中雨为主,二者占夏季雨日的90%以上、占夏季雨量的70%左右。小雨日数占总雨日的比率在空间上自东南向西北递增;中雨、大雨、暴雨和（特）大暴雨日数的比率自东南向西北递减。夏季小雨、中雨日数和降水量均呈减少的趋势,21世纪初的减少速率慢于20世纪80-90年代;暴雨则呈略微增多的趋势。通过对1981和2003年的个例分析发现,乌拉尔山阻塞高压、蒙古气旋和西北太平洋副热带高压增强西伸时,有利于北方干冷气流和南方暖湿气流在西北东部交汇,降水较多;反之则降水较少。在冷、暖空气均增强的背景下,若冷、暖气团的交界线偏南,西北东部主要受北方冷气团控制,南边界的水汽输送较微弱,易发生小雨;若冷、暖气团的交界线偏北,西北东部主要受到南方暖湿气团的影响,南边界的水汽输送和辐合较强,多出现强降水,降水强度取决于水汽的强度和上升运动的高度。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用1961—2020年我国西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比分析我国西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：西北地区夏季降水量占全年总降水量的50%以上。从整体上来看,西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%(43%),降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%(57%);降水量、降水日数同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年来,西北地区极端降水量和降水日数呈线性增加趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,不同区域变化位相存在一定差异。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用近60年西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比研究了西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：平均而言,西北地区夏季降水量占全年总降水量的50-70%。整体上西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%（43%）,降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%（57%）。两者同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年西北地区极端降水量和降水日数也呈现出线性增加的趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,但不同区域变化位相存在一定差异。     

西北地区气候变化新动态及对干旱环境的影响——总体暖干化,局部出现暖湿迹象

近50 a来,西北地区气温呈显著的上升趋势,降水变化空间差异突出,西北地区整体暖干化趋势明显,局部出现暖湿现象。气候变暖使冰川退缩,雪线上升,冻土消融,湿地退化,湖泊萎缩,河流流量减少,水资源越来越短缺,出现生态环境恶化问题。根据IPCC预测结果分析,未来西北地区气候变暖趋势会更加明显。从保护西北地区生态环境、完善气候变化综合监测系统以及开展重点区域气候变化过程专项研究等方面提出了对策建议。