青藏高原未来极端降水时空变化特征及海拔依赖性研究

极端降水对青藏高原生态—水资源—农业的可持续发展具有重要影响。基于CMIP6(coupled model intercomparison project phase 6)最新发布的大气环流模式(general circulation models,GCMs)日尺度降水数据,系统评估GCMs对青藏高原历史极端降水特征的模拟能力,并对未来时期极端降水进行预估。结果表明:多模式集合(multi-model ensemble,MME)能够更好地捕捉极端降水的时空分布特征,其中R95p、SDII、R1mm、CWD和PRCP在不同高程带表现出与观测值较为一致的变化趋势,然而,CMIP6 MME再现极端降水指数变化趋势的能力随海拔增高而降低。青藏高原未来近期、中期、远期在不同共享社会经济路径与典型浓度路径组合情景(shared socioeconomic pathways and the representative concentration pathways,SSP)下的极端降水特征预估结果表明,未来时期随时间的推移和温室气体排放浓度的增加,R95p、SDII、R1mm、CWD和PRCP相对于基准期均呈显著增加趋势,并且除SDII表现为东南部增幅最为显著以外,其他4个极端降水指数的增幅呈现较为一致的由西北向东南逐渐减小的空间分布特征。此外,各极端降水指数相较于基准期的变化率在低海拔地区(<2000 m)变异性最大,最大变化率超过200%。SDII表现出较强的海拔依赖性,SSP5-8.5情景下SDII在低(<3500 m)、中(3500~4500 m)、高(>4500 m)海拔下的相对变化率分别为-0.06%,14.45%,17.95%,表明高海拔地区极端降水强度增加更为显著。

雅鲁藏布江流域陆地水储量变化特征及归因

为准确识别高寒缺资料地区长序列陆地水储量变化特征及归因,该研究选取青藏高原东南部的雅鲁藏布江流域为研究区,基于2003—2017年的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星数据,结合欧洲中期天气预报中心的第五代产品ERA5(the fifth-generation reanalysis product of the European Centre for Medium Range Weather Forecasts)再分析资料和GLDAS(Global Land Data Assimilation System)陆面同化数据,开展青藏高原东南部地区陆地水储量变化研究。分别使用ERA5和GLDAS两套数据集,采用水量平衡法和组分相加法两种方法,将反演的4套陆地水储量结果与GRACE反演的陆地水储量变化(Terrestrial Water Storage Change,TWSC)进行对比分析。结果表明:基于GLDAS的组分相加法反演的陆地水储量变化与GRACE反演的结果最为一致。因此,基于GLDAS数据集,采用组分相加法进一步探究雅鲁藏布江流域长序列(1948—2017年)陆地水储量的时空演变规律。在1948—2017年期间,TWSC呈现显著增加的趋势,但是在2002年左右发生了突变,即2002年之前呈现极显著增加的趋势(0.024 mm/月,P<0.01),2002年之后呈现极显著减少的趋势(-0.397 mm/月,P<0.01)。进一步归因分析表明,2002年前后土壤含水量和雪水当量的变化趋势与陆地水储量变化的趋势一致。然而,2002年前后土壤含水量的变化对陆地水储量变化的贡献率分别为61%和99%,对陆地水储量变化起主导作用。在空间分布上,TWSC呈现出较大的空间异质性,主要体现在人类活动强度较高的“一江两河”地区和冰川分布集中的帕隆藏布地区。研究结果可为探究气候变化背景下青藏高原水储量时空演变机理提供可靠的参考方法和数据支持。

考虑自然变异的漳河流域未来气候变化情景预估

为探究自然变异对未来气候变化预估的影响,首先采用秩评分和多准则决策排序法在漳河流域进行GCMs适应性评估,进而构建考虑自然变异与否的统计降尺度模型MOS进行对比分析,最后采用典型浓度路径RCP下的多种排放情景(RCP2.6,RCP4.5与RCP8.5),对流域未来2021年—2050年的气候变化进行集合预估。研究结果表明:在统计降尺度模型中考虑自然变异可有效提升结果可靠度,尤其是模型验证期的模拟精度提升显著。多模式多情景下漳河流域未来年降水量较基准期的变化在-29%~10%之间;未来年最高、最低气温分别呈0.5℃~2.0℃和0.3℃~1.3℃的增加趋势,且随着温室气体排放浓度的增加而增幅变大(RCP8.5>RCP4.5>RCP2.6)。

CMIP6多模式在青藏高原的适应性评估及未来气候变化预估

随着CMIP6(coupled model intercomparison project phase 6)计划进行,新一代大气环流模式(general circulation model,GCM)输出结果陆续发布,及时探究在新模式新情景下青藏高原未来降水及气温的变化规律至关重要.在对CMIP6多模式进行适应性评估的基础上,运用DM(direct method)统计降尺度方法,以1979-2014年为基准期,预估青藏高原未来近期(2031-2050年)、远期(2061-2080年)在共享社会经济路径与典型浓度路径组合情景(shared socioeconomic pathways and the representative concentration pathways,SSP)包括低强迫情景(SSP126)、中等强迫情景(SSP245)、中等至高强迫情景(SSP370)、高强迫情景(SSP585)下的降水、平均气温、最低气温、最高气温的时空演变规律.结果表明:相较于基准期,不同GCM对青藏高原未来降水的预估总体呈现增加趋势,近期降水较基准期变幅为-3%~16%,远期变幅为-1%~21%.未来平均气温、最低气温和最高气温均呈现一致的增温趋势,且增幅较为一致.相较于基准期,近期气温变化范围为0.9~2.3℃,远期气温变化范围为1.01~4.6℃.随着排放强度的增加,三者升温趋势愈加显著,即升温趋势由强至弱排序为SSP585、SSP370、SSP245、SSP126.此外,青藏高原气温变化在海拔高度上具有显著的依赖性,整体表现为青藏高原北部高海拔地区增温高于青藏高原东南部低海拔地区.研究结果可为揭示气候变化对高寒区水循环的影响机制提供科学依据.