中国21世纪气候变化情景的统计分析

利用区域气候模式系统PRECIS,分析SRESA2、B2情景下21世纪的三个时段中国地面气温和降水的变化,并对B2情景下中国区域地面气温和降水可能的变化趋势进行统计分析。结果表明,未来极端高温和降水事件将会增加,而极端低温事件将会减少。对全国七大区平均地面气温和降水变化的分析显示:未来东北、华北和西北地区夏季增温大而降水增加少,暖干化趋势较明显;华中、华东和华南地区的夏季降水增加明显而冬季增加较少,尤其是华南冬季的降水明显地减少,这表明这些地区夏季的洪涝和冬季的干旱都会加重。

未来不同气候变化情景下我国玉米产量的初步预测

玉米是我国重要的粮食和饲料作物,研究气候变化对我国玉米产量的影响有重要意义。采用区域气候模式与CERES-Maize模型相结合的方法,模拟了基准气候(BS,1961—1990年)和A2、B2两种温室气体排放方案下2011—2100年我国雨养和灌溉玉米产量,初步预测了未来不同气候情景下玉米产量的变化状况。结果表明,如果保持现有的玉米生产状况,气候变化将导致我国玉米主产区的玉米单产普遍降低,总产下降,给玉米生产带来一定经济损失。A2气候变化情景对我国玉米产量的负面影响要大于B2情景。CO2肥效作用可以在一定程度上缓解这种负面影响,其缓解作用对雨养玉米更明显。未来全国玉米主产区的雨养和灌溉玉米的稳产风险及低产出现的概率将会增大,总产的年际波动更剧烈。由于目前研究结果是未考虑农业生产的适应措施而得出的,可能会高估气候变化的负面影响。

气候变化情景下宁夏马铃薯单产变化模拟

将DSSAT-SUBSTOR马铃薯模拟模型与PRECIS区域气候模式相嵌套,在25km×25km网格尺度上,模拟未来气候情景下宁夏马铃薯产量变化,分析影响未来马铃薯产量变化的主要原因。结果表明:在目前的品种、种植方式、田间管理不变的情况下,两种温室气体排放方案下,从2020s到2080s宁夏马铃薯单产均降低8.7%～41.3%,A2情景下马铃薯减产幅度大于B2情景,中部干旱带减产幅度大于南部山区。造成马铃薯减产的主要原因是,(1)未来宁夏马铃薯主产区马铃薯生育期内降水量减少,而马铃薯需水量显著增加,马铃薯缺水量加大;(2)马铃薯块茎膨大期气温显著升高,不利于块茎养分积累。

PRECIS模式对宁夏气候变化情景的模拟分析

使用英国Hadley气候中心区域气候模式PRECIS,分析了B2温室气体排放情景下,相对于气候基准时段1961～1990年宁夏2071～2100年(2080s)地面气温、降水量等的变化。结果表明:PRECIS模式能够很好地模拟宁夏气温的分布特征,对夏季最高气温的模拟效果好于冬季最低气温;较好地模拟出了宁夏降水南多北少的空间差异特征,且对夏季降水的模拟能力明显强于年均降水和冬季降水。相对于气候基准时段,在B2情景下,2080s宁夏年平均、冬季和夏季平均气温均明显上升,宁夏北部和南部的部分地区气温上升幅度最大,夏季平均气温和最高气温上升幅度大于冬季平均气温和最低气温;未来宁夏年、冬季和夏季平均降水较基准时段均有所增加,但降水随年代际却呈减少趋势,由于气温和降水的气候变率加大,2080s宁夏出现高温、干旱、洪涝等异常天气事件的可能性增大。

基于土地利用变化情景的城市暴雨洪涝灾害风险评估——以深圳市茅洲河流域为例

近年来频发的暴雨洪涝成为威胁城市可持续发展的主要灾害类型,而土地利用变化改变了区域原有的景观结构和水文过程,是城市暴雨洪涝灾害风险加剧的重要诱因,定量探讨土地利用变化对暴雨洪涝灾害及其风险影响具有重要意义。以深圳市茅洲河流域为例,基于CLUE-S模型、SCS模型及等体积淹没算法等,对12种暴雨洪涝致灾-土地利用承灾情景下的城市暴雨洪涝灾害风险进行定量模拟。研究结果显示,相同土地利用空间格局下城市暴雨洪涝灾害随暴雨致灾危险性增加风险加剧显著;在同等致灾危险性水平下随建设用地面积增加,中等风险和高风险区面积均呈现较为明显的增加趋势,中、高风险区面积与建设用地面积的增加率表现出较高的协同变化特征;以50年遇危险性水平为例,随着建设用地面积由基期的15368.85hm^2增加至近期16076.07hm^2和远期16750.89hm^2,高风险区面积由254.07hm^2增加至276.48hm^2和286.2hm^2。由此可见,尽管暴雨强度的增加是城市暴雨洪涝灾害风险加剧的根本诱因,但是以建设用地面积增加为表征的土地利用变化对暴雨洪涝灾害风险的影响不容忽视。

统计降尺度法对华北地区未来区域气温变化情景的预估

迄今为止，大部分海气耦合气候模式（AOGCM）的空间分辨率还较低，很难对区域尺度的气候变化情景做合理的预测。降尺度法已广泛用于弥补AOGCM在这方面的不足。作者采用统计降尺度方法对1月和7月华北地区49个气象观测站的未来月平均温度变化情景进行预估。采用的统计降尺度方法是主分量分析与逐步回归分析相结合的多元线性回归模型。首先，采用1961-2000年的NCEP再分析资料和49个台站的观测资料建立月平均温度的统计降尺度模型，然后把建立的统计降尺度模型应用于HadCM3SRESA2和B2两种排放情景，从而生成各个台站1950-2099年1月份和7月份温度变化情景。结果表明：在当前气候条件下，无论1月还是7月，统计降尺度方法模拟的温度与观测的温度有很好的一致性，而且在大多数台站，统计降尺度模拟气温与观测值相比略微偏低。对于未来气候情景的预估方面，无论1月还是7月，也无论是HadCM3SRESA2还是B2排放情景驱动统计模型，结果表明大多数的站点都存在温度的明显上升趋势，同时7月的上升趋势与1月相比偏低。

未来气候变化情景下江苏水稻高温热害模拟研究Ⅰ:评估孕穗-抽穗期高温热害对水稻产量的影响

将江苏省气候、土壤、水稻产量、田间试验等相关资料作为CERES-Rice模型的输入文件,通过校准和验证获得江苏水稻品种徐稻2号的遗传参数,利用WCRP耦合模式CMIP3的多模式数据下的A2和A1B两种方案,并结合CERES-Rice模型,模拟分析A2和A1B两种情景下2020s(2011-2040)时段不同高温强度及其持续时间的热害对水稻产量的影响。结果表明,CERES-Rice模型在江苏地区具有较好的模拟能力;A2和A1B两种情景下高温热害会使江苏省水稻产量下降,最高减产率为17%。高温强度一定时,高温持续日数越长,水稻减产率越大。高温持续日数一定时,温度越高对水稻造成的危害越重。可见,未来气候情景下孕穗-抽穗期高温热害将使江苏省水稻减产,研究结果可为合理制定江苏水稻生产防灾减灾措施提供理论支撑。

统计降尺度法对未来区域气候变化情景预估的研究进展

由于迄今为止大部分的海气耦合气候模式 (AOGCM)的空间分辨率还较低,很难对区域尺度的气候变化情景做合理的预测,降尺度法已广泛用于弥补AOGCM在这方面的不足。简要介绍了 3种常用的降尺度法:动力降尺度法、统计降尺度法和统计与动力相结合的降尺度法;系统论述了统计降尺度方法的理论和应用的研究进展,其中包括:统计降尺度法的基本假设,统计降尺度法的优缺点,以及常用的 3种统计降尺度法;还论述了用统计降尺度法预估未来气候情景的一般步骤,以及方差放大技术在统计降尺度中的应用;同时还强调了统计降尺度方法和动力降尺度方法比较研究在统计降尺度研究中的重要性;最后指出统计与动力相结合的降尺度方法将成为降尺度技术的重要发展方向。

气候变化情景下黄河天然径流预测研究

1961—2000年黄河天然径流量呈减小趋势,且径流变化与降水量变化过程基本一致。选用IPCC提出的A2、B2两种温室气体排放方案,并采用北京大学在黄河流域未来气候情景研究中的降尺度成果,以黄河流域未来气候情景模式和预测成果为基础,建立黄河水量平衡模型,预测黄河主要断面的未来天然径流量并分析其时空变化。结果表明:黄河径流量2050年将减少29.3亿～61.1亿m3,2100年将减少42.2亿～71.2亿m3;从空间分布来看,上游兰州以上主要产水区的降水量、径流量有较大幅度减小,其他区域产流量有所增加;从径流年内分配来看,冬季、春季略有增加或基本不变,夏季、秋季减少明显。

气候变化情景下的地下水潜在补给变化影响分析——以栾城试验站为例

了解气候变化影响下的地下水潜在补给变化对于地下水资源的科学管理与评价是非常必要的。以栾城生态试验站为典型研究区,联合应用ClimGen天气发生器和地下水补给Visual HELP模型,对未来气候变化情景下的地下水潜在补给速率进行了评估。结果显示:在降水减少10%(P)、温度上升2℃(T)以及两者同时发生(P&T)三种情景下,未来(2011年-2040年)地下水多年平均补给速率相比基准(1961年-1990年)分别下降了23.33%、4.42%、26.01%,其中降水的减少对地下水入渗补给的影响尤为明显。该项研究对于指导地下水资源的科学管理与可持续开发利用具有重要意义。

PRECIS模式对内蒙古气候变化情景的模拟与分析

利用英国Hadley气候中心研制的区域气候模式系统PRECIS,嵌套全球环流模式HadCM3,模拟了气候基准时段1961—1990年内蒙古平均气温。通过模拟结果与实测值的对比分析,预测并分析了在B2温室气体排放情景(SRES)下,2071—2100年内蒙古气温的变化情景。结果表明:PRECIS模式较好的模拟出了内蒙古1961—1990年30年平均的气温分布,特别在模拟从东北向西南温度递增趋势上表现了良好的能力,尤其是在锡林浩特以东地区,模拟的高低值中心位置和范围与实况比较吻合,且对夏季温度的模拟能力明显强于其他季节。在B2排放情景下,未来2071—2100年内蒙古气候继续向暖的方向发展,年平均气温、冬季和夏季平均气温均呈显著上升趋势,全区增温3.5～5℃,升幅最大的地区在阿拉善中西部。

未来气候变化情景下海南岛绿橙种植气候适宜性分析

基于海南岛主岛19个气象站点连续40a(1980-2019年)逐日气象数据及地形等要素,建立空间分析模型,综合确定海南岛绿橙种植气候适宜区指标。在气候适宜度模型基础上构建海南岛绿橙种植温度、日照、降水以及综合适宜度模型,采用地理信息系统(GIS)技术综合分析,利用自然点断法对绿橙种植气候适宜性进行精细化区划,并利用RCP4.5未来气候情景模式模拟数据探讨未来30a(2020-2049年)气候变化情景下海南岛绿橙种植适宜区变化趋势。结果表明:现阶段海南岛绿橙种植最适宜区主要分布于中部地区,面积0.87×10^(4)km^(2),气候适宜度为0.9~1.0;适宜区主要分布于东部局部地区及中西部大部地区,面积1.83×10^(4)km^(2),气候适宜度为0.7~0.9;次适宜区主要分布于西部沿海及中西部海拔较高地区,面积0.51×10^(4)km^(2),气候适宜度为0.4~0.7;不适宜区主要分布于中部山区,面积0.17×10^(4)km^(2),气候适宜度为0~0.4。未来气候变化情景下海南岛气温、降水分布呈较大变化,温度适宜区由四周向中部逐渐缩小,降水适宜区由东部逐渐迁移至中部地区。未来绿橙种植气候最适宜区主要分布于琼中、屯昌和保亭县大部分地区、万宁市西部及白沙县中东部等地。

气候变化情景对柑橘木虱潜在地理分布的影响

为柑橘木虱检疫检验和有效防控提供参考,选用MaxEnt软件研究不同气候变化情景下柑橘木虱在中国的适生地理分布。结果表明:1970-2000年气候条件下,柑橘木虱高适生区主要集中在长江以南地区,面积为129.13×10^4km^2;中适生区主要分布在高适生区北部,面积为44.81×10^4km^2。1970-2000年至2061-2080年,在温室气体浓度情景RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,高适生区面积呈先减后增趋势,而高适生区和总适生区的几何中心均呈向东北方向移动趋势。

变化情景下昆明市松华坝水源区径流变化研究

选用昆明市日气象资料、松华坝水源区降水资料,结合水源区土壤及土地利用数据,建立松华坝水源区SWAT模型.分别用水源区牧羊河流域中和站及冷水河流域白邑站的月径流资料对模型进行参数率定和验证.结合IPCC的A1F1、B1气候变化情景以及15种假定气候情景,以1993～1999年为基准期,用率定好的SWAT模型预估未来变化情景下松华坝水源区两流域径流变化.结果表明,在A1F1和B1情景下牧羊河流域径流相对基准期分别减少6.7％和5.3％,而冷水河流域径流变化不大;另外,水源区温度升高1℃,牧羊河和冷水河径流分别减少9.6％和1.53％;若降水增加10％,则牧羊河和冷水河径流分别增加22.55％和13.9％.这一结果为未来变化情景下水源区水资源调度管理提供依据.

土地利用变化情景下牧羊河水文响应研究

土地利用方式变化影响水量平衡各要素的分配,进而导致流域水源涵养能力发生变化。本研究选用长江流域金沙江水系下段牧羊河小流域内及周边气象站气象资料,植被、土壤以及地形数据,构建了研究区SWAT水文模型,并分析其在牧羊河适用性后,结合1986—2009年的土地利用以及设置的人类活动增强和生态环境改善的4种土地利用变化情景,用SWAT模型分析了土地利用变化下牧羊河水文响应。结果表明,径流依次按1986、2000、2009、1995年土地利用方式减小,而蒸散依次按2009、1986、2000、1995年土地利用方式减小,土地利用对径流和蒸散的影响在汛期大于非汛期,随着林地面积的增加径流将减小;将现有耕地变为林地或变为草地都有助于减少径流,从流域水源水量涵养角度出发,构建适宜的生态系统将有助于减少径流和蒸散,而增加入渗。这一结果为牧羊河水源涵养林建设提供科学依据。

气候变化情景模式下大洋河径流响应研究

为定量分析气候变化情景模式下大洋河径流响应规律,利用分布式水文模型SWAT模型,基于大洋河沙里寨水文站2000-2010年水文数据以及沙里寨水文站以上集水区域各降雨站点2000-2010年降雨数据对SWAT模型进行率定和验证。基于率定后的SWAT模型,通过设定4种气候变化情景模式(假定气温℃,降水量变化),定量分析不同气候变化情景模式下大洋河径流响应规律。研究结果表明:SWAT模型在大洋河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差在10%以内,确定性系数达到0.85以上;在降水不变情况下,气温升高2℃,流域径流减少4.09%,而气温降低2℃,径流增加3.01%;在气温不变情况下,降水量减少10%,流域径流量减少5.23%;降雨量增加10%,流域径流量增加5.11%。

不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失影响研究

为定量分析不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失的影响,以大凌河中游大城子站以上集水区域作为研究流域,基于大城子站2000—2010年水文数据,运用分布式水文模型SWAT模型,定量模拟分析4种气候变化情景模式对大凌河水土流失的影响。研究结果表明:SWAT模型在大凌河中游水土流失具有较好的模拟精度,模型在参数率定期和验证期,模拟的水土流失相对误差<15%,确定性系数达到0.6以上,模型可用来定量评价不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失的影响;在4种气候变化情景模式下,在降水量不发生变化前提下,气温升高4℃和减低4℃,流域水土流失相应减少20%和增加20.87%,在气温不发生变化的前提下,降水量减少15%和增加15%,流域水土流失相应减少31.30%和增加33.91%。

气候变化情景模式下大洋河水土流失响应研究

以大洋河沙里寨水文站以上集水区域作为研究流域,基于沙里寨水文站2000—2010年水文数据,运用分布式水文模型SWAT模型定量分析4种气候变化情景模式(大洋河水土流失影响假定气温℃,降水量变化)定量分析不同气候变化情景模式下大洋河水土流失的响应。研究结果表明:SWAT模型在大洋河流域水土流失具有较好的模拟精度,模拟的输沙量相对误差在20%以内,确定性系数达到0.55以上,模型可用来定量分析不同气候模式情景对流域水土流失的影响;在降水量不变情况下,气温升高3℃,流域水土流失减少6.65%,而气温降低3℃,水土流失增加8.86%;在气温不发生变化情况下,降水量减少15%,流域水土流失量减少15.51%;降水量增加15%,流域水土流失量增加17.73%。

不同气候变化情景模式下淮河上游径流响应研究

运用SWAT模型定量分析2种不同气候变化情景模式(气温+2℃,降水量+5%)下淮河上游径流响应,结果表明:SWAT模型在淮河上游径流模拟具有较好的适用性,模型模拟的径流相对误差小于10%,确定性系数达到0.8以上,模型可用来定量模拟淮河上游不同气候变化情景模式下径流响应;气温升高2℃,流域径流量减少6.67%,降水增加5%,流域径流量增加7.56%。研究成果对于淮河上游水资源保护和利用具有参考价值。

基于土地利用变化情景的生态系统服务价值评估:以钱江源国家公园体制试点区为例

土地利用变化是生物多样性与生态系统服务变化的主要原因之一。评估土地利用变化对生物多样与生态系统服务影响对于政府决策具有重要作用。钱江源国家公园体制试点区是钱塘江的源头,也是国家的重点生态功能区。本研究以钱江源国家公园体制试点区为研究区,首先设计自然发展情景、规划情景、生态保护情景和开发利用情景等4种2025年不同土地利用变化情景,随后采用In VEST模型和CLUE-S模型分析不同情景下钱江源国家公园水资源供给、涵养水源、固碳释氧、土壤保持、环境净化和生境质量等生态系统服务及其价值变化。结果表明:(1)核心保护区和生态保育区的生态系统服务价值占钱江源国家公园总价值的88.30%。(2)生态保护情景下钱江源国家公园生态系统服务价值最高,有129.17亿元;规划情景下生态系统服务价值次之,有126.92亿元。(3)规划情景下钱江源国家公园水资源供给服务优于生态保护情景,其他生态系统服务则次于生态保护情景。考虑到钱江源国家公园为下游提供重要的水资源这一功能,将规划情景作为试点区2025年最优的土地利用变化情景。