人类排放情景的设计与全球变暖预估

1气候变化的原因全球气候变化除地球系统内部变率外,自然强迫和人为强迫是重要的外部驱动力。其中自然强迫包括太阳活动和火山活动。人为强迫即人类活动,包括大量化石燃料燃烧排放温室气体、土地利用,以及气溶胶与污染排放等,其强度取决于人口发展与变化、社会经济发展、技术变化及其内部的协调性等。本文重点给出人类强迫的影响。IPCC第六次评估报告明确表明,近百年特别是近几十年来观测到的全球变暖归因为人类活动的影响。

中国2050年的能源需求与CO_2排放情景

利用国家发展和改革委员会能源研究所能源环境综合政策评价模型(IPAC模型),对中国未来中长期的能源需求与CO2排放情景进行了分析,对该情景的主要参数和结果进行了介绍,并对模型中的政策评价进行了介绍。同时报告了实现减排所需的技术。结果显示:未来中国经济将快速增长,能源需求和相应的CO2排放也将明显快速增加,与2005年相比,2030年能源需求可能增加1.4倍,2050年可能增加1.9倍。但中国也有较大的机会在2020年之后将能源需求量的增加幅度明显减小,将CO2排放控制住,使之不再出现明显增长,甚至有可能在2030年之后下降。

未来不同排放情景下气候变化预估研究进展

概述未来不同排放情景下气候变化预估研究的主要进展。首先,对用于开展气候变化预估研究的不同复杂程度的气候系统及地球系统模式及其模拟能力进行了简要的介绍,指出虽然目前气候系统模式在很多方面存在着较大的不确定性,但大体说来可提供当前气候状况的可信模拟结果;进而介绍了IPCC不同的排放情景,以及不同排放情景下全球与东亚区域气候变化预估的主要结果。研究表明,尽管不同模式对不同情景下未来气候变化预估的结果存有差异,但对未来50～100年全球气候变化的模拟大体一致,即全球将持续增温、降水出现区域性增加。在此基础上,概述了全球气候模式模拟结果的区域化技术,并重点介绍了降尺度方法的分类与应用。同时对气候变化预估的不确定性进行了讨论。最后,对气候变化预估的研究前景进行了展望,并讨论了未来我国气候变化预估研究的重点发展方向。

不同温室气体排放情景下未来中国地面气温变化特征

采用20多个参与政府间气候变化委员会第4次评估报告(IPCC AR4)的全球气候模式,在20世纪气候模拟试验和SRES B1、A1B和A23种排放情景下进行数值集合分析,结果表明未来中国大陆的气温变化有着明显的时间和空间差异.21世纪,中国大陆年平均气温呈显著升高趋势,至2099年平均增温范围为2.5～4.9℃,高于全球平均值.冬季升温明显高于其他季节,年较差呈减小趋势.21世纪前期,变暖预估值受排放情景假设或模式敏感性的影响较小,不同排放情景和不同模式之间的预估结果一致,中国大陆平均增温范围为0.88～0.92℃,21世纪中期以后这种差异逐渐增大,增暖范围为2.44～4.28℃.相对于1980-1999年平均气候场,中国大陆平均升温值在20世纪50年代前后达到2℃,此后,A1B及A2情景下中国大陆气温快速升高,在21世纪60年代末达到或超过3℃,但区域差异明显,升温值达2℃的时间由北至南在不同排放情景下相差10～30a,东北、西北地区将成为未来受气温升高影响最为敏感的地区.

中国农业氧化亚氮排放情景研究

采用国际应用系统分析研究所的"牲畜和粮食产量动态模型",模拟出2000-2030年间中国粮食和牲畜的数量和需求量的地理分布,然后应用GAINS模型预测我国未来农业N2O排放量。结果显示,2000年我国农业N2O排放量为1533ktN2O,到2030年将增加到2000ktN2O左右,增长31%;农田N2O排放占农业N2O总排放量的80%,2030年农田N2O的排放量比2000年增长37%。由于活动水平数据的模拟结果不同,各情景的N2O排放量不同,其中INMIC_低情景中N2O的排放量稍高于中、高排放情景。我国农业N2O排放主要集中在山东、河南、四川、河北,江苏、湖南、云南、安徽等省,到2030年,黑龙江、内蒙古、新疆、云南和湖南五省的N2O增加量在30ktN2O以上。硝化抑制剂作为N2O的减排措施,从2015年开始实施,减排效率由4%上升到16%。采用IPCC默认排放因子会高估我国农田N2O排放。

中国不同排放情景下人为气溶胶的气候效应

本文利用区域气候模式RIEMS2.0(Regional Integrated Environmental Model System)和2006年以及2020年三种排放情景下的排放资料,研究了2006年气候背景下的人为气溶胶的浓度分布特征及辐射效应,估算了未来不同排放情景下人为气溶胶的主要成分硫酸盐、硝酸盐、黑碳、有机碳(含二次有机碳)的综合气候效应.结果表明:(1)2006年中国地区人为气溶胶浓度硫酸盐>有机碳>硝酸盐>黑碳,其区域柱浓度平均值分别为6.0、4.0、1.3和0.3mg/m2.(2)2006年硫酸盐、硝酸盐、有机碳和黑碳的平均辐射强迫分别为-1.32、-0.60、-0.40和0.28W/m2.硫酸盐、硝酸盐和有机碳的负辐射强迫超过黑碳的正辐射强迫,人为气溶胶总辐射强迫为-1.96W/m2.(3)人为气溶胶的辐射效应及引起的地面气温变化对排放源非常敏感,未来采取不同排放政策导致的人为气溶胶的含量及辐射效应有较大差异.在未来排放增加的情景下,各区域的气溶胶浓度、辐射强迫、气温下降幅度和降水减少幅度也相应加大.

A2和B2排放情景下气候变化对福建省水稻生产的阶段性影响

选择IPCC排放情景特别报告（SRES）中的A2和B2方案,利用区域气候模式PRECIS构建的气候变化情景文件与作物模型（CERES-Rice）耦合,采用雨养与灌溉两种方式,并综合考虑未来CO2浓度增加带来的直接增益效应,模拟了未来2020s及2040s两个时段气候变化对福建省水稻生育期与产量的影响。结果表明：无论是雨养方式还是灌溉方式,未来全省各稻区水稻生育期都将缩短,并且随着温度增高,2040s时段缩短的时间较2020s更长,单季稻生育期缩短时间最长,可达15~20 d。雨养条件下,除了闽东南双季稻区后季稻在2020s时段表现为2.3%（A2）和3.1%（B2）较小幅度的增产外,其他稻区各种稻作制度下的水稻产量较之BASE均出现了不同幅度的减产。闽西北稻区后季稻减产幅度最大,2020s时段A2和B2情景下减产幅度依次为6.9%和10.2%,2040s时段减产幅度进一步加大至14.1%和15.6%。闽东南稻区后季稻模拟结果较为乐观,尤其是在灌溉条件下表现为不同幅度的增产,两种情景下分别增产了1.7%、3.9%。双季稻种植区的后季稻产量稳定性均不如早稻和单季稻的,且随着温度升高,到2040s产量不稳定性有增加的趋势。灌溉在一定程度上可以缓解未来高温天气带来的产量波动。从全省的总产变化趋势来看,A2和B2两种排放情景模拟的结果都不容乐观,即使采用充分灌溉的方式,也依旧表现为减产。2020s时段,两种情景下分别减产0.74%与2.44%;2040s时段,两种情景下减产为3.50%与3.23%。未来早稻和单季稻生长季的土壤水分条件将变得不如目前湿润,与之相关的灌溉需要量均有所增加。

两种温室气体排放情景下中国汛期江淮暴雨低涡特征研究

本文基于一个水平分辨率为50 km的区域气候模式Reg CM4(Regional Climate Model,version 4.0)的模拟与预估结果,对我国汛期江淮暴雨低涡在气候变化背景下的统计特征与合成结构进行分析,进一步对两种温室排放情景下未来中国汛期的江淮暴雨低涡特征进行预估。结果表明:Reg CM4模式对环境要素及低涡都具有一定的模拟能力,低涡的伸展高度、生命期及暴雨位置模拟结果与观测较为接近,但模拟的低涡个数、最大暖区高度以及温、湿要素分布均比实际略偏低,而风速和低涡的强度模拟则偏强;在未来两种温室排放情景预估方面,RCP4.5(Representative Concentration Pathways,简称RCP)典型浓度排放情景下,暴雨低涡数量比例减少,强度减弱,但低涡发展高度仍以850 h Pa为主,生命期多为2 d以内,低涡雨区分布及最大暖区高度均与历史时段相近;RCP8.5情景下,暴雨低涡比例明显大于RCP4.5情景,低涡发展高度以700 h Pa为主,生命期达3 d的增多,强度增强,最大暖区厚度范围显著伸展。两种情景下均有低涡中温度锋区减弱,而湿度锋区增强,但RCP8.5情景减弱与增强更显著,显示更高的温室气体排放将导致未来出现更强的暴雨低涡,造成伴随暴雨的低涡灾害性天气的增加,因此应进一步深化对低涡暴雨灾害性天气发展趋势的研究。

不同排放情景下塔里木河流域近52年水循环要素变化及未来趋势的分析

塔里木河流域是生态环境极端脆弱的干旱内陆河流域之一,探讨不同情景下水循环要素的变化趋势对于干旱区流域水资源的调控具有重要意义。本文以1958-2010年间玛纳斯河气象水文资料为基础,并根据RCP8.5、RCP6.0、RCP4.5三种不同温室气体排放情景下的气候模式,对21世纪塔里木河流域的水循环要素可能的变化趋势进行分析,结果表明:塔河山区水循环要素与平原区水循环要素大体上均表现出了上升趋势,山区土壤水分通量(W)增长趋势最为微弱,21世纪初期与90年代相比仅增长了1.1×108m3,塔河荒漠区壤中流(RI)、年地下径流(RG)、年地表径流(RS)均在50年代末至90年代末呈减小趋势,土壤水分通量(W)整体呈上升趋势;在IPCC所设定的3种排放情景下,塔里木河流域山区与平原区水循环要素在21世纪整体均表现出上升趋势,RCP4.5模式下水循环要素整体上升速度最小,RCP8.5模式下上升速度快于RCP6.0模式,塔里木河流域荒漠区21世纪RG、RS、W在3种排放情景下变化幅度基本一致,其他水循环要素变化量未在21世纪发生较大幅度的变化。水循环要素的变化趋势以及定量分析,为塔里木河流域人水协调提供科学依据,促进整个塔里木河流域经济的可持续发展。

不同排放情景下贵州21世纪气候变化预估

利用IPCC AR4提供的模式预估结果,分析了不同排放情景下21世纪贵州气候变化特征,结果表明:21世纪由于人类排放的增加,贵州省将继续变暖、变湿。到21世纪后期(2071—2099年)贵州省温度比常年高2～3.2℃,降水比常年多3.8%～5.8%。且在SRES A2(高排放)、A1B(中排放)、B1(低排放)情景下贵州省年平均温度(降水)整体变化幅度分别为4.0℃/100a(136 mm/100a)、3.6℃/100a(96 mm/100a)、2.1℃/100a(61 mm/100a),体现了排放量越高,增温(增湿)越显著的特征。从季节特征来看,不同情景下冬季温度的增加趋势都大于其它季节;冬季降水预估没有明显的变化趋势,其余季节基本上以上升趋势为主。其中在A1B、B1排放情景下21世纪前期(2011—2040年)降水有减少趋势,在A2情景下降水无明显变化趋势。

基于低碳发展的我国各省碳排放情景分析

为争夺未来发展至高点,全球掀起了以发展低碳经济为特征的新一轮绿色革命和技术创新的浪潮。本文采用情景分析的方法,得出了到2020年30个省、自治区、直辖市在基准情景、目标情景和低碳情景下的二氧化碳排放总量分别为40亿吨、36亿吨和33亿吨的结论,并在此基础上提出诸多政策建议。

基于19个站的不同排放情景下贵州21世纪气候变化预估

运用IPCC AR4提供的模式预估结果,分析了基于19个站的不同排放情景下21世纪贵州气候变化特征,结果表明：21世纪贵州省将继续变暖、变湿,且人类排放越大,增温增湿的幅度越大.从未来情景气候预估的区域性特征来看,相对于基准期（1981-1999年）,2011-2040年,A2（高排放）、A1B（中排放）和B1（低排放）3种排放情景下全省年平均气温偏暖在1℃以下,且省北部地区偏暖程度略大.2041-2070年,3种排放情景下全省年平均气温分别比基准期偏暖1.6～2℃、1.8～2.4℃和1.2～1.8℃,且均表现为省东北部偏暖幅度大、西南部偏暖幅度小的态势.2071-2099年,偏暖态势亦是东北部多、西南部少,3种排放情景下分别比基准期偏暖3℃以上、2.6～3.2℃和1.8～2.2℃.降水方面,前期（2011-2040年）在A2和A1B情景下相对于基准期全省年平均降水以偏少为主,偏少幅度在2％以内,在B1情景下相对于基准期省西北部降水偏少东南部降水偏多,变化幅度基本在1％以内.21世纪中期（2041-2070年）和后期（2071-2099年）在3种排放情景下全省各区域降水相对于基准期均是偏多.其中2041-2070年,3种排放情景下全省年平均降水分别偏多0％ ～ 3％,2％ ～ 5％和1％～3％,且偏多态势分布在3种情景下均不一致.2071-2099年,降水偏多的态势为南多北少,具体表现为3种排放情景下分别偏多4％以上,3％以上和2％～5％.

IPCC第三工作组第二次新排放情景研讨会简介

根据IPCC全会的要求,IPCC第三工作组组织了第二次IPCC新排放情景研讨会,该会议于2005年6月29日至7月1日在奥地利拉克森堡召开.与会代表包括研究人员、政府官员、企业代表、非政府机构人员等100人左右.

碳中和愿景下的污水处理厂温室气体排放情景模拟研究

污水处理厂运行过程中大量释放甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O),是重要的人为温室气体排放源。基于2005—2015年统计资料和IPCC核算方法,估算了2005—2015年中国生活污水处理厂CH4和N2O排放,分析了其排放特征和影响因素;依据碳中和愿景设定3种减排情景(低减排、中减排和高减排),并预估了2020—2050年排放趋势和时空变化。结果表明:2005—2015年间污水处理厂温室气体排放量呈稳定增长趋势,CH4从1135.37万t CO2e上升至1501.45万t CO2e,N2O从2651.08万t CO2e上升为2787.05万t CO2e,年均增速分别为2.8%和0.5%。3种减排情景下,2020—2050年CH4和N2O排放量时间上呈先增后减趋势,低减排情景下CH4和N2O排放量分别于2036年和2025年达到峰值,分别为2431万和2819万t CO2e;中减排情景和高减排情景下CH4峰值点分别出现在2027和2025年,而N2O排放峰值均出现在2025年。2050年中减排和高减排情景下CH4排放量相较于低减排情景减排率约为47%和94%;2050年低减排、中减排和高减排情景下N2O排放量相较于2015年分别减排了12%、53%和95%。CH4和N2O排放量在空间上差异显著,华东地区排放量高,西北地区排放量低,东南区域所在省份排放量整体高于西北区域省份。影响因素中的经济发展程度与温室气体排放量密切相关。

新一代温室气体排放情景下安徽省未来气候变化预估分析

基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的新一代排放情景,和中国气象局发布的"中国地区气候变化预估数据集V3.0",针对安徽省,笔者选择1971—2000年作为基准期,采用区域气候模式模拟的方法,对比分析安徽省未来气候变化特征,重点评估近期内即未来20年气候变化趋势。模拟结果显示,未来20年不同情景下安徽省平均气温均为上升,全省平均增温幅度约0.9~1.1℃;而降水量变化具有不同特征,较低排放情景下降水量以上升为主,高排放情景则以下降为主。到2050s全省平均气温相比于基准期将升高1.6~1.7℃,升温幅度呈现北高南低的特征;全省降水量相比于基准期将下降50~90 mm,各地降水量均呈下降趋势。另外,通过对降水和气温的模拟,预估未来该地区旱涝演替更加频繁,高温热浪等事件也将进一步频发。

中、高温室气体排放情景下2069~2098年中国冬小麦气候适宜种植分区对比

基于温度、降水、光照等指标,通过利用区域气候模式所预估的分辨率为1°(纬度)×1°(经度)的未来气候预估数据,对1981~2005年的基准期和RCP4.5、RCP8.5两排放情景下2069~2098年中国热量资源以及冬小麦种植界限、理论生育期和气候适宜种植分区的空间分布特征进行了对比分析。研究主要结论为:与基准期相比,两未来气候变化情景下我国热量资源、冬小麦种植条件与气候适宜性差异显著。且相比于RCP4.5情景,在RCP8.5情景下中国2069~2098年多数地区热量资源增加、冬小麦种植北界和南界北移东扩、可种植面积扩大,多数区域理论适宜播种期推迟、理论成熟期提前、潜在生长季缩短,且潜在生长季内的光—温—水配置使得冬小麦气候适宜性有所提高。但由于冬小麦为喜凉作物,对高温胁迫非常敏感,RCP8.5情景下更多的极端高温天气和不对称增温等因素带来的负面影响很可能抵消前述光—温—水配置所带来的有利影响,从而降低冬小麦的种植适宜性。因此,未来研究工作仍应致力于减缓气候变化,以保障我国粮食生产的安全。

CMIP6模式大气中南北半球水汽质量反相变化:不同温室气体排放情景差异

在大气质量南北涛动季节变化过程中,水汽质量变化与干大气质量南北涛动时间序列存在明显的反位相变化关系。使用2015年1月—2100年12月的CMIP6资料分析4个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征,并与1958—2015年历史模拟试验对比,得到:半球水汽质量存在明显的季节循环特征,北半球水汽质量月平均值在冬季(DJF)达到最小,夏季(JJA)达到最大;南半球情况与之相反。无论是南半球或是北半球,与其他排放情景相比,SSP1-2.6(Shared Socioeconomic Pathway)情景下南、北半球水汽质量年变程最小。4个情景下冬、夏季水汽质量变化都比春、秋季剧烈。随着CO_(2)浓度的上升,SSP3-7.0情景下北半球水汽质量年变程最大,相比于历史模拟试验增加了26.49%,南半球则不同于北半球,SSP1-2.6情景后随着CO_(2)浓度的上升,水汽质量年变程也随之增大,在SSP5-8.5情景下达到最大。南、北半球水汽质量涛动的年变程随着CO_(2)浓度的上升而增大,在SSP5-8.5情景下达到最大,但增大的幅度减小。CO_(2)浓度变化对赤道附近水汽质量变化影响最为明显,且越靠近南极,水汽质量变化越小,但越靠近北极,夏季水汽质量变化比冬季越大。此外,CO_(2)浓度的上升会导致夏季水汽逐渐向北半球中纬度堆积。这些结论有利于更好地认识区域间水汽质量变化对CO_(2)浓度上升的响应,为未来有关降水的气候政策制订提供依据。

山西陆面过程对A1B排放情景下全球变化趋势的响应

山西地处气候过渡带,气候敏感、生态脆弱,在全球气候变暖背景下其陆面物理过程受气候波动影响十分明显。本文利用NCAR CCSM IPCC AR4陆面分量模式（CLM）20世纪气候模拟（20C3M）和21世纪SRES A1B排放情景下的模拟结果,对山西省21世纪（2001~2099年）与20世纪（1901~1999年）陆面能量和水文变量进行了对比分析。结果显示：（1）模式模拟出山西地区未来地面温度的空间及时间分布特征。未来山西省地面温度呈明显上升趋势,上升速率冬季大于夏季。空间上,增温幅度冬季自北向南递减,夏季自西向东递减;（2）未来山西省陆面各分量空间上,净辐射通量西北增幅大于东南,降水率和径流率则与其相反,潜热通量与蒸发率一致,西南部增加幅度大,土壤含水率冬夏分布相反,感热通量呈下降趋势,西南下降幅度大;时间上,净辐射通量、潜热通量均表现出不同程度的上升趋势,土壤热通量冬季上升,夏季下降;地表水循环的各分量均呈增加趋势。

不同排放情景下中国西南地区碳汇时空格局及气候影响

【目的】分析2种不同温室气体排放情景下西南地区碳汇时空格局及气候影响,为该区评价未来碳中和能力提供参考。【方法】基于气候模式BCC-CSM1.1输出的RCP4.5和RCP8.5情景下的模拟气候数据,使用生态系统模型CEVSA2估算未来西南地区净生态系统生产力(NEP)动态,分析温度和降水对NEP变化的影响。【结果】2020-2099年RCP4.5和RCP8.5排放情景下西南地区NEP平均值分别为21.49和37.98 g C·m^(−2)·a^(−1)。RCP4.5情景下NEP极显著下降,趋势倾向率为−0.24 Tg C·a^(−1)(P<0.01);RCP8.5情景下NEP极显著上升,趋势倾向率为0.41 Tg C·a^(−1)(P<0.01)。在2种情景下单位面积年均NEP为森林>灌丛>农田>草地。RCP4.5情景下NEP总量为森林>农田>草地>灌丛;RCP8.5情景下NEP总量为森林>农田>灌丛>草地。RCP4.5情景下,4种主要植被类型NEP和年均温极显著负相关(P<0.01),NEP与温度显著负相关的面积占63.5%,与降水显著正相关的面积占21.4%(P<0.05)。RCP8.5情景下,只有森林NEP与年均温极显著正相关(P<0.01),NEP与温度显著正相关的面积占34.9%,与降水显著正相关的面积占21.5%(P<0.05)。【结论】西南地区未来碳汇动态与排放情景密切相关,RCP4.5情景下,净初级生产力(NPP)温度敏感性低于土壤异氧呼吸(Rh)敏感性,导致西南地区NEP下降;RCP8.5情景下,NPP温度敏感性高于Rh敏感性,导致西南地区NEP上升。与目前相比,RCP8.5情景下西南地区未来碳汇在全国所占比重有较大增长。

低排放情景下未来极端降水特征分析——以嘉陵江流域为例

一场极端降水事件所造成的灾难性后果除与总量、峰值有关外,还与其时间分布模式有关。本文基于实测和全球气候模式降水数据,改进了三分段偏差校正方法,分析了嘉陵江流域基于时间分布模式的极端降水事件(包括日极端降水与其前后降水两部分)频次、降水量、持续时间及集中度的历史分布特征及未来演变规律。结果表明:改进的三分段偏差校正法比传统的三分段偏差校正法校正效果明显,能更有效地减小实测值与模拟值间的误差;与历史期相比,未来情景下两种主要降水类型降水量增加,持续时间延长,集中度下降;未来预估期内,两种主要降水类型的频次、降水量、持续时间和集中度总体呈现先增长后减少的趋势。