CMIP5/6模式对PDO调制ENSO爆发频率不对称的模拟评估

利用第五次和第六次国际间耦合模式比较计划(CMIP)中piControl情景下的模拟结果,结合观测资料,对比评估了19个CMIP5模式和23个CMIP6模式对太平洋年代际振荡(PDO)调制厄尔尼诺-南方涛动事件爆发频率不对称的模拟能力,并进一步揭示了PDO的调制过程。结果表明:在观测中,PDO正(负)位相下厄尔尼诺(El Niño)的爆发频率比拉尼娜(La Niña)多300%(少73%),53%(78%)的CMIP5(6)模式模拟出这一特征;尽管两个模式整体都低(高)估了PDO正(负)位相的调制能力,但CMIP6模式对PDO调制能力的模拟有所改进。进一步研究发现,在PDO正(负)位相下,赤道太平洋中西部会产生较强的西(东)风异常,风场通过平流的作用使得暖水向东流动,从而在太平洋中东部的海表面温度背景场中出现正(负)异常变化,而这有利于PDO正(负)位相下El Niño(La Niña)事件的发生。

CMIP6 HighResMIP高分辨率气候模式对青藏高原降水模拟的评估

国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)新增的高分辨率模式比较计划(HighResMIP)首次提供全球高分辨率(25—50 km)多模式集合的气候模拟试验结果。利用8个CMIP6 HighResMIP模式评估了高分辨率全球气候模式对青藏高原夏季小时降水与极端降水的模拟能力,结果表明:CMIP6高分辨率模式高(低)估了青藏高原地区的降水量和频率(强度),过多的降水量主要来自模式对降水频率的高估,尤其是弱降水(<2 mm·h^(-1))的发生频率。模拟偏差与地形海拔密切相关,偏差大值区主要位于高原南坡和东坡陡峭地形区。模式不能准确再现降水量与海拔之间的关系,高(低)估了高(低)海拔地区的降水量。模式低估了降水强度随海拔升高而降低的变化速率。在日变化方面,模式能够模拟出青藏高原降水傍晚至午夜的峰值特征,但明显低估了降水的日变化振幅。在小时极端降水方面,模式低估了高原区域平均极端降水第95百分位数阈值,仅为观测值的57%。

基于CMIP6气候变化情景下南极小须鲸(Balaenoptera bonaerensis)在宇航员海栖息地变化分析

南极小须鲸(Balaenopterabonaerensis)作为顶级捕食者,在南大洋生态系统中起着重要调节作用。目前对南极小须鲸的研究大多集中在捕食和季节性迁移上,在栖息地分布以及气候变化对栖息地影响方面研究亟待补充。基于MaxEnt模型和CMIP6的数据,分析了当前情形以及不同排放情景下,到21世纪中期和21世纪末期宇航员海南极小须鲸栖息地的分布和变化。研究结果表明,南极小须鲸主要分布在宇航员海的东部,当前的高度适生区占整个区域的13.96%。深度、海冰密集度和混合层深度最小值是南极小须鲸分布的主要影响因子,三者的累积贡献为60.5%。气候变化情景下南极小须鲸栖息地呈现缩小的趋势。高排放情景下南极小须鲸的栖息地面积减小更快,从21世纪中期到末期这个时期南极小须鲸的栖息地面积减小速率比从当前到21世纪中期快。到本世纪中期,所有情景下的宇航员海东部仍存在南极小须鲸的栖息地;到本世纪末,中排放情景和高排放情景下的宇航员海已不适合南极小须鲸生存,海冰密集度的减小是造成这一现象的主要原因。

基于CMIP6模式优化集合平均预估21世纪全球陆地生态系统总初级生产力变化

利用国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)中18个地球系统模式总初级生产力(GPP)模拟数据,基于传统的多模式集合平均(MME)和可靠集合平均方法(REA),在4个未来情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0和SSP5-8.5)下预估了21世纪全球陆地生态系统GPP的变化量,并分析了GPP变化的驱动因子。研究结果表明:在4个未来情景下,基于REA方法预估的全球陆地生态系统年GPP在未来时期(2068—2100年)比历史时期(1982—2014年)分别增长了(14.85±3.32)、(28.43±4.97)、(37.66±7.61)和(45.89±9.21)PgC,其增量大小和不确定性都明显低于MME方法。在4个情景下,大气CO2浓度增长对GPP变化的贡献最大,基于REA方法计算的贡献占比分别为140%、137%、115%和75%;除SSP5-8.5(24%)外,其他情景下升温均导致全球陆地生态系统GPP降低(-42%、-37%、-16%),部分抵消了CO2施肥效应的正面贡献。温度的影响存在纬度差异:升温在低纬度地区对GPP有负向贡献,在中高纬度地区为正向贡献。降水和辐射变化对GPP变化的贡献相对较小。

中国地球系统模式对全球地表入射短波辐射和大气逆辐射的模拟效果评估

以云和地球辐射能量系统(CERES)数据集为准,量化了中国地球系统模式对地表入射短波辐射和大气逆辐射时空变化的模拟性能,明确了多模式间模拟结果存在不确定性的区域。结果表明:中国模式均能模拟出北半球地表入射短波辐射和大气逆辐射“夏高冬低”的季节变化特征。陆地上,中国模式对两个辐射分量月均值的模拟结果与CERES相当,在海洋上低于CERES结果。中国模式能模拟出地表入射短波辐射下降、大气逆辐射上升的年际变化趋势。对于2001—2014年均值,中国模式模拟的地表入射短波辐射在海洋和陆地上较CERES分别偏低3.3和3.0 W·m^(-2),模拟的大气逆辐射在海洋上与CERES结果相当,在陆地上较CERES低1.3 W·m^(-2)。除南北纬30°附近之外,中国模式在其他纬度均低估地表入射短波辐射,以热带和北极最为明显。模式对大气逆辐射的模拟偏差呈纬向波动特征,模拟误差大值出现在高大山脉处。中国模式模拟地表入射短波辐射不确定性极大的区域分布在热带雨林和南极洲沿海,模拟大气逆辐射不确定性极大的区域分布在格林兰岛、青藏高原、安第斯山脉和南极洲沿海。

基于CMIP 6多模式的长江流域气温、降水与径流预估

【目的】探究未来气候变化对长江流域径流的影响,为长江流域及其他地区的早期洪水预警和防御措施提供依据。【方法】采用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP 6)多模式集合平均(MME),结合SWAT水文模型,对长江流域1961—2014年气温、降水量和径流等进行评估,并预估了长江流域2020—2099年SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5排放情景下的气温、降水量和径流。【结果】(1)相比单一模式,MME历史时期模拟气温和降水效果更好,与观测值的相关系数均大于0.90,MME可以很好地模拟出气温和降水量的空间分布规律。(2)由MME分析可知,2020—2099年长江流域在所有情景下的气温增幅低于50%,降水增量小于20%,在SSP5-8.5情景下模拟的温度值比SSP1-1.9时的温度值高1.23℃,比SSP1-2.6时的温度值高0.99℃。(3)总体上,长江流域未来的年均径流量增加显著,到21世纪末,SSP5-5.8情景下年均径流量将达到40380 m^(3)/s。【结论】本研究揭示了长江流域径流变化趋势与气温与降水之间的相互关系,以及模拟未来气候变化的准确度,同时认为未来长江流域气温、降水量与径流量均呈上升趋势,低碳排放情景下的洪涝灾害相对较少,可为以后长江流域洪涝灾害的预估和区域性气候变化提供依据。

Multimodel ensemble projection of photovoltaic power potential in China by the 2060s

为了实现能源转型的目标,中国对太阳能的需求一直在极速增长.然而,太阳能发电潜力受到天气条件的影响并预期在气候变暖背景下发生改变.本文中,作者利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)24个气候模式的气象变量以及4个不同形式的光伏模型,预估了在2060年代低排放或高排放情况下中国的光伏发电潜力.多模式集合平均光伏功率在2004-2014年为277.2KWhm-2yr-1,并呈现出从西到东的下降趋势.到2054-2064年,在低排放情景下,全国平均光伏发电潜力将增加2.29%,而在高排放情景下则减少0.43%.低排放情景的排放控制大大增强了地表太阳辐射,促进了东部的光伏发电.相反,在高排放情景下,强烈的变暖对光伏发电产生了抑制作用.极端暖事件使光伏发电潜力在低排放情景下降低0.28%,而高排放情景下降低0.44%,分别相当于当代损失量的两倍和三倍.预估表明排放控制带来的清洁空气和适度变暖对中国未来的太阳能利用是有益的.

长江流域旱涝急转演变特征及其社会经济暴露度

旱涝急转是指干旱和洪水之间的快速转变,对农业生产和人类安全造成巨大威胁。本研究基于月尺度的旱涝急转量级指数,分析了长江流域历史和未来四种旱涝急转事件,并通过滑窗法构建了旱涝急转量级的时变函数,揭示了未来旱涝急转风险变化。同时,结合共享社会经济路径量化了人口和经济受旱涝急转风险变化影响的程度。结果显示,历史时期长江流域中下游旱涝急转事件频发,旱–涝和涝–旱事件每10年发生10~12次,而旱–涝–旱和涝–旱–涝事件每10年发生3~4次。未来旱–涝–旱和涝–旱–涝事件预计大幅增加,其中长江上游部分地区增长了约7倍。对于历史基准期50年一遇的旱涝急转事件,未来发生概率将增加5~10倍,给长江流域的人口和经济带来重大影响。

未来北极夏季陆面气温变化区域特征及其与北大西洋海面温度的关系

未来变暖背景下北极气候变化特征研究具有重要意义,基于国际耦合模式比较计划第六阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)中对北极气候变化模拟能力较好的模式模拟结果,研究SSP2-4.5情景下21世纪北极2 m气温的时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)极地陆地的欧亚大陆(Eurasia, EA)和北美-格陵兰(Greenland, GL)对全球变暖具有不同的响应。EA在21世纪中叶前变暖趋势显著,之后主要表现为年代际尺度的冷暖振荡;GL则始终保持增暖趋势。EA、GL分区气温均存在年际、年代际(10~20 a)尺度上的波动,GL分区还存在20~40 a的准周期变化。(2)前冬北大西洋涛动正位相会引起次年夏季北大西洋呈南北向“-、+、-”三极型海面温度异常,并通过影响大气环流导致EA分区气温正异常,这种影响主要体现在年代际尺度上。(3)北大西洋多年代际振荡为正异常时,北美至格陵兰位势高度偏高,GL分区增暖,并且这种影响在21世纪70年代后更重要;北太平洋北部的海面温度正异常对GL分区增温也有贡献。

嫩江流域水文干旱归因分析及未来演变规律

在气候变化和人类活动的影响下,嫩江流域水旱灾害频繁发生。基于嫩江流域1980—2013年石灰窑、同盟、江桥和大赉水文站实测径流数据,构建流域分布式水文模型和多时间尺度下标准径流干旱指数(SRI),采用Budyko假设耦合水文模拟法对尼尔基水库建成前后流域径流变化和水文干旱特征归因分析,并基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)探究流域未来情景下水文干旱演变规律。结果表明:年尺度下,人类活动为径流演变的主导因素,影响贡献率高达80%,上游至下游水文干旱特征整体呈加剧趋势,且水库上游主要受到气候变化影响,下游主要受到人类活动影响;未来情景下,SRI序列波动性增大且呈现干湿交替特征,干旱历时呈增加趋势,流域未来干旱风险增大。

共享社会经济路径(SSPs)下未来30年长江流域夏季降水预估

本文利用国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)中22个全球气候模式试验数据,通过MR评分(Comprehensive Rating Metrics)方法进行评估,择优选取了GFDL-CM4、EC-Earth3、MIROC6等10个模式,使用这些模式在SSP245和SSP585两种共享社会经济路径(SSPs)下的预估试验数据,对未来30年(2021~2050年)长江流域夏季降水,特别是极端降水事件的时空演变特征,进行了预估。结果显示,两种不同排放情景下,相对于1980~2010年的平均,流域总降水量(PRCPTOT)、降水强度(SDII)均呈现显著增加趋势,特别是在上游高原和中下游平原地区;降水频次(R1mm)上游减少,中下游增加,二者相抵导致了流域降水频次整体变化不明显;强降水量(R95p)增加约9.6%、16.5%(SSP245、SSP585),极端降水量(R99p)增加约10.2%、15.5%,最大5日降水量(RX5day)也为增长趋势;连续无降水日数(CDD)在整个流域呈现增多,特别是上游地区。两种排放情景相比较,高情景(SSP585)下的变化强度要比中低情景(SSP245)大。这些结果意味着,未来30年长江流域降水气候可能变得更为极端,不仅总降水量增加,暴雨、大暴雨易于出现,而且连续无雨日长度也增加,干旱变得更为频繁。特别地,中下游地区要警惕发生极端暴雨、极端洪涝的风险,而上游地区要警惕发生干旱、极端干旱的风险。

气候变化和人类活动干扰下骆驼刺潜在分布格局变化特征

气候变化和人类活动是影响物种分布的最重要因素。骆驼刺是我国荒漠区的重要建群种,建群种的丧失将对荒漠生态系统产生严重损伤。因此预测气候变化和人类活动影响下骆驼刺适宜生境的变化特点对保护我国荒漠生态系统具有重要的意义。本研究采用61个骆驼分布点数据,和21个环境因子数据,运用最大熵模型(MaxEnt)预测骆驼刺当前在有、无人类活动干扰下的适宜生境分布,对影响其分布的环境因素进行了评估。并预测未来(2021—2040,2041—2060,2061—2080,2081—2100)四条共享社会经济路径(SSP126,SSP245,SSP370,SSP585)情景下,骆驼刺潜在分布区的变化特点。研究结果表明,在无人类活动干扰的情况下,骆驼刺适生区面积达132.29万km^(2),覆盖我国西北干旱区的大部分面积。年均降水量、最冷季度平均温、平均气温日较差、年均温、温度季节性、降水的季节性和高程被确定为影响骆驼刺潜在分布区的最重要因素。而在加入人类活动强度因素之后,骆驼刺适生区面积显著下降至71.31万km^(2),且呈现出破碎化状态。此时,年降水量、人类活动强度和高程是影响骆驼刺分布的最重要原因。在未来气候情景下,骆驼刺的适生区将产生一定的扩张。尤其在中高强迫(SSP370)和高强迫(SSP585)情景下,骆驼刺的适生面积将随时间推移产生显著的增加,且这种扩张主要向高纬度和高海拔地区发展。骆驼刺能保留大部分原有生境,仅在内蒙古中西部地区发生少量收缩。在气候变化条件下,骆驼刺能够在西北干旱区生存并扩张,故可将其作为防沙治沙的优良物种进行保护与开发。