SRES A2、B2情景下宁夏地区日较差、夏季日数及霜冻日数变化的初步分析

利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS(Providing Regional Climate for ImpactsStudies)进行宁夏地区SRES A2、B2情景下2071-2100年(2080s时段)日较差、夏季日数及霜冻日数变化响应的初步分析。将ECMWF1979-1993年的再分析数据(ERA15)作为边界条件驱动PRECIS模拟宁夏地区的日较差、夏季日数及霜冻日数。模拟值与台站实际观测资料进行的对比分析表明,PRECIS能够模拟出宁夏地区这些极端指标的空间分布差异和年际变化,总体上来说,日较差、夏季日数模拟值偏大,南部地区霜冻日数的模拟值偏小。3个极端指标气候基准时段(1961-1990年)的模拟频率和观测频率的对比分析表明,PRECIS能够模拟出极端指标的频率分布。另外,用观测数据对模式数据进行了订正,经验证,订正后的值与观测值的吻合程度明显提高。相对于Baseline,SRES A2、B2情景下2080s宁夏大部地区的日较差将减少;夏季日数将增加,两种情景下平均每年增量分别可达69d和48d;而霜冻日数将减少,两种情景下平均每年减少量分别可达50d和36d。

SRES B2情景下西南地区干旱致灾危险性时空格局预估

气候变化和自然灾害已经、正在、未来也将继续深刻地影响人类社会。预估未来极端天气事件致灾危险性对于评估气候变化对人类社会和自然系统的潜在风险具有极其重要的意义。本研究采用PRECIS模式模拟的气候情景数据,综合考虑降水和蒸发两个因素,选取地表湿润指数为指标,对SRES B2情景下未来(2011-2100)西南地区县域尺度干旱致灾危险性时空格局进行预估。结果表明:相对于现阶段(1981-2010),未来西南地区年均潜在蒸散量呈现逐渐增加的趋势,而地表湿润指数则总体上呈减小之势;未来各时段西南地区旱灾危险性明显增大,其中近期(2011-2040)是最严重的时段;在近期时段,西南地区干旱致灾危险性处于5级的县域个数和面积百分比分别为236个和50.3%,是现阶段的4.82倍和6.24倍。

B2情景对湘鄂双季稻发育期及产量的影响

为保障国家粮食安全、应对气候变化对双季稻生产的影响提供科学依据,利用本地化的作物生长模型分析B2情景下湘鄂双季稻发育期和产量的变化,应用B2情景下逐日气象要素预测值,采用作物生长模型的方法,对2011—2050年气候变化对湘鄂双季稻发育期及产量的影响进行分析。结果表明,在灌溉条件下,2011—2050年湘鄂双季稻全生育期比1961—1990年缩短1～7天,单产比1961—1990年下降5%～12%;其中双季早稻全生育期比1961—1990年缩短1.5～4.5天,单产比1961—1990年下降7%～14%,双季晚稻全生育期比1961—1990年缩短1～3天,单产比1961—1990年下降2%～10%。雨养条件下,2011—2050年双季稻全生育期与灌溉条件下的双季稻全生育期相差不大,但产量降幅较大。2011—2050年湘鄂双季稻单产比灌溉条件下的双季稻下降9%～21%,其中双季早稻下降3%～14%,双季晚稻下降13%～33%。在B2情景下,利用本地化的作物生长模型分析表明,湘鄂双季稻发育期和产量均呈下降趋势,尤其是雨养条件下的双季晚稻,产量下降幅度较大,需积极应对气候变化对湘鄂双季稻生产的影响。

B2气候情景下2011—2050年辽宁农业气候资源演变特征

利用区域气候模式PRECIS输出资料,基于时间序列分析及空间分析方法,对2011—2050年B2气候情景辽宁省农业气候资源时空演变特征进行预测。结果表明:辽宁辐射资源增多趋势不显著,但在2031—2040年达到峰值;生长季降水呈减少趋势,与辐射资源变化呈相反位相,减幅从西向东依次增大,辽东大部地区减幅为20 mm.(10 a)-1或以上。不同年代降水多寡对洪涝和干旱事件的发生具有指示意义。大于等于10℃积温呈极显著增多趋势,大部地区增幅为100(℃.d).(10 a)-1以上。辽西东部和辽北西部地区初霜日延后1—3 d,辽宁北部和辽东部分地区终霜日提前1—2 d。初霜日的延后和终霜日的提前使得无霜期延长,说明辽宁地区未来40 a热量资源明显增多,可为应对气候变化和调整农业种植结构提供参考。

SRES A2情景下中国气候未来变化的多模式集合预测结果

采用政府间气候变化委员会资料中心的模式预测结果 ,本文分析了SRESA2温室气体和气溶胶排放情景下中国大陆 2 1世纪前 30年的 10年际气候变化趋势 .研究揭示 :大陆冬季和夏季表面温度、表面最高温度和最低温度分别升高 0 .3～ 2 .3℃、0 .1～ 2 .0℃、0 .5～ 2 .7℃ ,增幅大体上呈现东西向带状分布 ,由南至北升温逐渐加强 ,且增幅随时间加大 .此外 ,上述三气候要素冬季升温幅度要大于同期夏季、表面最低温度升幅要强于同期表面最高温度 ,冬季和夏季表面温度的季节内变化范围减小 .冬季东亚地区海平面气压异常幅度在 - 1.0hPa至 0 .4hPa之间变化 ,呈东西向带状分布 ,表现为南正北负、随时间推进异常幅度有所加大 ,正负交界面向南扩展 ;同时 ,东北、华北和西部海平面气压负异常较大 .夏季海平面气压异常空间分布与冬季相似 .2 0 0 1～ 2 0 30年 ,青藏高原大部、大陆东南部和河套大部分地区降水量增加 0 .1～ 0 .8mm/d .

21世纪末华南汛期强降水变化分析

利用英国Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS，基于政府间气候变化专门委员会（IPCC）2000年“排放情景特别报告”（SRES）B2情景下对华南区域2071～2100年汛期（前汛期：4～6月；后汛期：7～9月）强降水的模拟结果进行分析。结果显示PRECIS对华南地区汛期强降水具有较好的模拟能力。相对1961～1990年（以下称气候基准时段），2071-2100年华南汛期的强降水比例有所增大，强降水日数变化百分数大值中心分布在广西中北部和福建省北部，后汛期大值中心主要分布在广东和福建省。对华南4省（区）除了海南岛外各省逐月变化百分数基本为正值，汛期极端降水的发生频率相比气候基准时段有明显增加。

利用PRECIS分析SRES B2情景下中国区域的气候变化响应

利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS单向嵌套该中心全球海．气耦合气候模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3P，分析PRECIS对中国区域当代气候的模拟能力和SRESB2情景下2071-2100时段（2080s）相对于气候基准时段（1961～1990年）中国区域的气候变化响应．气候基准时段的模拟结果与观测资料的对比分析表明：PRECIS能够很好地模拟中国区域地面气温的局地分布特征；总体上讲，PRECIS对中国北方地区降水的模拟效果优于南方地区，模拟的冬季降水型态分布较好，而夏季降水对地形比较敏感，东南沿海地区降水的模拟值偏低．对SRESB2情景下相对于气候基准时段的气候变化响应分析表明：2080s中国北方地区增温幅度明显大于南方，西北和东北地区尤为显著，其夏季平均气温增幅可达50℃以上；中国大部分地区降水量呈增加趋势；冬季华南地区降水量明显减少；夏季东北和华北地区气温增幅大而降水量减少明显，而长江以南地区降水量显著增加．

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。

华南地区未来地面温度和降水变化的情景分析

利用英国Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS,模拟分析基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)2000年发布的《排放情景特别报告》(SRES)中设计的B2情景下华南区域2071～2100年的温度和降水量的可能变化,结果显示:2071～2100年均地面温度相对于气候基准时段(1961～1990年)上升约2～4℃;华南区域未来夏季降水量在22°N以北区域较气候基准时段增加,而以南区域减少;冬季降水则表现为华南区域较气候基准时段减少。2071～2100年华南区域的温度气候趋势系数为正值,年均降水气候趋势系数为负值。2071～2100年的高温事件和强降水事件的发生频率均比气候基准时段明显增加。

未来情景下东北地区极端气候事件的模拟分析

为了预测评估全球变暖背景下东北地区所面临的极端气候事件的可能变化趋势,并为粮食生产应对极端气候事件提供参考依据。利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS进行中国东北区域气候基准时段（1961—1990年）和SRES A2情景下2071—2100年极端事件变化响应的分析。气候基准时段的模拟结果与观测资料的对比分析表明：PRECIS具有对中国东北地区极端事件的模拟能力,能够模拟出极端事件的空间分布以及随地形变化的细节特征。对SRES A2情景下相对于气候基准时段的极端气候事件的变化响应分析表明：东北地区极端事件发生频率呈明显变化,极端低温事件减少,高温事件增加。夏季日数增加明显,增幅范围为50%~400%。极端温较差也呈增加趋势,大部分地区增幅为0%~5%。生长季长度呈地理特征的变化,东部和西部地区增幅较大。冰冻日数和最大连续霜冻日数都呈减少趋势。

中国地面气温和降水变化未来情景的数值模拟分析

利用加拿大CCCM a模式,对中国地面气温和降水进行了模拟分析,结果表明:①CCCm a模式能较好地模拟中国区域地面气温的空间分布特征;②从A2和B2情景的预估结果来看,地面气温的增加在空间分布上是不均匀的,大体的情形是内陆增温大于海洋,北方增温大于南方。降水量总的变化趋势也是不断增加的,降水量的增加主要青海西藏一带,华南地区在21世纪末期降水量会有所减少;③模拟结果还表明,未来中国区域的地面温度是持续增加的,即使从1990年开始采用了减少温室气体排放的措施,其后的增温趋势依然很明显,直到21世纪中期,才能明显的看出采取减少温室气体排放的措施对缓解增温趋势的效果。

气候变化对中国南方稻区水稻产量影响的模拟和分析

采用了DSSAT作物模式和区域气候模式相连接,模拟分析了A2和B2气候变化情景对中国主要地区灌溉水稻产量的影响。气候变化情景采用了IPCC发布的SRES(Special Report on Emissions Scenarios)系列的最新温室气体排放情景,气候情景值采用区域气候模式PRECIS(Provide Regional Climates for Impact Studies)的模拟值。通过研究站点水稻对A2和B2增温梯度敏感性的分析表明:温度增加,水稻产量呈下降趋势,随着温度增加,产量下降幅度增大。且在同一增温水平下,在南方热带地区的昆明和海口,产量下降幅度大于其他站点。A2和B2的产量相对于基准年(1961~1990年)的变化分别为:气候变化对不同站点的年代际水稻平均产量表现了正面或负面的影响(A2情景下为2.3%^-10.2%,B2情景下为4.0%^-13.6%),在某一些站点,水稻高产年和低产年的概率明显增加,产量分布趋于两极化。

中国未来极端降水事件的变化——基于气候变化预估结果的分析

利用区域气候模式PRECIS单向嵌套Hadley气候中心海-气耦合模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3P,分别进行了气候基准时段(1961—1990年)和2080 s时段(2071—2100年)中国区域各30年时间长度的模拟试验,以分析PRECIS对当代中国区域极端降水事件的模拟能力和SRES B2情景下2080s时段相对于气候基准时段中国区域极端降水事件的可能变化趋势。气候基准时段模拟结果与观测值的对比分析表明:PRECIS能够较好地模拟出中国区域年平均极端降水事件的空间分布特征,但模式模拟的大雨事件和湿日数高值区范围较观测值偏大,对华南地区暴雨事件和日最大降水事件的模拟结果较观测值偏低。SRES B2情景下,2080s时段年平均大雨事件除东北和华南地区外,全国均呈增多趋势。暴雨事件在西部地区以减少为主,而东部地区主要呈增加趋势。年平均日最大降水事件的分布型与大雨事件基本一致。湿日数除华北、西北和青藏高原部分地区外均呈减少趋势。未来长江流域洪涝灾害事件发生的频率将可能增大。

安徽省洪涝致灾危险性时空格局预估

预估未来极端天气事件致灾危险性对于评估气候变化对人类经济和社会的潜在风险具有极其重要的意义。本研究采用PRECIS模式模拟的气候情景数据,选取年均暴雨日数、年均最大三日降水量、高程、坡度和距河湖距离五个指标,对SRES B2情景下未来安徽省县域尺度洪涝致灾危险性时空格局进行预估。结果表明:相对于现阶段(1981-2010),未来安徽省年均暴雨日数和最大三日降水量总体上呈现北部减少、南部增加的趋势;各时段安徽省洪灾危险性等级由北向南大致呈逐渐升高的趋势;未来安徽省洪灾危险性格局变化主要发生在近期(2011-2040)和中期(2041-2070);到中期时段,安徽省洪灾危险性处于5级的县域个数和面积百分比分别为16个和17.87%,是现阶段的2倍和2.24倍。研究结果可为气候变化背景下该地区洪涝灾害风险管理提供科学依据。

21世纪中国陆地生态系统与大气碳交换的预测研究

利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟研究了中国陆地生态系统碳贮量的变化和与大气的碳交换,即生态系统的净初级生产力(NPP)、植被和土壤碳贮量、土壤呼吸和净生态系统生产力(NEP)对SRESB2气候变化情景和大气CO2浓度变化情景的响应.研究表明,未来100a大气CO2浓度不变而只考虑气候变化情景时,中国陆地生态系统NPP总量随时间变化逐渐下降;与此同时,植被和土壤碳总量以及NEP总量也下降.至2020年,中国陆地生态系统由21世纪初的碳汇变成碳源.在同时考虑未来气候变化和大气二氧化碳浓度增加的情景下,未来100a中国陆地生态系统NPP总量持续增长,由20世纪末的2.94GtC·a-1增加到21世纪末的3.99GtC·a-1,同时土壤和植被碳贮量也持续增加,到21世纪末总量增大到110.3GtC.NEP总量在21世纪初期和中期保持上升趋势,大约在2050年达到最大值,之后逐渐下降,到21世纪末接近于零.

内蒙古典型草原地上净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用内蒙古锡林浩特国家气候观象台1994～2009年牧草生长季逐月实测资料,对CENTURY模型进行检验,模拟内蒙古典型草原1953～2010年间地上净初级生产力(ANPP)动态,并与26个气象因子进行相关性分析。模型检验结果显示,模拟值与观测值之间的相关系数为R2=0.66,斜率b=0.95,误差平方根值为50.51g.m-2,平均绝对百分比误差为44.19%。结果表明:(1)CENTURY模型能比较准确地模拟这类草原的季节动态和年际变化;在过去的58年中,内蒙古典型草原温度增加,降水减少,ANPP下降;ANPP变化趋势与降水量相似。(2)用实际气象观测资料模拟获得的ANPP随气温和降水的变化呈现出明显的变化规律,生长季内地上生物量对降水和温度的季节性分布也非常敏感;相关分析进一步表明,ANPP对生长季内降水量和极端高温非常敏感,而与年极端最低气温、平均地面温度、日照时数、平均风速和最大积雪深度无显著相关关系;过去58年研究区ANPP下降是降水减少、温度升高以及干旱事件频发共同作用的结果。(3)根据预测,在SRES B2情景下,未来50～100年内蒙古典型草原生长季平均最高气温和最低气温都将呈升高趋势,2080s分别升高4.01℃、4.35℃,每10年增加速率分别为0.35℃和0.38℃;降水量略呈增加,2020s、2050s和2080s研究区生长季将分别增加3.17%、5.13%和7.03%,每10年增加速率为0.09mm;ANPP呈下降趋势年际间波动较大,2020s、2050s和2080s研究区将分别下降5.76%、7.52%和11.42%,每10年下降速率为0.76g.m-2。

应用DSSAT模型预测宁夏春小麦产量演变趋势

对DSSAT作物模型中的CERES-Wheat小麦模型,在排除虫害和病害影响条件下,以宁夏永宁站永良4号春小麦为样本进行品种参数调试及模拟验证,确定品种参数。宁夏平罗站同一品种15年生育期特征及潜在产量模拟验证结果表明,产量值、开花天数预测结果较好,生理成熟天数模拟误差较大。宁夏黄河灌区25 km×25 km共计39个格点1961-1990年Baseline气候情景（无考虑温室气体效应）及构建的2011-2100年A2（CO2约1%的中高排放）、B2（CO2约0.5%的中低排放）气候情景潜在产量模拟对比结果表明,Baseline气候情景下39个格点的平均潜在产量6 428 kg/hm^2,A2情景下的2011-2040、2041-2070、2071-2100平均产量分别为6 235、5 869、5 211 kg/hm^2,与Baseline年相比均为减产趋势,分别减产为3%、8%、19%。B2情景下的2011-2040、2041-2070、2071-2100平均产量分别为6 2195、977、5721 kg/hm^2,与Baseline年相比均为减产趋势,分别减产3%、7%、11%。高排放的减产率比低排放要大。

未来气候变化对东北地区玉米单产影响的模拟研究

东北地区是我国具有战略意义的商品粮基地,研究气候变化对东北地区玉米产量的影响具有重要意义。采用区域气候模式与作物生长WOFOST模型相结合的方法,模拟了基准气候(BS,1961-1990年)和B2情景下2011-2050年东北地区的玉米单产,初步预测了未来气候情景下玉米单产的变化状况。结果表明:WOFOST作物模型能较好的模拟东北地区的玉米产量,模型检验结果表明,该模型对玉米产量的模拟在70%～80%年份里的模拟精确度在80%以上。模拟结果显示:未来10-20年内,东北地区北部大部地区玉米具有增产潜力,但就北地区整体而言,总体增产幅度较小。2030s和2040s东北地区大部受气候因素影响表现为减产。未来40年,受气候变化影响东北地区玉米单产总体表现为减产,减产幅度为9.5%。由于目前的研究结果存在未考虑农业生产的适应措施等局限性,可能会高估气候变化的负面影响。