优选CMIP6全球气候模式对贵州省未来气温变化的模拟

利用1986−2005年18个CMIP6气候模式及其同源的CMIP5气候模式和贵州省84个气象台站逐日平均气温、最高气温和最低气温资料,基于色度图和泰勒图,系统评估CMIP6模式对贵州省气温的模拟能力,并采用最佳模拟结果预估2023−2100年SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5未来情景下贵州省气温的变化特征。结果表明:CMIP6-MME(MME,多模式集合平均)对1986−2005年贵州省霜冻日数(FD)、生长季长度(GSL)、夏日日数(SU)、最低气温的最低值(TNN)及平均气温(Tav)的总体模拟能力最优;相对于参照期(1995−2014年),2023−2100年贵州省在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下FD值呈现显著下降趋势,GSL、SU、TNN和Tav值均呈现显著上升趋势。另外,21世纪各个阶段各情景下贵州省FD值(GSL、SU、TNN和Tav值)相对于参照期均表现为偏少(多)的特征,且排放越高,偏少(多)幅度越大,从空间分布来看,FD(GSL)值偏少(多)幅度自南向北增加,SU值偏多幅度自东北向西南增加,TNN和Tav值偏多幅度自西南向东北增加。

RCPs情景下贵州省气候变化预估分析

使用国际耦合模式比较计划第五阶段CMIP5的模式结果,在不同RCP情景下对贵州省未来气温、降水进行了预估。通过对气温、降水的模拟值和实测值的标准化均方根误差的评估得知,模式对贵州省气温的模拟能力较强,对降水的模拟能力相对较差。预估结果表明:未来在RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下贵州省气温均是明显的上升趋势,降水小幅度增加,增温(增湿)速率分别为0.5℃/10a(1.0%/10a)、0.2℃/10a(0.9%/10a)和0.1℃/10a(0.6%/10a),到了21世纪末期相对于基准期气温(降水)分别增加4.5℃(5.2%)、2.3℃(5.4%)和1.3℃(4.2%)。空间分布总体上增温幅度从西南向东北逐渐变大,而降水相对于基准期变化的区域性差异较大。总体来说,21世纪温室气体浓度越高,增温增湿速率越快。

CMIP5全球气候模式对贵州省极端气温的预估

利用泰勒图客观地评估了贵州省在参照时段1986—2005年8个CMIP5模式试验结果对气温的模拟能力,并采用在等权重系数条件下的集合平均结果计算了贵州省21世纪不同阶段不同情景下未来极端气温指数.研究表明:8个模式的集合平均的模拟效果能较好地模拟用于计算极端气温指数的基础数据,包括日平均气温、日最低气温和日最高气温.根据集合平均的结果,不同RCPs排放情景下21世纪贵州省相对于基准期大于25℃的高温日数(SU)、最低气温的最低值(TNN)和生长季长度(GSL)均表现为增加的趋势,而小于0℃的霜冻日数(FD)则呈现减少的趋势,排放越高,增加或减少的趋势越明显.RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下2006—2099年贵州省极端气温指数相对于1986—2005年SU、TNN、FD和GSL的变化速率分别为8.06~1.30 d/(10 a)、0.49~0.07℃/(10 a)、-4.99^-0.97 d/(10 a)和3.33~0.04 d/(10 a).

基于CMIP5全球气候模式的21世纪贵州省极端降水事件预估

利用国家气候中心收集和整理的8个CMIP5全球气候模式在RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6温室气体排放情景下的逐日降水资料,使用泰勒图对2006-2016年数据进行检验,采用模拟效果最好的CCSM4和IPSL-CM5A-MR模式在等权重系数条件下的平均值,计算并分析贵州省2018-2044年、2045-2071年、2072-2098年3个阶段与降水有关的极端天气气候事件指数,即连续干旱日数(CDD)、大于20mm的降水日数(R20mm)、连续5d最大降水量(Rx5day)和简单日降水强度指数(SDII)相对于参照期(1986-2005年)的变化特征。结果表明:在3种情景下,21世纪各个阶段省东部CDD均多于参照期,且排放情景越高,偏多幅度越大,因此,贵州省东部地区未来可能发展的旱情值得关注。在21世纪不同阶段不同情景下,贵州省R20mm、Rx5day和SDII普遍多于参照期,且越到后期,高排放情景下(RCP8.5)增幅越大,中低排放情景下(RCP4.5和RCP2.6)增幅放缓甚至减小。总的来说,全球变暖背景下尤其是高排放情景下贵州省极端降水事件有增加的趋势。

气候季节划分标准在贵州地区的适用性分析

利用贵州省84个地面气象观测站1981~2010年日气候标准值和1980年1月1日~2014年5月31日逐日平均气温资料,对中国气象局2012年11月1日制定实施的国家气象行业标准——气候季节划分（QX/T 152-2012）在贵州地区常年气候季节划分和当年气候季节划分的适用性进行分析,得到以下结论：贵州地区常年气候季节可以明显分为无夏区、无冬区和四季分明区,无夏区主要集中在省西部地区,无冬区主要集中在省西南部边缘;常年春季和夏季最早开始于省西南部边缘,然后逐渐由南向北、自东向西入季,秋季和冬季最早开始于省西北部,随后逐渐自西向东、由北向南入季;1981~2013年逐年气候季节划分结果表明春、夏、冬基本服从正态分布规律,但春、夏入季日期整体略偏早,秋季入季日期不服从正态分布,异常偏早概率较大;通过对逐年入季日期异常偏早的成因分析发现,贵州地区季节交替期间气温起伏较大,季节内气温变化规律不稳定,且＂标准＂中对逐年入季日期判断条件中没有限定起始目的最早阈值,是该＂标准＂对贵州地区春、夏、秋入季日期确定偏早的主要原因。总体来说,该＂标准＂对贵州地区常年气候季节的划分比较合理,具有可适用性,但对当年春、夏、秋入季日期的确定存在一定的不合理性,不能完全适用于贵州地区当年气候季节的划分。

成都区域中心动力气候模式产品降尺度应用业务系统

利用动力气候模式(T63)产品进行降尺度解释应用,是目前以及未来开展气候预测的主要手段。本系统基于国家气候中心下发的气候模式产品、NCEP/NCAR 500 hPa高度场、西南区域84个代表站温度降水历年资料,采用动力统计相结合的技术方法,建立了"成都区域气象中心动力气候模式解释应用系统",该系统以统计降尺度方法在西南区短期气候预测中的业务化应用为目的,实现了统计方法与动力模式相结合的业务化,经过5年业务回报试验和近2年的预测业务运行,结果表明:该系统对西南区域的月尺度温度和降水有较好的预报能力,已成为西南区域气候中心日常业务的主要参考依据。本文主要介绍该系统平台的各子系统性能及采用的技术方法。

区域气候模式对贵州省特重凝冻年温湿特征的模拟分析

本文利用区域气候模式Reg CM4对贵州省2008年初（1月13日~2月14日）的凝冻过程的温湿特征进行了模拟,将模拟结果与NCEP/NCAR再分析资料的对比,发现模式对凝冻过程期间冷空气路径、逆温层和低层流场具有一定的模拟能力,特别是对逆温层垂直结构的模拟较为准确。结果表明,Reg CM模式对贵州区域平均气温的水平和垂直结构分布型都能得到与实况较为一致的模拟结果,水平分布上能刻画出平均气温＂北负南正＂分布,特别是对贵州西北部区域冷空气路径、中心强度、位置和范围都较为准确地模拟出来。垂直结构上能刻画出凝冻过程初期逆温层的形成、维持和消失及后期强冷空气渗透扩散的天气特征,特别是时间结点模拟较为准确。Reg CM模式对贵州区域低空流场的模拟结果与实况较为一致的刻画出了凝冻过程期间来自高纬地区的强冷空气主要从东北路径入侵贵州地区与热带洋面向北输送的暖湿空气在贵州西部汇合这一天气特征,但对贵州西部的南北向温度锋区模拟位置偏东偏北,与实况存在一定的差异,这与西南风模拟值偏大有关。

贵州省威宁县“光伏+农业”精准脱贫产业气候资源评估

为更好地利用贵州省威宁县的太阳能资源和农业气候资源,为"光伏+农业"精准脱贫产业发展提供参考,利用威宁县气象站2011-2015年逐月总辐射和1961-2019年逐月平均气温、日照时数和降水量资料,采用线性分析和空间分析等方法对威宁县"光伏+农业"精准脱贫产业的太阳能和农业气候资源进行评估。结果表明:威宁县年均温、日照时数和降水量分别为10.7℃、1700.6h和897.7mm;太阳能资源在4355~4900 MJ/m^2,达资源丰富等级;作物生长季内光能丰富、温凉湿润、降水充沛、热量略低,适宜春播马铃薯、苋菜、燕麦及药材等喜凉作物的生长,适宜发展"光伏+喜凉农作物"精准脱贫产业。

贵州石漠化区域气候效应的数值模拟

在地形坐标系中建立一个三维静力平衡的大气-土壤耦合模式,模式主要考虑了复杂地形和植被的热力及动力过程。与其它中、小尺度模式相比,此模式在地表与植被冠层建立的辐射平衡方程和能量平衡方程中,均详细考虑了坡向、坡度的影响。通过对贵州石漠化危险区最典型的贞丰县气候效应数值模拟表明:所采用的大气-土壤耦合模式,能较好模拟贵州石漠化区域气象要素的空间分布趋势;中等程度石漠化区域向高强度石漠化区域演变过程中,气温场表现为先轻微上升,上升到一定程度后剧烈下降,然后当其演变到强度石漠化程度后,继续向超强程度石漠化演变,其气温表现为剧烈的下降趋势。

贵州省未来气候变化(2018—2050年)预估分析

针对贵州省年平均降水量,年平均气温,年平均最高气温和年平均最低气温四个特征量,从空间分布上的定性比较,从年际、年代际的时间演变比较以及从泰勒图的定量比较来看,RegCM4模式的模拟效果优于CMIP5模式,因此本研究在RCP4.5排放情景下利用RegCM4模式数据预估未来2018—2050年贵州省年平均降水量,年平均气温,年平均最高气温和年平均最低气温。结果表明:21世纪Ⅰ阶段(2018—2028年)相对于基准期年平均降水在全省大部地区均是偏少的,偏少幅度在8.5%以内,其中贵州省北部地区偏少幅度最大;21世纪Ⅱ阶段(2029—2039年)相对于基准期贵州省中西部降水偏少东部降水偏多,变化幅度基本上在7%以内;21世纪Ⅲ阶段(2040—2050年)相对于基准期贵州省南部和东部降水偏少西北部降水偏多,变化幅度基本上在7.5%以内。贵州省21世纪Ⅰ阶段、Ⅱ阶段、Ⅲ阶段年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温相对于基准期均是偏暖的,偏暖幅度在0.6～1.3℃之间,越到后期,偏暖幅度越大,且空间差异不大。

未来气候变化背景下贵州省夏季旅游气候资源的变化预估

利用区域气候模式(RegCM4)1951—2005年历史模拟和2006—2099年RCP8.5(高排放)和RCP4.5(中排放)情景下的逐日平均气温、降水量、10m风速和入射辐射通量,给出21世纪贵州省夏季与全国其他地区的旅游气候资源时空对比。结果表明:未来贵州省夏季平均气温的增幅在两种排放情景下均小于全国的增幅,且2050年以后RCP4.5(低排放)情景下的增温幅度低于RCP8.5(高排放)情景。而其他气候要素(夏季降水量,10m风速和辐射)基本上没有表现出明显的变化趋势。空间分布来看,贵州省21世纪不同阶段在两种排放情景下其夏季平均气温增幅低于北部和西部大部分区域、与云南省增幅接近,但未来云南省主要以夏季辐射增加的态势为主,尤其是21世纪中远期RCP8.5(高排放)情景下更是位于夏季辐射增加的大值中心。因此综合来看,未来夏季贵州省增温幅度较小且降水量、10m风速和辐射变化不大,将继续维持良好的夏季避暑旅游气候资源优势。同时大力提倡环保减排是维持并进一步扩大贵州省避暑旅游资源优势的有力措施。

贵州省气候舒适度及旅游潜力分析

基于1981—2010年气候统计资料,通过温湿指数、风效指数和着衣指数首次对贵州省舒适期进行分析,通过各月综合旅游舒适度与旅游资源丰度对贵州省旅游潜力进行系统分析。结果表明:全省气候舒适期长度呈现东北向西南逐渐递增的分布形势;其中中部至西南部地区属于长舒适期类,舒适期为7~9个月,东部和东北部地区的气候舒适期为5~6个月,属于中舒适期类。春、秋季全省各地综合气候舒适度等级好,夏季中部至西部地区综合气候舒适度等级好,南部边缘地区在整个冬季舒适度等级均较好。旅游资源丰度分布上,遵义市旅游资源丰度值最高,主要是珍贵的红色文化旅游资源,而黔西南州旅游资源丰度最低,主要是独特的喀斯特地貌。各地州市在旅游业的发展中应合理利用旅游资源,加强消夏和避寒旅游项目的开发,打造旅游知名品牌,提高旅游产品质量。

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。

贵州省霜冻天气的时空分布与气候变化特征

该文利用贵州省81个气象观测站点1961年7月—2015年6月逐日最低地面温度和霜的气象观测资料,采用线性趋势法、均值分步法、Mann-Kendall突变检验法对贵州省霜冻的时空分布及气候变化特征进行分析。结果表明:贵州省霜冻天气具有明显的地域特征,容易出现在高海拔地区及北部、东北部地区;近55 a来,贵州省霜冻日数呈减少趋势;省的西北部霜冻开始得较早,终止得较晚;南部边缘地区,开始得较晚,终止得较早;无霜冻期由西向东、向南逐渐延长;霜冻天气主要在10月—翌年4月出现;全省初霜冻日呈推迟趋势,终霜冻日呈提早的变化趋势,无霜冻期呈现延长的变化趋势;从年代际变化来看,初霜冻日期21世纪初发生突变,开始明显推迟,终霜冻日期上世纪70年代开始明显提早,无霜冻期在90年代开始明显延长。

贵州气候变化的科学事实

介绍了中国气候变化及贵州气候变化的主要特征,提出了贵州气候变化的科学事实及贵州应对气候变化需要关注的5个问题。

近53a贵州极端降水事件气候分析

利用贵州省81个测站1961—2013年53 a的逐日降水量资料,采用一元线性回归和百分位阈值法分析了近53a贵州省极端降水的基本变化特征。结果表明：1贵州的极端降水事件阈值的空间分布存在地域差异,南部多于北部,东部多于西部;5—9月是极端降水事件集中出现的月份,特别是7月和6月。2贵州的极端降水事件趋多、趋强,极端降水量占总降水量比例趋于增大。3年暴雨日数整体变化趋势不明显,21世纪至今呈相对明显的下降趋势。4暴雨量整体上呈增长趋势,21世纪开始至今表现为较明显的减少趋势,但暴雨降水量比例呈上升趋势。5 5 min极端降雨量强度多为中雨,局地出现大雨,10~20 min大部分达到大雨,局地出现暴雨,30~60 min大部分地区为暴雨,局地出现大暴雨;60~90 min大暴雨范围扩大,90~180 min大暴雨范围扩大到全省大部分。

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％.

贵州秋绵雨的气候特征及异常成因浅析

利用贵州省83个气象观测站点1961—2021年逐日降水数据,定义贵州省单站秋绵雨过程,构建了综合考虑秋绵雨最长时段日数、其余时段累计日数、9—10月雨量占年雨量比例的秋绵雨综合强度评估指标,通过小波分析、突变分析、合成分析、相关分析等方法,对贵州秋绵雨的时空特征及其与北半球500 hPa高度场、全球海温场的关系进行了研究。结果表明:秋绵雨指数大致呈东北—西南向的条带状分布,自西北部向东南部递减;秋绵雨指数年际波动大,近61 a来以0.064/10a的速率呈下降趋势;秋绵雨指数EOF分析第1模态空间型表现为全区一致分布型,是贵州秋绵雨气候变率的主模态;贵州省秋绵雨存在2~4 a的年际变化周期;1997年为贵州秋绵雨突变点;重秋绵雨年500 hPa高度场欧亚大陆上空位势高度距平呈“北正南负”的距平分布,有利于北方冷空气南下,850 hPa距平风场南海及其周边地区为显著的反气旋性环流,加强了西南暖湿气流的输送;ENSO对贵州秋绵雨的影响是非对称的,当前期8月热带东太平洋偏暖、热带西太平洋偏冷时,对应El Niño年贵州秋绵雨偏重。

贵州区域性暴雨过程的定量化评估及气候特征

利用贵州省84个气象观测站点1961—2020年逐日降水数据,定义贵州省区域暴雨标准,构建了综合考虑暴雨过程持续时间、暴雨范围、平均暴雨量等3个指标的贵州区域性暴雨过程综合强度评估方法和雨涝年景指数,分析近60 a贵州区域暴雨过程次数、强度和雨涝年景指数等特征和变化。结果表明:贵州区域性暴雨过程共出现721次,平均每年12.0次,2015年最多达20次,1961年最少仅4次;区域性暴雨过程3—9月均可出现,6—7月最为集中,6月最多,3月最少;区域性暴雨过程以0.4次/10a的速率呈弱的上升趋势,年际和年代际特征明显;区域性暴雨过程的影响范围多为6~19站,持续天数为1~5 d,平均暴雨量多为60~80 mm;强、特强暴雨过程呈显著增加趋势,较强暴雨过程呈略微增加趋势,一般性暴雨过程呈略微减少趋势;雨涝年景指数呈显著上升趋势,7个强雨涝年2014、2020、1996、1999、1995、2000和1991年均出现在1990年后。

贵州省主汛期暴雨的气候特征分析

利用1981—2010年30 a贵州省83个地面气象观测站月降水量和月暴雨日数资料,采用合成、方差分析和经验正交函数(EOF)分解,着重讨论贵州省主汛期6-7月暴雨日数的空间分布及其时间演变特征,进而对6-7月暴雨日数EOF第一模态的时间序列作小波分析、趋势分析及突变检验,分析贵州省6-7月暴雨日数时间序列的短期气候特征。结果表明:近30 a贵州省6-7月暴雨日数与降水量的时空分布一致,并对降水量有主要贡献。暴雨日数的空间分布存在3个暴雨多发区和2条暴雨少发带,范围最广、强度最大的暴雨多发区位于省之西南部,大值中心在六枝、晴隆和镇宁附近。暴雨日数时间序列的变化在20世纪90年代是偏多时期,20世纪80年代和21世纪至今是偏少时期。贵州省6-7月暴雨日数EOF第一模态时间序列在20世纪90年代存在显著的3～5 a年际震荡,在1981—2010年间总体变化趋势分为3个时段:1981—1990年、1991—2000年和2001—2010年,呈"降—升—降"变化,没有明显的突变点。