多模式多情景下西北内陆干旱区未来气候变化预估

基于排放情景RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5,采用站点实测资料、ERA-40再分析资料以及从23种大气环流模式中优选的5种大气环流模式数据,构建统计降尺度模型SDSM,预估中国西北内陆干旱地区黑河流域的未来(2021-2050年)日最高、最低气温以及降水情景.结果表明:构建的降尺度模型对黑河流域气温模拟效果较好,率定期及验证期中的决定系数R^{2和纳什效率系数NSE均在0.9以上,均方根误差RMSE整体控制在实测值的20%内;降水模拟效果较气温而言略差,但除下游沙漠地区模拟效果一般外,其余地区模拟结果的R2及NSE均在0.500以上.未来情景预估结果表明:较基准期(1976-2005年)而言,未来3种排放情景下仅1种模式模拟的降水量整体呈下降趋势,其余4种模式模拟的结果有增有减,年降水量变化幅度大多在±10%以内;不同季节、月份间的降水量变幅差异性更为显著,且大多模式显示出夏季降水减少,春季降水增多的现象;所有模式模拟的未来最高、最低气温较基准期而言均呈上升趋势,最高气温增幅大于最低气温增幅,且气温增幅随典型浓度目标值提升而升高.}     

江苏省水稻高温热害发生规律及未来情景预估

基于江苏省1961—2010年历史气象资料和Can ESM2模式SDSM统计降尺度后的RCP情景数据,根据高温热害气象指标,分析了过去和未来江苏省水稻生育期内高温热害事件及其起始日期的发生规律和变化特征。结果表明,1961—2010年,各等级热害发生次数空间分布规律基本一致,均由东北向西南递增;2021—2070年3种RCP情景下,高温热害事件均呈增加趋势,以RCP 8.5情景增幅最大。高温热害事件起始时间变化不大,均在7月下旬。     

气候变化下浙江省极端降水时空变化研究

基于CMIP5的18个GCMs模型,通过LARS-WG降尺度模型获得降雨数据,计算了2041-2070年在RCP4.5和RCP8.5两个情景下的11个极端降雨指数,并通过贝叶斯平均法获得两个情景下的集合值,分别与浙江省1971-2000年实测数据的极端指数计算结果进行对比分析,最后探讨了浙江省2041-2070年极端降水时空变化特征,结论如下:(1)浙江省的降雨量在2041-2070年间趋于集中化,整体向极端降雨量和降雨日数增加的方向发展。其中强降雨量R95pTOT和极强降雨量R99pTOT相对基准期的变化最具代表性,上升幅度最大;中雨日数R20 mm和大雨日数R30 mm上升幅度明显高于小雨日数R10 mm。(2)全省降雨在空间分布上趋于极端化,极端降雨由东部沿海向西部递减,东部沿海地区未来极端降雨强度和频率相对其他地区增加明显;(3)RCP4.5和RCP8.5排放情景下极端降雨指数相对基准期的变化相似,相较之下,RCP4.5排放情景下降雨强度和频率增加更为明显,说明该情景下发生极端降雨事件的概率更大。     

利用PRECIS分析AIB情景下西江流域气候变化特征

使用英国Hadley气候中心区域气候模式PRECIS,分析了西江流域A1B温室气体排放情景下未来年份(2011-2040年)相对于气候基准时段(1961-1990年)地面降水量、气温的变化趋势。结果表明:相对于气候基准时段,在A1B情景下西江流域年均降水较基准时段增大,且预估A1B情景年降水量的标准偏差与离势系数明显高于基准年;月平均降水在主汛期总体呈显著上升趋势,枯季降水有减小趋势。模式预估2011-2040年西江流域年平均气温与月平均气温明显上升,极端高温发生频数增加,极端低温发生频数减少。     

汉江上游流域水文循环过程对气候变化的响应

气候变化对水资源的时空格局及水循环产生了不同程度的影响。以汉江上游流域为例,采用线性回归法、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了1961-2013年的水文气象要素变化特征;构建了分布式时变增益模型(DTVGM),验证了模型在该流域的适用性;根据CMIP5多模式集合平均的结果,分析了RCP4.5和RCP8.5情景下2011-2099年的降水、气温及径流的响应过程。结果表明,1961-2013年汉江上游流域年降水量随时间缓慢减少,气温显著上升,年均径流量显著减少;在两种气候情景下,未来该流域降水量较基准期有所增加,气温随时间将显著上升,径流量较基准期减少但是随时间呈现增加趋势。结果预示着在未来气候变化的情况下,汉江上游流域水文循环将受到较大影响,可能出现一定程度的水资源短缺。     

未来气候变化情景下贵州省水稻干旱风险研究

利用CMIP5全球气候模式预估的逐日降水资料,通过降水距平百分率构建水稻干旱风险评估模型,对未来气候变化情景下贵州省水稻移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期和全发育期的干旱风险进行评估。结果表明:RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,贵州省水稻各发育期干旱风险呈现拔节孕穗期﹥抽穗成熟期﹥移栽分蘖期。2081-2100年各情景下贵州省水稻全发育期干旱风险高于2016-2035年。2016-2035年贵州省水稻各发育期和全发育期干旱风险空间差异较大。2046-2065年和2081-2100年贵州省水稻各发育期和全发育期干旱风险空间基本呈现北部和东部较高,南部和西部较低的特点。     

夏玉米生育期内极端气候事件时空演变特征分析北大核心

基于黄淮海地区107个气象站点历史气象观测数据,以及耦合模式第六次比较计划(CMIP6)中11个全球气候模式(GCM)两种情景(SSP2-4.5和SSP5-8.5)下气温和降水逐日数据,分析了未来两个时期(2021-2050年和2051-2080年)夏玉米生育期内高温热害和暴雨的时空演变特征。结果表明:基于分位数的偏差校正方法能有效消除气候模式中存在的系统性偏差。SSP2-4.5情景下夏玉米生育期内多模式平均最高温度在未来两个时期将分别增加1.38℃和2.52℃,而SSP5-8.5情景下将增加1.76℃和3.58℃。与此同时,SSP2-4.5情景下日最高温度超过35℃的积温(Killing Degree Days,KDD)在未来两个时期将分别增加16.4℃·d和41.3℃·d,而SSP5-8.5情景下将增加23.1℃·d和75.8℃·d,其中河南省增加幅度最为突出。SSP2-4.5情景下夏玉米生育期内多模式平均降水量将分别增加12.27 mm和26.39 mm,而SSP5-8.5情景下将增加9.86 mm和39.54 mm。大于50 mm的暴雨天数同样呈增加趋势,在SSP2-4.5情景下未来两个时期将分别增加0.09 d和0.18 d,而SSP5-8.5情景下将增加0.07 d和0.29 d。     

基于统计降尺度的长江上游流域降水和气温的时空变化趋势研究

基于长江流域宜昌站以上集水区的气象站实测数据,采用等距离累积分布函数法(Equidistance Cumulative Distribution Function Method,EDCDFm),对国际耦合模式比较计划第5阶段(Phase Five of the Coupled Model Intercomparison Project 5,CMIP5)的2种排放情景下(RCP4.5,RCP8.5)8个气候模式模拟的降水和气温进行统计降尺度。在此基础上,采用平均绝对误差、相对偏差和相关系数评估EDCDFm模拟结果与历史阶段(1961-2005年)实测站点数据的模拟精度,并对长江上游流域降水和气温的变化进行趋势分析。结果表明EDCDFm降尺度的模拟结果与实测值的拟合程度高,月降水相关系数达到0.89以上,月平均气温的相关系数在0.98以上;2种排放情景下,长江上游未来时期(2010-2099年)的降水、气温均呈增加趋势,且气温显著性增加。     

基于降水距平百分率的安徽省近50a干旱时空分布特征分析

基于安徽省1965-2014年15个气象站点的降水资料,以降水距平百分率(Pa)为干旱指标,从年和季(3个月)时间尺度定量地分析安徽省时空变化特征。研究结果表明:安徽省干旱在空间尺度上分布不均,北部和西南地区干旱发生频率高,中部和东南地区发生频率较低,自北向南干旱频率逐渐降低。通过对季节尺度干旱结果的比较可知,秋旱发生频率最高、强度最大、干旱范围最广,其次是夏旱、冬旱和春旱。其中春旱和秋旱有加重趋势,而夏旱和冬旱趋势不明显。     

基于SPI的河南省冬小麦生育期干旱时空变化特征分析

【目的】探索以SPI监测冬小麦生育期内干旱时空变化、发展趋势和对粮食产量的影响。【方法】基于1961-2015年河南省17个站点的逐月气象资料,利用标准化降水指数(SPI)定量分析了河南省冬小麦生育期干旱时空演变特征及干旱对冬小麦产量的影响。【结果】生育前期干旱发生频率在24.1%~37.0%之间变化,固始和驻马店最低,三门峡和新乡最高;分蘖期干旱发生频率在18.5%~31.5%之间,开封最低而卢氏最高;返青—抽穗—成熟期干旱发生频率在27.8%~38.9%之间,商丘、西华和信阳最低而宝丰最高;全育期干旱发生频率在24.1%~38.9%之间,固始最低、孟津最高。未来河南省冬小麦生育前期、返青—抽穗—成熟期以干旱为主;分蘖期、全育期以湿润化为主。河南省返青—抽穗—成熟期和全育期干旱对冬小麦气候产量的影响较大。【结论】生育前期和返青—抽穗—成熟期未来呈干旱化趋势,应采用针对性措施及时灌溉,有效应对干旱和保障小麦生产。     

基于标准降水指数的黑龙江省气象干旱特征分析

以黑龙江省27个气象站点1959-2014年的逐月降水数据为基础,计算不同时间尺度的标准降水指数,结合主成分分析法分析该省气象干旱的严重程度、影响范围、时空分布的多时间尺度特性。结果表明,黑龙江发生气象干旱的频率约为30%,省内气象干旱影响范围在1980年前呈扩大趋势之后逐渐缩小,2000-2014年干旱范围轻微增大后趋于稳定。气象干旱空间分布格局主要存在整体一致型和西北-东南对立分布两种态势。随着时间的变化,黑龙江在1980年后极端事件发生较多,2000年后旱化趋势显著。该结论可为研究区内的水资源分配及农业发展提供理论指导作用。     

基于DNDC的夏玉米农田控氨稳产氮肥和秸秆措施优化

为明确未来气候条件下关中地区夏玉米农田适宜的施肥-秸秆措施以控氨稳产及应对气候变化,基于2019—2020年大田试验,进行不同氮肥种类和不同秸秆还田模式对农田土壤氨挥发和作物产量的影响研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正与验证,利用验证后模型模拟未来气候条件下不同施肥-秸秆措施对夏玉米产量及土壤氨挥发累积量的影响,综合考虑产量和生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量,最终提出未来气候条件下关中地区夏玉米农田的优化控氨稳产施肥-秸秆措施。结果表明：校正后的DNDC模型可以很好地模拟不同施肥-秸秆措施条件下夏玉米生长和农田土壤氨挥发累积量。在未来气候条件下,秸秆还田会显著提高夏玉米产量并降低生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量。在RCP4.5排放情景下,未来2030—2090年,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高;在RCP8.5排放情景下,未来2030—2050年和2070—2090年,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162kg/hm2稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高。因此,在RCP4.5排放情景下,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥为关中地区2030—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施;在RCP8.5排放情景下,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162kg/hm2稳定性氮肥分别为关中地区2030—2050年和2070—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施。本研究可为关中地区实现农业可持续发展及稳产减排提供参考。     

黄淮海夏播玉米花期高温热害空间分布规律研究

黄淮海夏播玉米区是我国优势玉米种植区之一,近两年均遭受花期高温热害,严重影响了玉米产量和品质。通过调整玉米播种时间,可使玉米花期错过高温热害严重时期,从而减轻或规避热害风险,但需获知各地高温热害发生强度和频率的空间分布规律。因此,以该地区为研究区域,以日高温时长为玉米花期热害指标,计算得到黄淮海地区玉米花期高温热害强度,分析2013年热害的空间分布规律;利用63 a气象数据和日高温时长概率分布函数计算黄淮海各县区玉米花期出现高温热害风险的概率和空间分布规律。结果表明,2013年黄淮海地区夏播玉米散粉期高温热害胁迫较重的地区主要位于河南省平顶山市、信阳市等地,高温热害程度严重。如果这些热害重灾区提前7 d左右播种,将显著减少玉米花期与高温时期的耦合,降低因花期高温热害造成的产量损失。基于物候时期、县域环境这一更加精细的时空尺度研究玉米气象灾害风险分布规律,既可为气象灾害研究提供新视角,又可用于指导重灾区通过调整播期规避风险,具有重要的理论和现实意义。     

集成气候模式下黄河中游未来气候变化研究

随着经济发展，全球气温持续变暖，改变了气候特征，影响区域水文循环。这一现象会使得黄河中游流域生态保护、水土保持、水资源保护等面临严重挑战。采用一种综合评价体系对黄河流域中游20个全球气候模式（GCM）在历史时期（1961-2005年）的优劣性进行了评估，筛选出了适应性较好的前6种气候模式，采用加权平均的方法，生成了一种集成气候模式（EGCM）。基于地面观测资料对EGCM在研究区降水和温度的预测性能进行了评价。在代表性浓度路径RCP4.5和RCP8.5下，采用EGCM对未来时期（2021-2065年）的气候变化进行了预测。结果表明，相较于其他气候模式，ACCESS1.3、CSIRO–Mk3–6–0、IPSL–CM5A–LR、IPSL–CM5A–MR、MIROC5和MRI–CGCM3等6种气候模式可以较好的反映黄河中游流域的气候特征。EGCM可以较好的重现研究区气候要素的整体变化。与历史时期相比，EGCM预测黄河中游未来时期多年平均降水量和年极端降水量将分别增加约5%和12.5%。研究还显示，在RCP4.5和RCP8.5情景下，温度将分别增加1.94和2.41℃。     

基于CCSM4气候模式的未来气候变化对黑河绿洲玉米产量影响预测

【目的】探明未来气候变化对黑河绿洲玉米产量的影响。【方法】以研究区广泛种植的玉米为研究对象,基于第5次国际耦合比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5)公布的CCSM4气候预估资料,结合DSSAT-Maize模型模拟RCP4.5和RCP8.5情景下21世纪早期、中期、末期玉米产量,分析了气候变化对玉米产量的影响,并提出了适应性措施。【结果】(1)气温是玉米生育期内未来气象因子动态变化幅度最大的,预估到21世纪末,RCP4.5情景下平均增温2.5℃左右,RCP8.5情景下增温更加明显,平均增温7.3℃左右;(2)在无任何适应性措施下,2种情景下玉米潜在产量及生育期长度均呈下降趋势,预估到21世纪末期,在RCP4.5和RCP8.5情景下分别减产15%左右和29%左右;(3)模拟验证得知,气温是影响玉米产量变化的主要因素,并进一步得出该区域玉米最佳年均气温为7℃,对应的生育期平均温度为10.5℃,当超过此温度时,玉米产量与温度呈显著负相关关系;(4)面对气候变化对玉米产量的影响,通过调整玉米种植日期,可降低气候变化对作物产量带来的负效应,模拟得到年均温度从7~12℃每增加1℃对应调整后的最佳播种日期分别为每年的4月10日、4月8日、4月3日、3月30日、3月24日及3月17日左右。【结论】未来气候变化将导致该区域玉米减产,针对未来不同升温程度通过调整播种日期可以在一定程度上降低减产量。     

基于SPEI指数的金沙江流域气象干旱时空特征分析

金沙江流域水能资源丰富，是长江经济带重要的水源地，分析其干旱时空演变规律特征，对水资源管理规划及下游的农业生产具有重要的指导意义。基于金沙江流域28个气象站1960-2020年逐月降水和气温资料，计算了年尺度和季尺度的标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI），定量分析了季尺度和年尺度不同等级气象干旱发生频率的年代变化规律及空间分布特征，并采用云模型分析了年尺度气象干旱时空分布的随机性与稳定性。结果表明，年尺度上，金沙江流域主要以轻旱和中旱为主，呈现轻旱高频和重旱低频的特点，且整体趋于干旱化；季尺度上，四个季节干旱频率均在30%左右，主要以春季和夏季干旱为主；空间分布上，丽江一带干旱发生频率较高。云模型分析结果表明，年尺度上，SPEI指数时间分布的离散程度较空间分布的大，不均匀性更加不稳定；时间分布上站点间干旱程度差异随年际变化增大，且不均匀性趋于不稳定；空间分布上，随着熵值的增大，超熵值减小，期望越低的站点相对多年平均干旱程度波动越大，其干旱程度的不均匀性越稳定。     

贵州省夏玉米生育期内降水与需水量空间分布研究

选取贵州省19个地区1959-2011年间的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数计算夏玉米全生育期和各个生育阶段的需水量,并且利用GIS分析降水量和作物需水量的空间分布,明确了夏玉米的水分需求平衡状况,结果表明:夏玉米各生育阶段降水量空间分布不均,且各生育阶段降水量相差较大;夏玉米各生育阶段需水量空间差异明显,初始生育期需水量由西向东逐渐减少,发育期和生育中期的作物需水量由西南向东北呈现逐渐增加的趋势,生育末期玉米需水量呈现中间较高,周边较低的分布趋势;玉米需水与降水在空间分布上并不匹配,在各生育阶段都表现较为明显;在夏玉米生育中后期存在较为严重水分亏缺问题,为需水临界期,应及时灌溉。     

控制灌溉条件下水稻灌溉需水量对气候变化的响应

基于水稻控制灌溉制度和水量平衡原理,考虑水稻移栽日期和生育期受温度变化的影响,研究了1961-2010年灌溉需水量变化规律,同时基于CMIP5三种气候模式下的4种气候情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)评估了未来气候变化对水稻控制灌溉生育期以及灌溉需水量的影响。结果表明:过去50年,气温的显著升高导致了移栽日期的显著提前和生育期长度的显著缩短,降水量的显著增加导致灌溉需水量在需水量小幅上升的基础上显著下降;在未来气候条件下,水稻移栽日期大幅提前11~36d,生育期长度缩短4~26d。水稻需水量在BCC-CSM1.1(m)和HadGEM2-ES两种模式下均大于基准期均值,而在GFDL-ESM2M模式下呈现出一定的下降趋势,水稻灌溉需水量变化特征与需水量相似,但变化幅度更大。     

1983~2013年永州市气象灾害变化特征分析

为了解永州气象灾害特征,利用1983~2013年永州气象资料,对永州各气象灾害的发生次数和频率、气象灾害的年度变化特征、各灾害造成损失及各灾害年度变化特征进行了分析.结果表明永州暴雨洪涝灾害发生的频率最多,气象灾害主要集中在5~7月,暴雨洪涝气象灾害是造成气象损失主因,灾害发生次数呈波动上升趋势.     

1961—2020年东北三省干旱时空分布特征

【目的】分析1961—2020年东北三省干旱时空分布格局。【方法】基于1961—2020年东北三省的86个气象站实测数据,计算1961—2020年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并结合游程理论、Mann-Kendall检验、经验正交函数（EOF）分解等方法对东北三省的干旱时空变化特征进行分析。【结果】年尺度上,SPEI均呈缓慢减小趋势,但整体上高于-2.0,无显著突变点,干旱发生频率为25.5%～37.6%,中旱、重旱、特旱发生的频率自西向东呈“高-低-高”、“中间高两边低”、“逐渐降低”的分布规律;季尺度上,春夏秋季呈下降趋势,冬季呈现上升趋势,这表明冬季东北三省干旱有所减轻,而春夏秋三季的干旱有所加重,干旱在空间上发生的频次为春季>冬季>夏季>秋季;干旱历时越长其干旱烈度越小,代表站点越干旱;年际尺度上EOF分解得到的前4个特征向量和四季尺度分解得到的第一个特征向量的主要空间模态表现为全区一致、南北反向分布特征。【结论】东北三省除春季和冬季外,年和其余两季SPEI都呈现出下降趋势,其中南部干旱有加重趋势,北部呈现湿润趋势。