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.}     

资料匮乏地区径流降尺度模型构建及预测

基于贝叶斯神经网络,构建了资料匮乏地区的径流降尺度模型,模拟了叶尔羌河卡群站月平均径流,与BP神经网络的结果进行了对比,验证了BNN的优越性,并结合CMIP5三种气候模式GFDL_ESM2G,GFDL_ESM2M及MIROC5的RCP 4.5,RCP 6.0,RCP 8.5三种情景,对未来3个时段(2020年代,2050年代,2080年代)卡群站月平均径流进行了预测,并定量计算了预测的不确定性区间,研究表明:贝叶斯神经网络降尺度模型可以较好地捕捉叶尔羌河的径流特征,即相关系数达到0.9以上,效率系数达到0.8,且模拟效果比ANN较优;未来情景下,叶尔羌河流域受气温升高影响,3个时段年径流均呈现增加的趋势,增加幅度分别为75%~92%,83%~110%,88%~127%,其中RCP8.5情景下的径流增加幅度比其他情景较明显;不同月份径流存在不同程度的增加趋势,其中5-8月份变化趋势相对较明显。     

鄱阳湖流域未来降水和气温变化模拟预测——基于SDSM统计降尺度方法

研究鄱阳湖流域的降水和气温变化为指导湖区防洪抗旱、保护生态、开发利用水资源和保证流域社会经济协调发展等具有重要作用。利用SDSM统计降尺度方法以及NCEP大尺度再分析数据对鄱阳湖流域降水和气温进行降尺度模拟,效果较好。利用全球气候模式HadCM3的输出,预测鄱阳湖流域在A2和B2情景下未来降水和气温变化。通过分析发现,未来降水相比基准年长期呈现整体减少趋势,而未来气温相比基准年长期呈现整体增加趋势,根据研究结果推论未来鄱阳湖径流可能会呈减少变化。     

三江平原ET0时空特征及其未来情景下预测研究

参考作物蒸发量(Reference crop evapotranspiration, ET₀)的预测对作物需水量计算与田间水分管理具有重大意义,可为农业节水和水资源高效利用提供重要的科学依据。基于三江平原6个气象站1961—2010年逐日气象资料,采用Penman-Monteith(P-M)公式计算ET₀,对历史期(1961—2010年)ET₀及相关气象要素的时空特征进行分析;依据美国国家环境预报中心再分析数据以及大气环流模型(GCM)中加拿大CanESM2模式的预报因子日序列的输出数据,采用统计降尺度模型(SDSM)对未来RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的ET₀进行预测。结果表明：历史期ET₀呈上升趋势,多年年平均气温与ET₀趋势相同,而年平均风速、相对湿度和净辐射整体呈下降趋势,空间分布上多年年平均ET₀总体表现为中部高于周边、西部高于东部的趋势;模拟精度检验方面,基于CanESM2模式下historical情景模拟的ET...     

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...     

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。     

不同降水降尺度方法在天山西部区域的适用性评估

为能更好地提高外源数据的可靠性与适用性,丰富基础资料匮乏地区可用的数据源,以天山西部区域的伊宁、尼勒克和昭苏站作为典型代表站,基于实测降水数据和NCEP/NCAR再分析数据,采用人工神经网络ANN、极限学习机ELM、长短期记忆神经网络LSTM、支持向量机SVM、组合简单平均CSAM和组合支持向量机CSVM方法建立统计降尺度模型,评估不同降尺度方法在降水降尺度方面的适用性。研究结果表明:(1)由于降水影响因素的多重性、实测站点降水的差异性,不同降尺度方法的优劣性存在一定的差异,且率定期与验证期最优降尺度方法可能出现不对应的情况;(2)实测站点降水量越大,降尺度效果越好;降水量年内变化越不均匀,降尺度效果越差;(3)由于实测站点冬季降雪事件的发生影响了降尺度的效果,总体降雪量越多,降尺度效果越差;(4)极端降水事件频发,影响到降尺度的效果,降低了降尺度结果的可靠性与精度。总体上,研究区ELM、LSTM和CSVM模型具有一定的优越性,其中CSVM组合模型在季节、年降水方面模拟效果最好,ELM模型在月降水分布方面模拟效果最好。     

气候变化对青藏高原陆地水储量的影响

陆地水储量是降水、蒸散发、径流及下渗等水文过程的综合反映，控制不同尺度的水文循环过程。分析青藏高原陆地水储量在长时间尺度上的变化情况，明晰气候变化产生的影响，可为认识青藏高原的水安全风险并制定相应的水资源管理措施提供科学参考。研究综合使用GRACE数据与ISI-MIP2b多模型数据，利用多模型权重法、Mann-Kendall趋势分析等方法分析了青藏高原1861-2005年与2006-2099年陆地水储量的时空变化情况，通过试验情景设计探究了气候变化对陆地水储量及地下水储量的影响。结果表明：(1)GRACE数据显示青藏高原陆地水储量在2002-2017年间呈减少趋势，水储量变化空间异质性强，高原南部呈减少趋势，北部呈增加趋势。(2)ISI-MIP2b模拟结果显示1861-2005年间青藏高原陆地水储量在工业革命前情景（PIC）与历史情景（HIST）下呈增加趋势，气候变化降低了陆地水储量的增加速率（0.50 km3/a），同时使高原东部及中部大部分地区的陆地水储量由PIC情景下的增加趋势变为减少趋势。(3)2006-2099年间，PIC情景下青藏高原陆地水储量呈增加趋势，RCP2.6、RC...     

河南省夏玉米生育期间主要气象灾害发生频率分析与未来预估

基于19个气象站点实测降水资料和RCP4.5情景下5个全球气候模式降水预估数据,采用集合论的方法定义单一和同时发生的气象灾害事件及其组合,分析了河南省夏玉米生育期间历史(1961-2015年)和未来30年(2021-2050年)主要气象灾害发生频率的时空分布特征及其变化。结果表明:1961-2015年河南省夏玉米生育期间初夏旱发生的频率最大、卡脖旱次之、花期阴雨最小,且具有较为明显的空间分布特征。与基准期(1971-2000年)相比,21世纪以来(2001-2015年)旱灾发生的频率呈增加趋势,花期阴雨发生的频率有所减少。但RCP4.5情景下气候模式预估2021-2050年降水量较基准期明显增加,气象灾害发生频率的变化趋势可能将发生改变。受花期阴雨发生频率增幅较大的影响,发生主要气象灾害的频率增加5.8%;而两种主要气象灾害同时发生的频率则减少5.2%。同时,主要气象灾害发生频率的变化在空间分布上可能将更为不均。     

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。     

基于统计降尺度的长春市未来气候变化趋势分析

应用统计降尺度模型SDSM（Statistical Downscaling Model）,对GCM输出序列进行降尺度处理,生成长春市未来气候变化情景,并利用线性趋势、滑动平均、Mann-Kendall趋势分析等方法分析对2020s（2010-2039年）、2050s（2040-2069年）和2080s（2070-2099年）3个时期的气温和降水的变化特征进行了分析。模拟结果表明,验证期（1976-1990年）内,长春市月平均日最高气温的实测值和模拟值拟合的很好,SDSM模型能够较好的模拟生成长春市未来气候变化情景。与基准期相比,2020s,2050s和2080s最高气温平均分别上升1.67℃、3.44℃、5.65℃,最低气温平均分别上升1.07℃、2.68℃、4.69℃,平均日气温倾向率变化为0.63℃/10年;年降雨量也呈增加趋势,倾向率变化为11mm/10年;研究区未来气温和降雨量年内变化情况呈现不均匀性,春季降水量呈下降趋势,夏季降雨量呈现显著增加趋势,倾向率变化为12.7mm/10年,且相对于其他季节,夏季对全年降雨量的增加贡献最大,秋季降雨变化不显著,冬季增加趋势较平稳;与其他各季相比,气温在夏季的增幅最显著。分析成果为进一步研究未来气候变化情境下长春市水资源状况提供理论基础。     

气象卫星降水数据在时间尺度上的精度检验

利用相关系数法及散点斜率法研究气象卫星降水数据在时间尺度上的精度检验。以黑河流域为研究区,利用25个水文站点的实测降水量在年尺度、月尺度和日尺度上验证了气象卫星降水数据的精度。结果表明:在整体上,气象卫星年降水数据和月降水数据与站点实测降水数据相关性很好,在月尺度上相关系数可以到达0.962,数据精度较高,数值上比站点实测降水量偏低,偏差相对较小。气象卫星日降水数据与站点实测降水数据相关性很差,数据精度较低,偏差相对较大。就单个站点而言,大部分站点相关系数较高,但偏差较大。     

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。     

生育期模型的不确定性对未来四川水稻灌溉需水量影响

生育期的准确模拟是预估未来气候变化对作物耗水影响的关键,但不同生育期模型间差异较大,其不确定性还未充分研究。采用3种经充分率定和验证的水稻生育期模型(ORYZA2000、CERES-RICE和RCM)结合降尺度后的CMIP5大气环流模式,模拟两种情景下(RCP4.5、RCP8.5)未来3个时期(2020s、2050s、2080s)四川省水稻生育期的变化趋势,再结合水量平衡模型和水稻常规灌溉制度,预估灌溉需水量的变化,同时评估模拟结果的不确定性。结果表明,未来气温的显著升高导致四川省水稻生育期长度显著缩短,而降水量的显著增加导致了灌溉需水量的明显减少。不同生育期模型在模拟水稻生育期以及灌溉需水量时存在着一定的差异,3种生育期模型模拟未来水稻生育期长度的偏差分别为天-2.8 d、-2.3 d、+4.2 d,模拟的灌溉需水量偏差分别为-1.4%、-2.4%、+3.8%,表明3个模型的模拟结果偏差在可以接受的范围内。     

基于概率Budyko方程的流域未来可用水资源比例预估

准确评估可用水资源量对水资源规划管理、维护生态完整性和社会经济发展至关重要。基于流域下垫面特征的概率Budyko方程和降尺度后的CMIP5气候模式数据,预估了4个典型流域未来水文气象变量及其可用水资源比率的分布和不确定性。结果表明:4个典型流域(黑河流域、滦河山区、汉江丹江口以上流域和赣江栋背以上流域)未来潜在蒸散发量均显著增加,而降水的增加趋势不明显;流域可用水资源比率值随着湿润程度的增加而增加,且可用水资源比率的不确定性从高到低依次是滦河山区、赣江栋背以上流域、汉江丹江口以上流域和黑河流域;不同的排放情景对4个典型流域可用水资源比率的分布及其不确定性影响较小;在加入相同的下垫面因素(植被覆盖指数)后,干旱区域(黑河流域)比湿润区域(赣江栋背以上流域)可用水资源比率的预估更加精确。     

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。     

气候变化下雅砻江流域降水时空变化特征研究

雅砻江流域是我国重要的水电能源基地,在全球气候变化背景下,研究雅砻江流域内降水变化规律及未来的降水变化趋势具有重要意义.利用SDSM统计降尺度模型对GCM全球气候模式数据进行降尺度,模拟雅砻江流域未来的降水变化情况.通过趋势分析、M-K趋势检验及突变检验、Morlet小波分析等方法分析了雅砻江流域历史期及未来3种浓度路...     

气候变化条件下旱作玉米用水效率与单产变化趋势分析

以渭北旱塬合阳和长武2个试验站点为研究区域,通过多年的玉米田间试验数据评估CERES-Maize模型的适用性,再利用区域气候模式Reg CM4.0输出的气象数据对2050年前玉米单产及生产水足迹进行预测。结果表明:CERES-Maize模型可以很好地模拟雨养玉米产量和物候期,多数年份二者的绝对相对误差(Absolute relative error,ARE)在10%以内,CERES-Maize模型在渭北旱塬旱作农业区有很好的适用性。应用CERES-Maize模型模拟玉米生产水足迹,较传统水足迹计算方法得到的结果更为精确可靠。在RCP2.6气候情景下,随着温度升高和生育期有效降水量的增加,玉米产量呈上升趋势;在RCP8.5气候情景下,随着温度升高和生育期有效降水的减少,玉米产量呈下降趋势。气温上升幅度过大对玉米单产有明显的负面影响,降水与玉米用水效率呈正相关。为有效应对气候变化对旱作作物产量造成的负面影响,应采取减少温室气体排放量、增强土壤蓄水保墒能力、发展集雨补灌、筛选和培育节水抗旱新品种等措施。     

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CMIP5模式与VIC模型耦合的滦河流域未来气候及径流变化研究

滦河流域是京津冀地区重要的生态屏障，在全球变暖的背景下，研究滦河流域未来气候及径流变化情势对京津冀地区的发展具有重要意义。基于VIC模型模拟滦河流域历史径流，利用相关系数、中心均方根误差、标准差和均值构建CMIP5未来全球气候模式评价指标体系，并对其做归一化处理，从各模式中选取最优的降水、最高气温、最低气温及风速数据以分析滦河流域未来气候变化。采用Delta法进行气象要素空间降尺度，将VIC模型与CMIP5全球气候模式耦合，开展滦河流域未来径流变化情势分析。结果表明：VIC模型在滦河流域的径流模拟效果令人满意。在年际上，未来年降水量、日最高与最低气温均呈上升趋势，未来日平均风速无明显上升趋势。在年内分配上，与历史期同月份相比，未来月平均降水量有增有减，其中10月份增加率最高，达138.64%；未来月平均最高气温均升高，9月份变化最大，平均升高2.45℃；未来月平均最低气温平均升高3.24℃，其中2月份变化最大，平均升高4.45℃；不同月份未来风速有升有降，其中8月份变化最大，平均升高0.23 m/s，升高率达16.35%。未来期的多年平均流量为134.41 m3/s，比历史期增加9.9...