基于CMIP6的气候变化下资水流域径流响应研究

[目的]探究未来气候变化情景下资水流域的径流响应情况,为实现流域可持续发展、制定防洪抗旱决策提供科学支持。[方法]基于3个CMIP6全球气候模式,通过构建流域SDSM降尺度模型和SWAT水文模型,预估了SSP1-2.6,SSP2-4.5和SSP5-8.5气候情景下资水流域2030—2089年的气温与降水变化,并进一步探究流域径流对气候变化的响应。[结果]未来资水流域呈较显著暖湿化趋势,空间上流域全范围升温且以新宁、邵阳站附近增幅最大;降水增加区域主要集中在以冷水江为中心的中下游地区,减少区域位于洞口站以西。在此背景下,未来桃江站与邵阳站年均径流与流域降水的变化趋势基本一致,邵阳站以上的上游区域可利用水资源量减小的可能性较大。枯水期流域水资源将面临更加紧缺的风险,且汛期有提前的趋势,主汛期水资源分配的均匀程度将上升。[结论]在气候暖湿化的背景下,资水流域水资源管理将遭遇更严峻的挑战,应加强水资源保护和流域综合管理。     

基于CMIP6气候模式的贵州省极端降水情景预估

为探究气候变化下贵州省极端降水未来变化特征,基于台站观测和5个CMIP6模式的逐日降水资料,利用Delta降尺度、趋势分析等方法,分析了4种极端降水指数的历史与未来变化时空特征。结果表明：(1)利用Delta修正过后的CMIP6模式数据取得了良好的效果,适用于贵州省极端降水的预估。(2)在1961—2019年的历史时期,贵州省的R95P,R25mm和CWD均呈南高北低的空间分布,而R95C呈明显的东中西差异;除CWD外,其它3个极端降水指数在1961—2019年均呈不明显的增加趋势。(3)未来3种SSPs情景下,无论是在时间还是空间上,4个极端降水指数均呈上升的趋势。(4)相较于历史时期,4个极端指数除R95C外均有增有减。R95P与R25mm在空间变化上相似,都表现为西北部较历史时期有减少,其余地区则表现为增多,且随SSPs升高而增大;CWD在中南部地区表现为减少,其余地区为增加,以北部较为明显,且在SSP126情景下最为显著;R95C则在整个地区都较历史时期增多,在中西部变化最明显,且在SSP245情景下最显著。总体而言,在气候变化背景下,贵州省的极端降水随SSPs的不同而变化,但...     

基于MaxEnt模型预测未来气候变化情景下中国区域水稻潜在适生区的变化

基于双季稻（早稻、晚稻）和一季稻的站点数据以及历史时期（1970−2000年）与未来时期（2081−2100年）气候数据,利用最大熵模型（MaxEnt）,研究影响中国水稻种植分布的主要气候因子,并预测分析水稻在历史与未来时期适生区的变化,为未来气候变化下中国水稻的合理种植提供参考依据。结果表明：（1）影响双季稻分布的主要气候因子为最干旱月降水量、最暖季度平均气温和最干旱季度降水量;影响一季稻分布的主要气候因子为年平均气温和最暖季度降水量。（2）在历史时期,早稻和晚稻适宜种植区主要在长江中下游地区及以南地区,其适宜种植区面积占比分别为14.26%和13.01%,其中大部分地区为较适宜区,占比分别为7.66%和6.62%;一季稻适宜种植区面积占比为45.46%,主要以较适宜和适宜地区为主,面积占比分别为23.47%和18.86%。（3）相比历史时期,未来时期早稻的适宜种植区面积占比在SSP126、SSP245和SSP585情景下将分别增加6.27个、9.26个和16.66个百分点,晚稻分别增加4.26个、5.55个和10.97个百分点,一季稻分别增加11.34个、18.46个和28.31个百分点。到21世纪末,早稻的适宜种植区在空间分布上向川渝、黄淮地区扩张,晚稻的适宜种植区在空间分布上向川渝和长江中下游地区以北小部分地区扩张,一季稻的完全适宜区表现出向华北平原和东北地区扩张。整体而言,未来气候变化有助于扩大中国水稻适宜种植区。     

气候变化条件下马尾松人工林潜在地理分布的诊断

基于186条中国马尾松分布记录和1931-1960年、1961-1990年、1991-2017年3个时期19个气候因子数据,利用最大熵模型(MaxEnt),研究过去近90a影响中国马尾松适生区分布的气候因子、适宜马尾松生长及分布的气候条件,以及马尾松在不同时期适生区分布变化情况,以期为中国南方人工林应对气候变化提供决策支持。结果表明：(1)影响马尾松适生区分布的主要气候因子为最冷季度降水量、最干燥月降水量、气温年较差、温度季节变化标准差、年降水量和最干季度平均温度。(2)1931-1960年适宜地区总面积和较适宜地区面积最大,分别约为184.88万km²和87.45万km²,1961-1990年完全适宜地区面积最大,约为52.71万km²,1991-2017年北侧边界较1931-1960年向北偏移约1°,南侧海南岛适宜区域减至0,雷州半岛分布边界较1931-1960年向北偏移约2°。(3)随着近90a来气候变化,马尾松潜在适生区整体向东向北偏移,原有西侧和南侧零散的适生区域减退,适宜地区总面积呈现先减少后增加的趋势,现状...     

CMIP6模式对中国西南地区气温的模拟与预估

应用1961-2014年CN05.1月平均气温观测数据集,以及国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)的19个全球气候模式数据,基于泰勒图、泰勒指数和年际变化技巧评分,系统评估了CMIP6模式对中国西南地区气温的气候态空间分布以及年际变化的模拟能力,并预估该地区未来气温在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下的变化特点。结果表明：（1）与其他季节相比,大多数CMIP6模式对研究区1961-2014年秋季气温气候态空间分布的模拟表现最好;CMIP6模式模拟四季和年平均气温年际变化的结果整体偏低。19个模式中对西南地区气温模拟较好的模式有ACCESS-CM2、 CMCC-CM2-SR5和CMCC-ESM5。（2）3个较优模式的等权重集合,在模拟气温的气候态空间分布和年际变化方面优于19个模式的等权重集合。（3）与1961-2014年同期观测结果的多年平均气温相比,未来西南地区四季及年平均气温在4种情景下均呈升高趋势,四季和年平均气温升高0.94～3.48℃。4种气候情景下均表现为夏季升温最多（2.17～3.48℃）,且夏季平均气温的年际波动幅度最小;...     

中国西北地区未来潜在蒸散发集合预估及不确定性归因

预估西北地区未来潜在蒸散发（Potential Evapotranspiration,PET）变化对该区制定气候适应性远景规划至关重要,然而PET预估中不可避免地存在源于气候情景、气候模式和PET模型的不确定性。该研究以3个气候情景（Shared Socioeconomic Pathway,SSP）、6个性能良好的潜在蒸散发模型（Potential Evapotranspiration Model,PETM）以及第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6）的6个全球气候模式（Global Climate Model,GCM）分别表征情景、模型和模式的不确定性,构建了基于多模式、多情景以及多模型的三维PET集合预估框架,得到108套预估结果组成的大规模数据集合。基于集合预估结果,分析了相对于历史时期的PET变化量的整体特征及多源不确定性导致的预估结果差异,并基于三因素方差分析法量化了各不确定性来源及其非线性交互作用对总不确定性的贡献率。结果表明：未来中期（2041-2070年）和远期（2071-2100年）年均△PET预估结果集合均值分别为67.8和95.3 mm。集合预估中,基于SSP1-2.6情景（可持续发展情景）、PM[CO2]模型及MIROC6全球气候模式预估的PET变化量较低,且情景和模型不确定性造成的结果差异均随时间推移而增大。各不确定性来源在中期PET变化量预估中的相对重要性由大到小依次为PETM、SSP和GCM;而在远期,SSP贡献率最高,达65.3%。在季节分布上,PETM和SSP分别在暖季（夏、秋）和冷季（冬、春）的贡献率较高。大规模PET变化量集合预估结果及其统计特征能够为西北地区应对气候变化的高效行动提供更科学全面的理论依据;不确定性来源相对贡献的分析结果可为进一步降低未来PET预估的不确定性提供研究方向。     

气候变化情景下未来赣北第四纪红壤坡面土壤侵蚀的预估

为评估未来气候条件下的土壤侵蚀变化的响应,该研究利用IPCC AR4中17个全球大气环流模式在SRES B1(低排放)、A1B(中排放)和A2(高排放)这3种典型排放情景下的未来降水预测,结合坡面土壤侵蚀WEPP模型,在对模型验证效果良好的基础上,参照集合预报方法,对未来至21世纪末赣北地区典型第四纪红壤坡面的土壤侵蚀进行预估。研究结果表明,虽不同大气环流模式的预估表现各异,但与基准期相比,确定未来降雨量增加,径流量很可能增加,坡面侵蚀也可能增加。未来降雨和侵蚀出现递增趋势,并延续至本世纪末。3种情景下预估的坡面土壤侵蚀平均水平均高于基准期,其中温室气体浓度最高的A2情景增幅最大。随降雨、径流及土壤侵蚀递增趋势的持续,至本世纪中后期(2051-2099年)红壤坡面的土壤侵蚀到达峰值。     

中华猕猴桃在中国潜在分布及其对气候变化响应的研究

中华猕猴桃为中国特有果种,由于其独特的口感和较高的经济价值,近年来种植规模逐年扩大。在引种过程中,由于缺乏合理的布局规划和适生性分析,出现了品种单一化、易感病虫害等问题。近年来四川、陕西、贵州、重庆和湖北等猕猴桃主产省份相继开展了猕猴桃气候适宜性区划的研究,但目前的研究多未考虑未来气候变化对猕猴桃种植分布的影响,且伴随着气候变化的加剧,已有的研究结果已不能完全适应实际生产的需求。本文运用生态位模型软件MaxEnt,模拟和预测气候变化背景下大尺度范围中华猕猴桃适生区分布及其变化的可行性,以利于科学地优化产业结构、促进产业发展。基于当前数据和IPCC AR5提出的3种气候情景以及中华猕猴桃的分布信息,采用MaxEnt生态位模型和ArcGIS预测了中华猕猴桃的适生区及未来的变化趋势,用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC曲线)检测模型精度、刀切法(Jackknife test)筛选主导环境变量。结果表明,基于当前和未来情景构建的中华猕猴桃地理分布模型的AUC(area under curve)值均达到"极好"的标准,说明模型预测结果可用于本研究。当前气候条件下,中华猕猴桃的高适生区主要在四川、陕西、重庆、湖北、贵州、浙江、湖南、安徽、河南、江苏和甘肃等省份,面积达1.01×10~6 km~2。中适生区则以高适生区为中心向外扩散,包括河南、湖北、安徽、江苏和山东等地,面积为6.79×10~5 km~2。RCP2.6和RCP4.5排放情景下,中华猕猴桃高适生区的分布、面积及中心点位置都有所不同,面积均呈增加趋势;RCP8.5排放情景下,高适生区面积呈减少趋势。RCP4.5和RCP8.5排放情景下,中华猕猴桃高适生区中心点均有向北移动趋势。MaxEnt模型对未来气候变化条件下中华猕猴桃适生区的准确模拟与预测具有潜在应用价值,对该果树的气候适宜性区划具有重要指导意义。     

基于APSIM模型的2015-2100年气候变化对中国玉米生产力影响

全球气候变化直接影响作物生产。玉米是中国种植面积最大的粮食作物,系统探究未来气候变化对其生产力的影响对保障玉米高产稳产和粮食安全具有重要意义。为探究未来气候变化对中国玉米生产力影响,该研究基于SSP1-2.6和SSP5-8.5 共2种气候情景（shared socioeconomic pathways,SSP）1981-2100年逐日气象资料以及中国气象局农业气象观测站玉米生育期数据和土壤数据,使用调参验证后的农业生产系统模拟模型（agricultural production systems simulator,APSIM-Maize）解析了气候变化对中国玉米主产区高产性和稳产性的影响。结果表明：1）未来气候情景下,中国玉米主产区生育期内气温和≥10 ℃有效积温总体呈增加趋势,SSP5-8.5气候情景下升温幅度高于SSP1-2.6气候情景;降水量年际波动大,变化趋势不显著;太阳总辐射呈先增加后减少趋势。2）若不采取适应措施,未来气候变化使玉米全生育期、营养生长期和生殖生长期总体呈缩短趋势,且SSP5-8.5情景下缩短幅度大于SSP1-2.6情景,2080 s缩短幅度大于2030 s和2050 s。3）无适应措施条件下,未来气候变化下研究区域玉米光温潜在产量和雨养潜在产量总体呈下降趋势,SSP5-8.5情景下较SSP1-2.6情景下减产效应更大,2个情景光温潜在产量减产率平均值分别为13.8%和11.9%,雨养潜在产量减产率平均值分别为17.5%和14.0%。玉米潜在产量的稳定性略有提高,但区域间存在差异。因此,未来气候变化使中国玉米生产力总体下降,稳定性略有提高。研究为未来玉米高产稳产和中国玉米种植区划提供理论依据。     

气候变化下干旱对中国玉米产量的影响

了解干旱的时空变化特征及其对农业生产的影响对于维护农业可持续发展具有重要意义。该研究以中国五大主要玉米种植区中241个地级行政单元作为研究对象,采用AquaCrop作物模型分别对rcp2.6、rcp4.5、rcp8.5,3种代表性浓度路径情景中玉米在不同灌溉条件下的受到的水分胁迫及相应产量进行模拟,在此基础上通过建立回归模型评估干旱强度对玉米产量损失的影响。结果表明,1）未来中国的干旱强度分布及玉米产量损失在空间上均呈现由西北至东南递减的趋势;2）未来时期全国大部分地区干旱水平相比于历史时期有所上升;3）玉米干旱损失率随干旱指数的变化特征符合Logistic曲线,回归结果的R2为0.96。4）未来北方春播玉米区和黄淮海夏播玉米区的玉米产量对干旱强度反应最敏感,应当引起格外重视。     

中国现代气候变化的规律及未来情景预测

20世纪50年代以来，由于受太阳周期活动、地球和天体运动、地壳运动、温室气体的温室效应、气溶胶的冷却效应、大气环流变化、海温变化、冬夏季风减弱和破坏森林等对气候变化的综合影响，我国年平均气温已升高0．68℃，北方最低气温升高0．24℃；全国年降水量减少了23．2mm，北方减幅大于南方。经模拟预测，从1987年开始的气候变暖将持续到2015年，2016年将转入低温期，2039年又将转入高温期；到2020年全国气温将升高1．68℃，西北地区升高2．2℃，南方年降水量增加28mm，北方没有变化；2030年海平面升高5．3～14．2cm，气候将更加干旱。     

未来气候变化情景下海南岛绿橙种植气候适宜性分析

基于海南岛主岛19个气象站点连续40a（1980-2019年）逐日气象数据及地形等要素,建立空间分析模型,综合确定海南岛绿橙种植气候适宜区指标。在气候适宜度模型基础上构建海南岛绿橙种植温度、日照、降水以及综合适宜度模型,采用地理信息系统（GIS）技术综合分析,利用自然点断法对绿橙种植气候适宜性进行精细化区划,并利用RCP4.5未来气候情景模式模拟数据探讨未来30a（2020-2049年）气候变化情景下海南岛绿橙种植适宜区变化趋势。结果表明：现阶段海南岛绿橙种植最适宜区主要分布于中部地区,面积0.87×10⁴km²,气候适宜度为0.9～1.0;适宜区主要分布于东部局部地区及中西部大部地区,面积1.83×10⁴km²,气候适宜度为0.7～0.9;次适宜区主要分布于西部沿海及中西部海拔较高地区,面积0.51×10⁴km²,气候适宜度为0.4～0.7;不适宜区主要分布于中部山区,面积0.17×10⁴km²,气候适宜度为0～0.4。未来气候变化情景下海南岛气温、降水分布呈较大变化,温度适宜区由四周向中部逐渐缩小,降水适宜区由东部逐渐迁移至中部地区。未来绿橙种植气候最适宜区主要分布于琼中、屯昌和保亭县大部分地区、万宁市西部及白沙县中东部等地。     

基于CMIP6模式的西南地区旱灾风险未来预估

预估西南地区在全球气候变暖背景下未来的干旱变化趋势,可为西南各区域研究旱灾变化并防范未来旱灾风险提供有效参考。通过评估30个CMIP6模式对西南地区的模拟性能,挑选并计算出由10个模式组成的多模式集合平均数据,基于标准化降水蒸散指数SPEI、地形、人口、GDP和土壤含水量等指标,利用AHP-熵权组合权重法和ArcGIS的空间分析功能来构建包含致灾因子危险性和承灾体易损性的旱灾风险评估模型,对西南地区SSP126,SSP245,SSP585三种组合情景下的2021—2040年近期和2041—2060年远期的旱灾风险进行了预估。结果表明：(1)高风险区主要分布在贵州南部、云南东部以及重庆的沙坪坝、四川的温江、越西等零星地区;(2)低风险区主要分布在四川东部和相邻的重庆西部等地区,大致呈南北递减的变化趋势;(3)从近期到远期,未来3种情景组合都表现出次高和高风险区范围增大,次低和低风险区范围减少的形势。综上,全球气候变暖背景下,西南地区未来的旱灾风险整体将有加大加重的趋势,尤其是低纬度地区未来的风险性将明显加重。     

气候变化对云南气候生产潜力的影响

利用1961-2009年云南省117个台站年平均气温、降水量资料和Thornthwaite Memorial模型计算分析云南省气候生产潜力(TSPV)的分布及年际变化特征,并模拟了未来气候变化情景下气候生产潜力的变化。结果表明:云南多年平均TSPV值为1439.2g.m-2.a-1,滇西北和滇东北最低,滇西南和滇东南最高;近49a云南全省以及各站的平均TSPV变化的年际变化不显著;云南TSPV利用率较低,实际粮食产量平均只占气候生产潜力的19%。在云南气温明显上升、降水略减少、年际波动大的气候变化趋势背景下,TSPV与降水的相关系数(P0.01)大于气温,说明降水是当地TSPV的主要限制因素;敏感性分析显示,未来如果出现"暖湿型"气候对作物生长最为有利,出现"冷干型"对作物生长最为不利。而趋势分析表明,未来云南易出现"暖干型"气候,这不利于当地的农业生产。     

内蒙古地区草地类型分布格局变化及气候原因分析

利用内蒙古自治区48个气象观测站点50a（1962-2011）的月平均气温和降水量观测数据,基于Holdridge模型计算内蒙古气候区划指标划分不同类型草原区,模拟内蒙古草地类型50a的变化趋势。结合实际草地类型分布图,分析不同草原区1962-2011年的气候变化特征,并探讨气候变化对草地类型分布的影响。结果表明:内蒙古典型草原区的东部区域、荒漠草原区和草原荒漠区均属高温地带,而森林草原区和典型草原区的大部分区域属低温地带。50a间内蒙古草原区气温具有显著上升趋势（P<0.05）,各类型草地区的年平均气温均在1990年左右发生突变,同年呈显著升高趋势,而生长季气温在1995年左右发生突变,并于2a后呈显著升高趋势。内蒙古草原区降水分布格局具有明显的地带性,由西至东降水量递增且梯度差异明显。年降水量变化趋势表现为,森林草原区自1997年开始显著增加,至2002年回落;典型草原区自1992年开始年降水量显著增加,至2006年回落（P<0.05）;荒漠草原和草原荒漠区年降水量变化趋势不显著。生长季降水量的变化则表现为,森林草原和典型草原区在研究期内呈小幅减少-小幅增加-小幅减少趋势,其它类型草地降水变化与年降水量趋势一致。总体上,内蒙古草原区的降水变化,森林草原和典型草原区具有较大波动性,荒漠草原区于近年产生少许变动,而草原荒漠区相对较稳定。1962-2011年气温和降水量变化导致森林草原区面积在前30a呈增加趋势,后20a呈减少趋势;荒漠草原和草原荒漠区的边界逐渐向东扩展,典型草原区也将扩展至部分森林草原区域。总之,研究期内内蒙古草原区降水量在后期减少、气温持续升高,由于蒸散量加大可能导致土壤干旱,从而影响内蒙古草地生态系统分布格局的变化。     

吐鲁番地区气候变化对参考作物蒸散量的影响

新疆吐鲁番盆地是中国气候最干旱、水资源最紧缺的地区之一,农业用水完全依赖于山区径流和地下水的灌溉。研究在气候变化背景下的参考作物蒸散量的变化,对制定科学合理的水资源管理技术方案具有重要意义。根据吐鲁番地区4个气象台站1959-2007年的历史气候资料以及联合国粮农组织（FAO）推荐的Pen-man-Monteith公式计算各地逐年参考作物蒸散量,采用线性回归、Morlet小波和Mann-Kendall突变检测等方法,分析近49a各站年平均气温、降水量、日照时数、年平均风速和空气相对湿度等气候要素以及年参考作物蒸散量的变化趋势和变化特征,据此分析参考作物蒸散量变化的气候成因。结果表明：①近49a吐鲁番地区年平均气温和空气相对湿度呈升高趋势,日照时数和年平均风速呈减小的趋势,降水量变化不明显;②年参考作物蒸散量与上述各气候要素均具有较好的相关关系（p〈0.1）,其中与年平均风速、空气相对湿度、降水量和平均气温的相关性最为密切（p〈0.01）。受上述各气候要素变化的综合影响,近49a吐鲁番地区的参考作物蒸散量总体呈明显的减小趋势（P〈0.01）,这对降低农作物需水量和农田灌溉量具有重要影响;③突变检测表明,吐鲁番地区年平均气温在1970年发生了突变性升高,年平均风速在1965年发生了突变性减小,参考作物蒸散量在1968年发生了突变性减小,其它气候要素未发生突变;④各气候要素和参考作物蒸散量分别存在准2～8a的年际尺度和16～24a的年代际尺度的周期性变化。