区域气候模式PRECIS对中国气候的长期数值模拟试验

利用欧洲中心ERA40再分析资料驱动区域气候模式PRECIS,对中国地区进行了50km水平分辨率、40a(1961-2000年)时间长度的连续积分,并对模拟的温度和降水与观测资料进行了比较分析。结果表明:模式对中国地区温度和降水的年、季空间分布型态均具有一定的模拟能力,对温度和降水的年际变化也有较好的模拟效果,尤其对于20世纪80年代后期出现的暖冬以及1998年的夏季极端降水都有较好的体现。但模式不足在于区域内普遍存在模拟的气温略高于实况的系统性暖偏差,幅度一般在1~3℃;内蒙古和东北地区年降水量比观测值明显偏多,长江以南地区和四川盆地的降水中心范围都明显偏大,位置偏南。总体来看,无论是空间分布还是年际变化,模式对温度的模拟能力明显优于降水。     

利用ECMWF再分析数据验证PRECIS对中国区域气候的模拟能力

本文利用1979～1983年的ECMWF再分析数据作为准观测侧边界条件驱动Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS，验证PRECIS对中国区域的气候模拟能力。选择典型的观测站点北京模拟的日最高，最低气温、太阳短波总辐射和月均降水量与观测结果进行直接比较，显示：PRECIS具有很强的模拟地面气候季节变化的能力。全国740个台站的观测与模拟值的统计分析表明：尽管模拟的最高，最低气温在0℃附近有一‘锯齿’状的偏差，PRECIS能够很好地模拟全国范围最高，最低气温的型态分布特征；从全国范围看，模拟的降水值偏高，但显示出很强的模拟极端降水事件的能力；模拟的地面太阳短波总辐射与全国122个台站的观测结果的比较显示：PRECIS模拟的辐射值偏高，全国范围内约高22％。因此，当应用PRECIS输出结果进行气候变化的影响评价时，需要对模式的输出结果进行订正。     

PRECIS模拟区域的选择对宁夏区域气候模拟效果的敏感性分析

选定4种大小不同的模拟区域设置25km水平分辨率的PRECIS系统于宁夏地区,利用欧洲中期天气预报中心(ECWMF)1978年12月-1979年9月的再分析数据作为准观测边界条件驱动PRECIS,通过模拟的宁夏地区冬夏两季日平均气温和降水与观测资料的对比,分析25km水平分辨率气候模拟结果对模式区域选择的敏感性。结果表明:25km水平分辨率的PRECIS在4种不同模拟区域下都能较好地模拟宁夏地区典型年的日平均温度和降水量,尤其是对降水的模拟效果更好;总体上,PRECIS的模拟效果随着模拟区域的缩小而下降,但PRECIS在中小模拟区域下仍然能够获得较好的模拟效果。考虑到计算成本,本研究认为在中小模拟区域下25km水平分辨率的PRECIS能够较为高效地进行宁夏地区的气候模拟。     

基于RegCM3的贵州石漠化地区农业气象要素分布的敏感性模拟

喀斯特地区的石漠化现象不但对生态环境,而且对农业气象要素的分布都产生影响。应用RegCM3区域气候模式,在分辨率为20km×20km条件下,通过石漠化(2000年)和非石漠化2组模拟数值实验,检验了石漠化对农业气象要素分布的影响。结果表明,石漠化引起了该地区农业气象要素空间分布变化。(1)石漠化区域及周边大部分地区的月降水量减少了20～80mm,小部分地区增加,降水的变率加大;(2)部分地区的地面温度上升。在不同的季节,上升的幅度不同,其中春、秋两季的温度增加较为明显,为0.2～2.0℃;(3)在非汛期,石漠化区域地面相对湿度下降2%～8%,但在雨季,石漠化对相对湿度的影响不明显;(4)石漠化区域的总蒸散量略有下降。在夏季,石漠化使该区域的地面蒸发量明显增加。     

高分辨率区域气候模式CCLM对鄱阳湖流域气温的模拟评估

利用高分辨率区域气候模式CCLM(COSMO model in Climate Mode)模拟鄱阳湖流域逐日气温资料,将基准期(1961-2000年)的模拟结果与实际观测值进行对比,并对2011-2050年SRES A1B情景下的气温变化进行预估分析.结果表明,(1) CCLM能够较好地模拟出鄱阳湖流域基准期平均气温(TMean)、最高气温(TMax)和最低气温(TMin)分别在年、月、日尺度上的时空分布特征.与观测值相比,模拟值普遍偏大,其中,流域东北部和南部的偏差较小,流域北部和中部的偏差相对较大,但CCLM模式能反映出鄱阳湖流域东北部和西北部的气温低值区.(2)A1B情景下,未来40a鄱阳湖流域TMean、TMax和TMin在年、月、日尺度上均呈增加趋势.年气温增幅在2040s达到最大.月尺度上,1月的TMean和TMax以及8月的TMin增幅最大;日尺度上,年最大TMax在流域东部增幅最大,而年最小TMin在流域西北部增幅最大.研究结果可为鄱阳湖流域提供精细化的气候变化预估资料,同时对流域气候变化定量影响评估和适应性措施的提出具有重要的参考价值.     

PRECIS对未来广西冬季农业气候资源变化的模拟分析

利用英国气象局Hadley中心区域气候模拟系统PRECIS模拟产生的广西区域冬季气候情景数据,以广西区域内92个气象站实际观测资料为标准,以1961-2010年作为订正基准时段,按不同方法对模拟的气温、降水量、辐射数据进行修订。利用修订后的冬季气候情景模拟数据,分析广西冬季气候资源分布随时间的变化,评估和预估过去、当前和未来广西冬季气候资源状况。结果表明：未来广西区内光热资源均呈由南向北减少的纬向分布特征,水分资源均呈由西向东增加的经向分布特征。在IPCC SRES A2与B2情景下,1961-2100年广西区域冬季日平均气温升高趋势分别为0.33℃10a-1和0.29℃10a-1;降水量在A2情景下变化不大,变化趋势为-0.2mm10a-1,但在B2情景下呈现减少趋势,变化趋势为-4.1mm10a-1;日辐射强度在A2与B2情景下均呈增加趋势。预估未来光照和气温条件将给广西冬种开发带来更好的光热条件,而水分条件则将呈不利趋势。     

湄公河流域农业干旱主要影响因素分析和预估

以湄公河流域作为模拟试验区域,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,单向嵌套全球海气耦合模式ECHAM5/MPI-OM当代(1980-2009年)和SRES A1B情景下未来(2010-2039年)的输出结果,以根系层土壤含水量为代表性指标,对试验区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡,系统分析了降水、蒸发、地表温度等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了初步识别。预估结果表明:未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加、土壤含水量减少较为明显;同时,在这个时段试验区蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致湄公河流域局部地区农业干旱的发生。     

三江平原不同土地利用方式对区域气候的影响

以往土地利用变化对气候的影响多是从地表参数的改变角度去研究,而气候变化的一个重要方面是温室气体的增加。通过收集整理三江平原生长季(510月)不同土地利用类型的温室气体排放通量,根据温室气体的增热潜能,比较得出,在三江平原林地、小叶章、毛果、漂筏、稻田和大豆几种土地类型中,对区域气候影响的大小依次顺序为:大豆>小叶章>毛果>林地>稻田>漂筏。由此表明,三江平原稻田对于区域的气候的变化贡献比旱地小。在过去几十年中,由于土地利用变化而导致温室气体排放的总变暖潜力增加,为三江平原气候变暖提供了佐证。     

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。     

尿素施用对土壤pH值和模拟温室箱内NH_3和NO_2浓度的影响

在模拟条件下测定尿素引起土壤的pH变化及其对氨挥发的影响,同时利用被动采样法测定模拟温室箱中施用尿素所造成的NO2和NH3浓度变化趋势。实验表明:在短期内施用尿素能明显升高土壤pH,并增加土壤氨挥发。用1%柠檬酸作为NH3的吸收剂,测得NH3浓度在6～18μgm-3之间,用25%TEA作为NO2的吸收剂,测得NO2的浓度在12～35μgm-3之间。施用氮肥的模拟温室箱中NH3、NO2浓度明显高于不使用氮肥的状况及背景环境。     

华北平原干旱事件特征及农业用地暴露度演变分析

根据1961-2014年华北平原52个气象观测站月降水数据和区域气候模式COSMO-CLM（CCLM）输出的逐月降水预估数据,利用标准化降水指数,结合“强度-面积-持续时间”（Intensity-Area-Duration, IAD）方法,研究了华北平原过去（1961-2014年）和未来（2016-2050年）3种排放情景(RCP2.6、4.5、8.5）下,不同持续时间的区域最强干旱事件的强度-面积特征及其时空分布规律。同时,基于2000年的土地利用数据,分析了2016-2050年华北平原农业用地暴露度的演变。研究表明：（1）1961-2014年,华北平原干旱中心在空间上呈由南向北迁移的趋势。（2）相比基准期（1961-2005年）,过去45a未遇的干旱事件在2016-2050年RCP3种情景下均有可能发生;RCP2.6情景下发生频率最高。（3）2016-2050年,RCP2.6和RCP 4.5情景下,华北平原农业用地干旱暴露度（即暴露面积）呈增大趋势,RCP4.5情景下干旱暴露面积增加的速率更大,RCP8.5情景下则与之相反,呈减小趋势。3种情景下暴露度峰值分别出现在2040s后期,2040s前期及2020s中期。     

河西走廊胡麻生育气候条件分析及适生种植区划

分析研究得出影响该地区胡麻生育状况及产量形成的关键气象因子是5-6月各旬的平均气温和7月下旬-8月下旬的旬平均气温；其次为降水，光照的影响最小。关键期是胡麻苗期和蒴果形成阶段。并以此为依据进行了河西地区胡麻生态气候适生种植分区。提出了合理利用气候资源的途径。     

近50年冬小麦主产区农业气候资源变化特征分析

在冬小麦主产区内选取113个气象站点的1961-2008年逐日气象资料,应用Mann-Kendall突变检测和气候线性倾向率方法,分析冬小麦生育期内农业气候资源变化趋势和特征。结果表明：研究区域近50a冬小麦生育期内≥0℃积温呈明显的增加趋势（P〈0.01）,90年代初期以来,≥0℃积温增加趋势更加显著（P〈0.05）;冬小麦生育期内的降水量变化趋势不显著,也不存在突变现象,但降水量年际间变化较大;冬小麦生育期内参考作物蒸散量的变化趋势不显著,80年代出现弱的减少趋势（P〈0.1）,90年代以后有弱的增加趋势（P〈0.1）;冬小麦生育期内的初霜冻日期呈推迟趋势（P〈0.01）,终霜冻日期呈提前趋势（P〈0.01）,导致霜冻日长度呈减少趋势。21世纪初初霜冻日的推迟趋势、终霜冻日的提前趋势更加显著（P〈0.05）。     

1961-2015年华北平原夏玉米生长季气候年型及其影响分析

利用华北平原夏玉米种植区55个气象站点1961-2015年逐日地面观测资料,依据夏玉米生长季平均气温、太阳总辐射和降水量的异常度划分10个气候年型,分析气候年型及其潜在产量的空间分布和变化特征,定量研究气候变化对不同气候年型的影响。结果表明：近55a来华北平原夏玉米生长季少雨年型发生频次最多,平均为15.8次;多雨年型和寡照年型次之,暖湿年型和高温年型最少。河北中部和山东的中部地区容易出现少雨年型和多雨年型,暖干年型主要出现在华北平原北部地区,寡照年型空间差异性较小。20世纪90年代以来研究区正常年型和多雨年型发生的频率显著减少,暖年（暖干年型、暖湿年型和高温年型）和寡照年型显著增加（P<0.05）。降水和光照是限制华北平原夏玉米气候潜在产量的主要因子,与正常年型相比,降水偏少的年型（少雨年型、暖干年型和冷干年型）气候潜在产量减少超过15%,其中暖干年型对潜在产量影响最大;寡照年型下潜在产量减少了12.5%,且地区间存在显著差异。     

东北地区主要粮食作物对气候变化的响应及其产量效应

综述了在全球气候变暖背景下,东北地区农业气候资源、农业气象灾害的变化特征以及主要农作物对气候变化的响应。结果表明,气候变暖给东北地区农业带来的影响利弊共存,主要表现为东北地区主要农作物生长季节温度升高、热量资源增加,适宜农作物生长的时期延长、适种区域扩大,为作物的光温生产潜力以及产量的提高提供了潜在的可能。但由于光照及水资源的限制以及CO2浓度的增加而引发的温室效应,对农作物的产量和品质也产生了负面影响。极端天气事件增加,农作物生态环境恶化,干旱、洪涝、盐碱化速度加快,尤其是近几年受全球变暖的影响,东北地区主要农作物受干旱灾害的影响最为明显。降水总量减少和降水分布不均匀,使东北地区成为受气候变化影响最敏感和脆弱地区之一。     

气候变化对中国北方玉米种植及物候的影响

通过分析北方地区玉米生产典型区1992—2012年40个有长时间序列记录站点的物候信息与年均温度及≥10℃有效积温之间的关系发现:随着年际之间气温波动,玉米自身进行着生育期的调整,年均温每升高1℃,玉米生育期大致缩短3～5 d;年均温11℃可能是春夏玉米的分界阈值,也可能是一年一作和一年两作两种种植方式的温度划分基线;东北和西北地区作物在1992—2012年间对气候变化响应程度强于华北地区,潜在适应性更强。通过本研究发现玉米物候对气候变化的响应规律,对于阐明玉米品种空间分布与气候变化的关系以及未来气候条件下玉米物候、品种及种植结构变化趋势具有重要意义。