CMIP5模式对西北干旱区典型流域气温模拟能力评估——以开都-孔雀河为例

西北干旱区水资源问题突出,全球变暖将进一步加剧其水资源短缺,研究未来气候变化对流域水资源合理分配和使用具有重要意义。本文利用CRU(Climate Research Unit)数据和DCHP（Downscaled CMIP3 and CMIP5 Climate and Hydrology Projections）提供的32个经BCSD降尺度的CMIP5（全球耦合模式比较计划第五阶段）模式气温数据,采用线性倾向估计、滑动平均、M-K(Mann-Kendall)检验及滑动T（MMT）等检验法,以西北干旱区典型流域开都-孔雀河流域为例,通过对1950—2005年的年平均气温、年平均最高气温与年平均最低气温3个指标的变化趋势及突变年份进行检测,评估各模式及模式集合平均对气温变化的模拟能力。研究结果表明：①12个模式能够准确模拟出1950—2005年流域内各气温指标的显著增加趋势,8个模式能够模拟出部分气温指标的增温趋势,但均低估了增温速率,集合平均也存在同样问题;②除FIO-ESM与MPI-ESM-MR能够准确模拟出气温突变时间外,绝大多数模式不能够准确模拟出。基于优选模式的集合平均PM-PLS和PM-EE对突变的模拟能力总体上优于单个模式,其中PM-PLS模拟能力更优;③对PM-PLS模式集合平均进一步评价,发现其能较好地再现流域气温线性趋势的时空变化总体特征,但仍存在增温速率低估的问题。采用气候模式进行未来气候预估仍需加强模式优选及多模式集合平均方法的深入研究。     

蒙古高原气温与降水变化特征及CMIP5气候模式评估

蒙古高原受自然与人为因素影响,生态环境面临严峻压力,研究气候变化特征及气候模式评估对该地区气候及生态环境等相关研究具有重要的参考意义。本研究以整个蒙古高原为研究区,研究蒙古高原气温与降水要素的变化趋势,对比研究中国内蒙古自治区与蒙古国地区气候变化特征,并评价了全球耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）模式输出的气温与降水序列在研究区的表现,利用一种改进的秩评分方法对CMIP5模式的模拟能力进行了综合评价。结果表明,蒙古高原过去几十年整体呈增温减湿的趋势,最低气温升温幅度明显大于最高气温升温幅度,中国内蒙古地区变暖趋势强于蒙古国地区;CMIP5模式模拟的平均气温普遍偏低,且低估了该区域的增温趋势,而模拟的降水量普遍偏高。不同要素间,CMIP5模式对平均气温的模拟能力最强,最高与最低气温次之,降水相对较差。模式评价结果对评价指标有较大的依赖性,因此,评估气候模式的区域效果时,建议使用多指标进行综合评价。     

中国东部季风区1961年~2006年年平均气温变化特征

利用中国东部季风区375个测站的1961年～2006年历年平均地面气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、滑动t-检验、子波分析和功率谱分析等方法,分析了46年季风区年平均气温对气候变暖的响应。结果表明：①中国东部季风区近46年增温率0.24℃/10年,从1971年开始气温呈增加趋势,1987年有一次显著突变;②季风区年平均气温标准差和相对变率分布较均匀;③大多数区域气温变化有明显上升趋势,增温率从南向北增大,增温不显著的区域主要在西南地区;④用EOF将该区年平均气温异常分为全区一致型、准南北差异型、中间型3种常见分布模态,用REOF将该区细分为季风北部区、南部区、中部区和云贵高原区4个分区;⑤全区性的异常偏热年,大部分出现在1990年以后,气温异常变化存在5年左右的年际周期;⑥年平均气温的转折和突变先从云贵高原开始,过10年左右南、北部转型,再过10 年左右是中部转型;⑦对气温变化的机理进行了初步分析。     

1960年至2007年汾河流域气温年际和季节性变化特征分析

运用线性倾向分析、滑动平均法、Mann-Kendall法等数理分析方法,对山西省汾河流域19个气象站1960年-2007年的逐月气温资料进行了分析。研究表明:自1960年以来,汾河流域年平均气温、平均最高和最低气温均呈波动变化趋势,并有升高趋势,递增率分别为0.32℃/10a、0.13℃/10a和0.50℃/10a。同时,气温年较差呈减小趋势,近48年的气温年较差递减率为0.37℃/10a。此外,年平均气温、平均最高和最低气温发生趋暖突变的时间分别是1993年、1996年、1981年,且近15年是流域年平均气温发生上升的主要时段。气候趋暖还表现出在冬季气温的递增速率最大的特点。流域南北年均气温变化的区域差异并不是很明显,但就各区域的季节变化而言,春冬两季的年均气温变化则表现出明显的区域差异。     

近50年来雅鲁藏布江流域气温变化特征

利用1961～2010年西藏雅鲁藏布江流域6个气象站逐月平均气温、最高气温、最低气温等资料,采用气候趋势、气候倾向率、滑动平均和M-K法等现代气候诊断方法,分析近50年来雅鲁藏布江流域气温的年、季和年代际变化。结果表明:雅江流域近50年来平均气温、最高气温、最低气温均呈现显著的升温趋势,增温幅度分别为0.35℃/10a、0.31℃/10a和0.45℃/10a。最低气温的增温幅度大于平均气温和最高气温。各气温呈明显的逐年代上升趋势,20世纪90年代以来增温速度极大,尤其是21世纪初增温更加显著。     

1957年至2008年海河流域气温变化趋势和突变分析

气温变化是气候变化背景下科学研究的热点问题。海河流域作为中国的粮食主产区,其气温的变化研究对于指导农业生产生活具有重要的意义。本文采用成熟的Mann_Kendall非参数检验方法对海河流域1957年-2008年的年平均气温、最高气温和最低气温的变化趋势进行了显著性检验,并采用滑动t-检验法对气温的突变期进行了分析,结果表明:海河流域年平均气温、最高气温、最低气温全部呈上升趋势,并且全区平均气温上升显著,东北部地区的最高和最低气温的上升趋势也全部通过显著性检验;各月平均气温中,1月、2月、3月、4月、9月气温上升显著。最低气温增温显著,邢台、蔚县和霸州等形成多个骤升中心,其中邢台最低气温最大变幅达0.78℃/10a;流域内大部分地区气温发生突变的年限多在1971年-1974年,1986年-1988年,1993年-1994年和1996年-1999年。气温突变主要发生在20世纪70年代和90年代,并且2月、3月份发生突变的范围最广。     

基于CMIP5气候模式的辽宁省气象要素模拟能力评估及其订正

对CMIP5气候情景模式在辽宁省气温、降水、辐射的模拟能力进行了评估,并将筛选出的模式进行集合订正。研究结果表明：(1)研究发现,31个气候模式对不同的气象要素模拟能力各有差异,为准确地模拟未来气候的变化情况,3个气象要素都分别筛选出各自模拟较优的模式进行等权重模式集合。其中平均气温由ACCESS1-0、CanESM2、CMCC-CM、IPSL-CM5A-MR这4个模式进行等权重集合;降水由CanESM2、GFDL-CM3、GFDL-ESM2G、GISS-E2-H这4个模式进行等权重集合;太阳辐射由GISS-E2-H、MIROC5、EC-EARTH和MIROC-ESM-CHEM这4个模式进行等权重集合。(2)基于RQUANT的分位数映射法对于辽宁省气象要素的订正效果在不同时间尺度和区域上各不相同。其中在日尺度上3个气象要素的订正效果都较差;季节尺度上,辽宁省西部地区平均气温和降水模式的订正效果要优于东部;年尺度上,平均气温的订正效果最好,订正后全区误差都呈降低趋势。     

白龙江流域气候变化及其对水资源的影响

利用白龙江流域气象观测资料和水资源定位观测资料,分析气候变化特征、水资源变化特征,及其二者的关系,建立水资源气候模式.分析表明:白龙江流域降水量年际变化呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率在(-34.2～-7.4)mm/10年之间,降水量递减以夏季降水量递减为主,倾向率在(-21.2～-3.8)mm/10年.气温年际变化趋势呈显著上升趋势,气温变化曲线线性拟舍倾向率在(0.10～0.40)℃=/10年之间,增温率以冬季最大,其值在(0.22～0.55)℃/10年之间,秋季次之,其值在(0.15～0.35)℃/10年之间,春季最小,其值在(0.03～0.34)℃/10年之间.年际变化趋势从20世纪70年代之后持续上升.年干燥指数变化呈显著上升趋势.年干燥指数变化曲线线性拟合倾向率在(0.09～0.14)/10年之间.近55年来白龙江流域气候趋于暖干化.白龙江流域水资源呈显著下降趋势,倾向率为-28.09m3/(a·10年).从1985年开始下降,突变点在1991年,年际变化存在3～4年、7～8年、12～13年的年际周期变化.水资源与降水量呈显著正相关,相关系数为0.47～0.71(P＜0.01),与年平均气温呈显著负相关,相关系数为-0.68～-0.46(P＜0.01),与干燥指数呈显著负相关,相关系数为-0.75～-0.43(P＜0.01).降水量减少,气温升高,干燥指数上升,导致水资源减少.     

和田河流域气温与降水量长期变化趋势及其持续性分析

采用Mann-Kendall非参数检验方法对和田河流域两个主要气象站点月、年平均气温序列和逐月、年平均降水量序列进行趋势检验,在此基础上运用R/S分析方法,估算各时间序列的Hurst指数,预测该流域气温、降水量的未来变化趋势及其持续性,并采用随机重排法对估算结果进行了稳定性检验。分析结果表明：和田河流域在过去近50年内,气温变化趋势以增温为主,秋、冬季增温趋势尤为显著;降水量变化总体上呈增加趋势,夏季降雨量增加趋势较明显;未来的气温、降水量变化趋势表现为较强的长程依赖性,说明在未来一段时间内,其上升趋势还将持续一段时间。     

西藏高原冬虫夏草产区气候变化特征分析

了解西藏高原冬虫夏草产区气候变化对当地冬虫夏草资源可持续利用和生态环境保护十分重要。本文利用产区24个气象站1981—2015年的气温、降水、日照资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验等方法,对产区气温、降水和日照的变化时空特征进行了分析,并集合平均5种气候模式在RCP4.5、RCP8.5两种情景下对产区未来年平均气温和年降水量进行了模拟预估。结果表明:近35年产区年平均气温表现为明显的升高趋势,冬春季升温最为显著,其次为夏秋季;雨季平均气温升温率小于年平均气温升温率。年和雨季的平均最高气温、平均最低气温均呈显著升高趋势,绝大部分站点的年、雨季平均最低气温升温率和平均最高气温升温率均明显大于同期平均气温升温率。年降水量大部分站点为增加趋势,但地区差异性较大;年平均日照时数和雨季日照时数均表现为明显的减少趋势。预估表明产区21世纪未来不同时段气候均表现为气温升高,降水增多的暖湿化发展趋势。未来冬虫夏草适宜海拔下限直接抬升将导致适宜区范围缩小,气候变化将对冬虫夏草的产生和生长造成严重威胁。     

南通地区1960 年-2007 年气温与降水的年际和季节变化特征

以南通地区7个观测站点逐月平均气温、平均最高气温、平均最低气温和降水量数据为基础,采用线性趋势法、滑动平均法、Malln—Kendall非参数检验法、滑动t检验法和小波分析方法,分析了1960年一2007年南通地区气温、降水的年际和季节变化趋势和突变、周期变化特征。结果表明：1960年-2007年,年际变化以最低气温的较大增幅和较早突变为特征。季节变化以秋冬季平均气温、平均最低气温增温明显,且冬季降水量增加,以及秋冬季增暖突变较早为主要特征。周期变化上,气温和降水参数多存在较大时间尺度上较为稳定的变化特征,如牟平均气温21—30a和春季降水量14—25a时间尺度的变化。小尺度上（10a以下）的变化较为频繁,但不是很稳定。总体上,南通地区气温突变时间要晚于我国西部和中部地区,而降水变化不显著。     

博河流域气候变化及其与径流量的关系研究

利用博尔塔拉河流域内(简称博河)4个气象代表站1960-2010年气温和降水量资料以及2个代表水文站1980-2010年径流量观测资料,进行了气候、径流量的趋势分析及突变检验,并探讨其相关关系和影响效应。结果表明:1博河流域年平均气温和年降水量呈现增加趋势,其中冬季气温上升对流域气温变化的贡献率最大;2博河年平均径流量呈波动中增加态势,并在1997-1998年发生一次由偏低期转为偏高期的突变;3流域气候变化与博河径流量的关系研究表明,其上游河源区气温与径流量的相关性比下游的大。就降水量而言,下游降水量与径流量的相关性比上游更为显著;4多元回归分析显示,当降水不变,温度每升高1℃时,博河径流量增加4.1%,而当温度不变,降水量每增加10%时,径流量增加4.6%,说明径流量对流域降水量及其气温变化的响应较为显著。     

近30年青藏高原气温变化趋势分析

研究气候变化过程中气温是最主要、最直接的指标。文章运用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势显著检验与突变检验、滑动平均分析以及EOF分解等方法,对青藏高原56个气象观测站点1984-2014年近30年的逐日平均温度资料进行了研究与分析,结果表明:近30年高原平均气温的年际变化与季节变化的空间分布上存在相似的特征,即在纬度方向上的分布形态都为"高-低-高";四个季节的年平均气温中,夏季最高,冬季最低,春秋季的温度处于中间且相互差别不大;气温随时间的增加呈上升的趋势,并且冬季的上升趋势最显著;高原年平均气温在21世纪以前整体普遍偏低,之后变为偏高;高原年平均气温自1997年显著增加,且自2005年这个增暖趋势非常显著,这个增暖过程是个突变现象,具体是从2003年开始的;高原气温变化的影响因子有太阳黑子、地球自转速度、平均云量、积雪效应和人类活动等,并且需要我们运用有效的措施来解决气温急剧增加的问题。     

黄河上游流域气候变化对径流的影响

黄河上游是我国重要的水源涵养区。然而,近年来黄河上游年平均气温呈逐年上升趋势,对流域水资源情势造成较大影响。本文基于SWAT模型,研究在未来不同气候情景下,流域径流在未来两个时期（2046年-2065年以及2081年-2100年）的时空分布规律。结果表明,在未来两个时期内,流域径流量呈减少趋势,且2081年-2100年时期的减少幅度较2046年-2065年时期大;流域多年平均径流量、年径流量序列的第10和90百分位值（R10和R90）的最大值与最小值分别出现在CSIRO-A2和INM-B1两种组合情景下;CSIRO模式下流域径流量最大,INM模式下最小,MRI模式居中;日径流量的第90百分位值（Q90）在所有组合情景下都表现出减小的趋势。在不同气候变化情景下,流域未来多年平均径流深的空间分布与基准期较为一致,即上游径流深较大,下游径流深较小;在不同情景下流域多年平均径流深要低于基准期。研究结果可以为黄河流域水资源管理和相关政策的制定提供科学依据。     

昌都最冷月和最热月气温变化特征

为了解全球变暖背景下昌都气温变化规律及其演变趋势,利用昌都气象观测站1952年至2010年气温观测资料,运用线性倾向估计,M-K突变检验,小波分析等方法对近58a来温度变化的主要特征进行分析。结果表明:昌都平均气温总体上呈上升趋势。年平均气温以0.012℃/a的速度上升,最冷月增温率达0.026℃/a,最热月增温率为0.007℃/a,冬季增暖明显,进入21世纪后升温更为明显。2005年为年平均气温增暖的突变点,且突变显著,1月平均气温突变点为2003年,7月平均气温气温上下波动,无显著变化趋势。昌都年、最冷月和最热月平均气温分别存在着16a、27a和8a的震荡周期,从振荡主周期判断,在大的时间尺度上年及最冷月、最热月气温目前均处于偏暖期。     

近50年西藏色林错流域气温和降水的变化趋势

利用西藏色林错流域气象观测站1961～2008年逐月平均气温、降水量等资料,分析了近50牟流域气温、降水的年际和年代际变化特征和异常年份,结果表明：近50年流域年平均气温以0．40℃／10a的速率显著升高,冬季增温最突出。平均最高气温除夏季变化趋势不大外,其它各季以0．21～0．35℃／10a的速度显著升高;年平均最低气温以0．56℃／10a的速度显著升高,明显高于最高气温的井幅。流域年降水量以20．4mm／10a的速率呈显著的增加趋势,四季降水量表现为增加趋势,为0．8～10．4mm／10a,以夏季增幅最大。20世纪60年代至90年代,除夏季外,其它3季和年平均气温都表现为逐年代增加趋势。年、季平均最高气温的年代际变化特征不明显。60年代流域降水表现为偏少的年代际变化特征;70年代夏季降水偏多,其它季节偏少;80年代夏、秋两季降水正常,冬、春季偏多;90年代,夏季偏少,秋、冬季偏多;进入21世纪前8年,秋季降水偏少,其它三季降水偏多,年降水量增幅明显。     

西藏丁青县1961—2015年气温变化特征分析

文章采用丁青县1961~2015年气温资料,运用气候倾向率、M-K趋势检验和突变分析、Morlet小波变换等方法对丁青县气温年、季变化特征进行分析,结果表明:丁青县平均气温、最高气温和最低气温均呈显著的上升趋势,气候倾向率分别为0.246℃/10a、0.242℃/10a和0.275℃/10a,升温率小于青藏高原地区,高于全国平均升温率。无论是平均气温、最高气温还是最低气温,四季均表现为增温趋势,以冬季增温幅度最大。平均气温、最高气温和最低气温的升高均为突变现象,突变点分别在1995年、2002年和1994年左右。气温变化存在明显的周期,且无论较长周期还是较短周期的变化都处于偏暖期,且在未来一定时期内呈向较暖趋势发展的走向。     

1936—2018年环北极典型流域气温与降水时空变化

降水是环北极地区水资源的主要来源。定量分析气温与降水时空变化是深入理解环北极地区陆地水循环过程的基础。本文选取鄂毕河、叶尼塞河、勒拿河流域为对象,利用167个俄罗斯国家气象站点1936—2018年的气温与降水观测数据,结合线性趋势分析和Mann-Kendall突变点检验,揭示环北极典型流域气温与降水的时空变化特征。结果表明：①鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河流域多年平均气温为0.06 ℃、-2.98 ℃、-7.41 ℃,年均增温速率分别为0.27 ℃/10 a,0.22 ℃/10 a,0.15 ℃/10 a。年内极端最低温（TNn）上升尤为明显,约为年均增温速率的1.3倍,春、冬季增温速率大于夏、秋两季;②鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河流域多年平均降水量为496 mm、428 mm、369 mm;年降水量显著增加,其中叶尼塞河流域增速较慢（3.36 mm/10 a）,而鄂毕河（13.02 mm/10 a）和勒拿河（9.59 mm/10 a）流域增速较快,降水增加集中在春、秋、冬三季;③在空间上,增温较快的区域集中在西伯利亚高原和山地,最大增温速率达0.60 ℃/10 a,而平原地区普遍偏低;降水的空间差异大,西伯利亚南部高海拔地区（>1100 m）年降水量达1000 mm左右,北部低海拔地区普遍为300~ 600 mm。上述观测数据指示,环北极流域正在变暖变湿,且空间差异大,可能与“北极放大”及流域下垫面条件有关。     

1961-2012年云南省极端气温时空演变规律研究

利用云南省122个气象观测站1961-2012年逐月极值气温资料,采用线性趋势分析等方法分析1961-2012年云南省四季和年极端气温的变化趋势特征。结果表明:低纬高原地区年平均最高(最低)气温及四季最高(最低)气温的空间分布呈现北低南高的形式,整体上从滇西北向南随纬度的降低而增加,表现出明显的地区差异,最高(最低)气温的高值区域主要分布在河谷地区、云南南部地区,最高气温和最低气温的分布特征不仅受复杂地形的影响,而且还与观测站的海拔高度有关。最高(最低)气温低值区域主要分布在滇西北、滇东北;云南年平均最高气温与夏、秋、冬季最高气温的变化趋势基本相似,春季最高(最低)气温的变化具有明显的区域特征。除局部地区有降温外,升温趋势是最大的特点,升温最快的区域在滇西北。云南最高气温和最低气温的变化均呈明显的增温趋势,而最低气温的变化速度比最高气温的升温幅度快,说明云南的冷事件在减少,暖事件在增多。最高气温和最低气温的突变时间分别发生在2001年和1993年,最高气温的极大值出现在2010年,而最低气温的最大值也发生在2010年。不同气候类型代表站极端气温具有年代际和年际变化周期;极端气温发生的突变时间不同,而部分代表站的极端气温并未发生突变。     

白洋淀流域年径流变化趋势及气象影响因子分析

本文以白洋淀流域为研究对象,首先应用Mann-Kendall非参数检验法分析流域内8个典型水文站点近50年的年径流变化趋势。在此基础上采用Hurst指数法分析年径流变化趋势在未来的可持续性。利用Pettitt突变检测法分析各水文站点年径流发生突变的年份,比较突变前和突变后年平均径流量的变化情况。选取流域内和附近6个气象站点1957年-2006年近50年间的年平均气温和年降水量资料,对比其在突变年份前后的变化情况,分析气象要素对流域径流量的可能影响。研究结果表明：白洋淀流域各站点年径流量呈下降趋势且具有较强的持续性,且流域上游年径流下降趋势更为显著,而流域下游年径流下降值β高于上游;1979年是白洋淀流域年径流发生突变的年份,且突变后时段内平均年径流量显著低于突变前时段;对突变前后时期径流变化率的分析表明,沙河水系年径流变化可能主要受气候变化变化影响,而拒马河水系径流变化可能受人类活动影响主导;流域在突变年份以后气温整体升高约1℃,降水量约降低56.6mm,气象因子可能是径流不断减少的重要原因