1.5℃温控目标下气候工程对中国极端高温强度影响的空间差异研究

全球变暖背景下极端高温热浪频发,已成为严重影响人类健康和社会可持续发展的气象灾害之一。基于BNU-ESM模式的气候工程(G4试验)和非气候工程(RCP4.5)情景下的2020～2099年日值最高气温数据和平均气温数据,采用韦伯分布理论,对比分析了气候工程实施中(2020～2069年)和实施结束后(2070～2099年)的中国极端高温强度区域差异特征。结果表明:(1)两种情景下的对比表明,气候工程并未从根本上改变中国不同重现期的极端高温强度空间高低分异特征。两种情景下的极端高温强度在两个时段均呈青藏高原低,东部和西北高的空间分异特征。(2)两种情景下的对比表明,气候工程在两个研究时段均有助于中国不同重现期极端高温强度的缓解,且实施期间的缓解作用明显高于结束后。(3)气候工程情景下2020～2069年与2070～2099年的对比结果表明,气候工程实施结束后并未引起极端高温的强烈反弹,且气候工程实施期间对极端高温强度的缓解作用明显高于结束后。(4)对比气候工程实施前后中国平均气温变化,结果表明气候工程使得中国平均气温至少降低了1.25℃,有效缓解了全球气候变暖,有利于《巴黎协定》1.5℃温控目标的实现。在当前1.5℃温控目标下,平均气温的降低有助于减少和缓解更多极端高温事件的频次与强度,深化气候工程对极端高温事件影响的认识。     

气候工程对中国不同等级降雨结构的可能影响

气候工程作为人类快速有效给地球降温的手段，在应对气候变化的国际谈判中越来成为各界讨论的焦点话题之一。为诊断当前GeoMIP设定的当量下，气候工程不同实施阶段是否对中国降雨结构产生影响。依据中国气象局中央气象台的日降雨强度划分标准，基于BNU~ESM模式的太阳辐射管理气候工程G4实验和RCP4.5情景下非气候工程的0.5°×0.5°空间分辨率日值降水数据，对比分析气候工程实施的3个不同时段，即2010~2099、2020~2069和2070~2099年，中国不同等级降雨雨量和雨日贡献率空间差异特征。结果表明：(1)在气候态上，3个时段两种情景下的中国不同等级降雨结构的气候态高低分异特征具有较好的一致性。气候工程并未改变中国降雨结构的空间高低分异特征。(2)在气候工程与非气候工程差异上，气候工程实施的不同阶段确实可以对中国不同区域的降雨结构产生影响，且不同时段差异性有所不同。(3)在气候工程实施前后差异上，气候工程实施中相比实施后促进了中雨、大雨和总暴雨事件，而抑制了小雨事件。在当前GeoMIP模式设定的当量下，气候工程实施会对中国降雨结构会产生不同层面的影响。     

长江流域年平均气温的时空变化特征

利用长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年气温资料，选用EOF和REOF方法识别长江流域年平均气温空间变化特征，并对长江流域年平均气温变化敏感区域进行时间演变分析和突变检测。研究表明:长江流域年平均气温主要有2种空间振荡型（即全流域气温变化趋向一致型和流域内气温变化存在东西向差异型），3个变化敏感区域（长江流域中下游地区、长江流域南部和金沙江流域）。3个变化敏感区域的年平均气温都在20世纪90年代明显升高，且均在90年代后期呈突变增加，其中金沙江流域升温趋势最为明显，气候倾向率为0.20℃/10a。全流域1991~2005年年平均气温距平空间分布表明，自1991年以来全流域都为升温趋势，其中长江流域中下游地区和金沙江流域是升温幅度最大的地区。     

９６１~２０１０年中国大陆地面气候要素变化特征分析

利用1961~2010年全国大陆地面468个气象台站的气温、降水和日照时数等资料，采用Jones等提出的计算区域平均气候时间序列的方法对全国数据进行加权平均处理，采用线性趋势、反距离加权插值、Morlet小波分析、Mann Kendall法，分析了我国大陆地面近50 a来各气候要素的变化特征。研究表明：年平均气温、年平均最低气温、年平均最高气温、年极端最低气温、年极端最高气温均呈显著上升趋势，年平均温度差、年极端温度差、年平均日照时数均呈显著减少趋势；年平均气温、年平均降水、年平均最低气温、年平均最高气温、年极端最低气温、年极端最高气温、年平均温度差、年极端温度差、年平均日照时数分别存在14、26、14、14、25、16、26、25和25 a左右的变化主周期；在005的置信度水平下，年平均最高气温、年极端最低气温、年极端最高气温、年极端温度差、年平均降水和年平均日照时数均发生突变，其分别在1996、1981、1997、1975、1983和1982年发生突变，其余要素均未发生突变。分析还发现，各气候要素的变化主周期分别存在一定的相似性，突变时间也存在一定联系     

长江流域年平均气温的时空变化特征

利用长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年气温资料，选用EOF和REOF方法识别长江流域年平均气温空间变化特征，并对长江流域年平均气温变化敏感区域进行时间演变分析和突变检测。研究表明:长江流域年平均气温主要有2种空间振荡型（即全流域气温变化趋向一致型和流域内气温变化存在东西向差异型），3个变化敏感区域（长江流域中下游地区、长江流域南部和金沙江流域）。3个变化敏感区域的年平均气温都在20世纪90年代明显升高，且均在90年代后期呈突变增加，其中金沙江流域升温趋势最为明显，气候倾向率为0.20℃/10a。全流域1991~2005年年平均气温距平空间分布表明，自1991年以来全流域都为升温趋势，其中长江流域中下游地区和金沙江流域是升温幅度最大的地区。     

长江流域近50年来的气温变化特征

分析了1951~2000年长江流域（上、中、下游）的平均气温、平均日最低气温、平均日最高气温随时间的变化趋势特征。结果表明：长江流域近50年来年平均气温、年平均日最低气温、年平均日最高气温在20世纪50年代明显偏高,60~80年代波动下降,80年代中后期以后有所上升,90年代较80年代增温0.3℃~0.6℃之间;同时不同季节、不同区域气温呈现不同的态势,冬季平均气温、平均日最低气温在60年代以后呈上升趋势,而平均日最高气温呈下降趋势,夏季平均气温、平均日最低气温、平均日最高气温均以降温为主。     

西南地区近50年来气温变化特征研究

通过对中国西南地区1951~2000年的平均气温、日最高气温、日最低气温随时间变化特征的分析发现：在全球气候变暖的背景下,西南地区年平均气温、年平均日最高气温、年平均日最低气温自20世纪80年代中期以来呈升温态势,在1998年达到50年来最高值;中国西南地区近50年来日最高气温呈降温态势,其年际变化大于平均气温和日最低气温;日最高气温的下降对平均气温影响大;日最低气温总体上呈升温态势,冬季1月升温比夏季7月显著;冬季气温在80年代为暖期;夏季气温在50年代为暖期。     

雅鲁藏布江中游河谷气温时序变化的小波分析

通过对雅鲁藏布江中游河谷地区拉萨、日喀则、江孜和泽当等4个气象站1957～2007年逐日气温资料进行等权平均取值，采用气候倾向率和小波分析法，研究了不同时间尺度下近51 a气温变化趋势及周期特征。结果表明：近50 a年平均气温倾向率为0.27℃/10 a，高于西藏地区平均值。气温变化以秋、冬季较显著，夏季气温增长最不明显。年与各季气温变化均存在15～20 a时间尺度上的周期性震荡，突变点在1987年左右，总体表现为1987年前气温偏低，1987年后处于偏高期。春、秋、冬季在1975年左右存在一个升温期，但夏季较明显的升温期却在20世纪80年代中期。
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汉江流域1951~2003年降水气温时空变化趋势分析

利用Mann Kendall检验方法和空间插值方法，分析了1951~2003年汉江流域年和春、夏、秋、冬四季降水和气温变化趋势的时空分布，并重点分析了丹江口水库上游年降水、年平均气温和北半球气温的变化趋势及相互间的联系。分析发现，在显著性水平α=0.1上，近50年来汉江流域大部分地区降水没有明显的变化趋势，气温呈上升趋势。丹江口水库上游降水在1991年发生突变，从20世纪80年代多雨期进入90年代少雨期，80年代平均降水比1951~2003年多年平均降水多9.7%，90年代平均降水比多年平均降水少11.6%；上游平均气温90年代比多年平均气温高0.2℃，而同期北半球的平均气温也比多年平均高了0.3℃，上游气温同北半球气温同步上升，而上游降水变化受北半球气温升高的影响不断减少，两者之间存在反相关系。分析成果有助于进一步研究气候变化对汉江流域水资源和防洪安全的影响，也将为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据。     

河套凌汛时期气温演变特征

利用49a（1955—2003年）河套封冻期日气温资料。采用小波分析等方法，研究了该区域在近47a的气温、气温差、负积温的变化。结果表明：黄河甘肃内蒙古段冬季气温存在明显线形上升趋势，平均速度在0．42℃／10a～1．06℃／10a之间；兰州-银川段气温差减小。银川-包头段气温差加大；负积温时间变化呈明显下降趋势，线性变化率为-8．88℃／a。负积温演变在1986年附近发生了突变，负积温量突变性减少；稳定低于0℃的开始日期和结束日期存在明显的线性变化趋势，开始日期平均以1．6d／10a速度推迟。结束日期平均以2．2d／10a速度提前，负积温时段长度呈明显线性减少；负积温变化存在2a～4a、5a左右的年际振荡，1986年突变前振幅较大，突变后振幅减弱，5a周期消失。     

环洱海地区气候变化特征研究

环洱海地区是云南省具有高原湖泊生态脆弱区、民族文化多元融合区和乡村经济发展活跃区等多重叠合特征的典型区域,是全球气候变化影响的敏感区和脆弱区。以环洱海地区1951~2014年6个基本站点的逐年平均气温、极端最高气温、极端最低气温、降水量、最大日降水量和日降水量≥0.1 mm日数资料为基础。采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析和R/S分析等方法,研究了环洱海地区气候变化规律。结果发现:自1951年以来,环洱海地区年均气温和极端最低气温呈现出升高的趋势,而极端最高气温则呈现降低的趋势,变化速率分别为0.07℃/10 a、0.03℃/10 a和–0.14℃/10 a,对于年降水量、最大日降水量和降水日数而言,三者均为减少趋势,速率分别为–12.85 mm/10 a、–1.09mm/10 a和–1.73 d/10 a;环洱海地区年均气温、极端最高和极端最低气温均没有发生突变,年降水量和降水日数在2010年发生了一次减少突变,而最大日降水量则没有检测到突变的年份;环洱海地区年平均气温和年降水量在长时间尺度上的周期性变化最为显著,分别存在30 a和33 a左右的周期变化,并贯穿整个研究时段,而短时间尺度上的周期变化局域性特征突出;从未来演变趋势来看,年平均气温和极端最低气温将维持升温趋势,而极端最高气温则将持续降低趋势,年降水量继续减少的趋势未来将会逆转,但最大日降水量和降水日数两者将持续减少的概率更大。     

未来50年鄱阳湖流域气候变化预估

据 ECHAM5/ MPI OM模式在3种排放情景（SRES高排放A2,中排放A1B,低排放B1）下所做的21世纪前50年气候变化预估试验得到的数据,研究鄱阳湖流域2001~2050年气温和降水相对于目前气候（1961~1990年）的可能变化。结果表明：①未来50年气温在3种排放情景下都将迅速增加,远远高于1990s的增加幅度和速度。A1B情景温度增加最明显,平均气温变化达到162°C。②降水量变化相对复杂,前30年主要为减少趋势,A2情景下减少幅度最大,2020s年均降水量减少了67%;后20年降水量增加,B1情景增加最显著,2030s年增加幅度达到108%。③根据预估的各季节变化结果,1~3月和 4~6月降水量增加;而降水减少主要在7~9月和10~12月,则赣江流域类似于2003~2005年的伏旱、秋旱连冬旱的情况将可能阶段性出现,并在2011~2030年加强。④降水量的空间分异非常明显,东部变化大于西部,南部变化大于北部。⑤如果2001~2050年在A2或A1B情景下,降水序列存在20a的周期振荡;在B1情景下,存在30a的周期振荡。人类排放增加可能弱化振荡强度,并使周期发生变化。     

安徽省近40年雷暴大风气候变化特征分析

利用安徽省78个气象台站1971～2010年逐日雷暴大风资料,统计出历年各站雷暴大风日数并分析其时空分布特征,通过M K突变检验、小波分析、EOF分析等方法对安徽省近40 a雷暴大风的时空变化特征进行分析。结果表明：安徽省雷暴大风日数存在显著的减少趋势;夏季6～8月是雷暴大风最为集中的时段,约占全年的69%;雷暴大风的日变化上主要呈现单峰结构,峰值在15～16时。空间分布特征和纬度没有太大的关系,主要是和对流天气系统的影响区域及地形因素有关。安徽省雷暴大风日在1987年存在一次显著突变,小波分析表明存在着准10 a和6～8 a周期左右的显著振荡,10 a的时间尺度上,雷暴大风日数经历了由多到少4个循环交替,多雷暴大风时期主要在1995年左右及2003～2005年左右,2010年之后雷暴大风日数仍将处于减少状态。对于10 a准周期,1995年以前10 a振荡较小,而1995年后振荡剧烈;雷暴大风日数EOF展开前4个模态累积方差贡献达61%,第一模态能大部分反映安徽省雷暴大风日年分布的主要特征;各模态的时间系数表现为明显的年代变化     

三峡库区近50年来的气温变化趋势

利用三峡库区及周边32个气象站点1960～2006年的气温资料,运用线性趋势分析、累积距平分析和t检验等统计学方法研究了三峡库区近50a来的气温变化趋势。研究结果表明:(1)近50a来三峡库区气温变化总体上呈显著上升趋势,增温率为0.13℃/10a;其中1960’s～1980’s末存在一个缓慢降温过程,1980’s末后快速增温。(2)三峡库区各季节平均气温变化过程与年气温变化过程相似,总体上也呈上升趋势,春、夏、秋、冬四季平均气温增温率分别为0.10、0.005、0.19和0.21℃/10a,其中冬季气温上升对库区年平均气温上升的贡献率最大。(3)年均气温跃变出现在1996年,春、夏、秋、冬四季气温跃变点分别出现在1996、1993、1997、1996年,季节气温的跃变与年均气温跃变具有较好的同步性。(4)三峡库区偏暖和显著偏暖年份都发生在1996年以后,其中1998和2006年为异常偏暖年份;偏冷年份基本出现在1990’s以前,尤其集中在1980’s,但无显著偏冷和异常偏冷年份。     

从气候变化经济学视角对地球工程的几点思考

全球气候变化危及当代人及子孙后代的福祉,严重制约人类的可持续发展。越来越多研究表明,仅靠减缓和适应气候变化难以实现《巴黎协定》气候目标,地球工程人工干预气候系统是实现1. 5℃温控目标难以避免的无奈选择。地球工程的引入及其特殊经济学属性也为气候变化经济学的研究提出了新的研究课题。本文立足气候变化经济学视角,就地球工程的概念、地球工程作为应对气候变化措施的定位与作用、地球工程的经济学属性、经济评估等问题进行分析。作者认为,应对气候变化的讨论,不能回避地球工程,但要科学认知和区别对待不同类型的地球工程技术;不同地球工程技术作为应对气候变化手段的作用不同,但相较于减缓手段来说都具有末端治理属性,不仅不能从根本上改善人类福祉,还可能给整个地球生态系统引入新的风险;太阳地球工程与大规模的生物能源碳捕集与封存(BECCS)的外部影响具有潜在不确定性,作为全球公共物品的成本收益难以简单、直接权衡,盲目实施会加剧区域和代际之间的不公平;太阳地球工程潜在影响的巨大溢出效应、风险、不确定性和区域非对称性是寻求最优气候政策组合的关键变量,给全球气候治理的国家间博弈增加了新的变数。中国要在全球生态文明建设中发挥重要参与者、贡献者和引领者的作用,必须区别对待CDR和SRM不同类别的地球工程,加紧研发关键技术;将地球工程置于可持续发展大框架下,积极开展地球工程的综合影响评估和国际治理的专题研究,精心部署地球工程的发展战略;中国作为2020年生物多样性大会的主办国,应谨慎应对可能出现的地球工程治理议题,寻求国际共识,积极引领各国参与构建公平有效的地球工程治理机制。     

若尔盖近55年热量资源分析

利用1957～2011 年若尔盖气象观测站的逐日气温资料，分析了该地区日平均气温稳定通过0℃的初日、终日、持续日数、活动积温的年际变化, 对活动积温进行突变检验。研究表明：若尔盖≥0℃的初日提前的趋势并不明显；终日呈显著延后趋势；持续日数呈明显增加趋势。活动积温变化呈十分显著的增加趋势，1997年为积温增加的突变年，1998～2011年是热量和持续日数增加幅度最大的时期。1998～2011年若尔盖≥0℃的各不同保证率对应的持续日数均大于1957～1997年对应的持续日数，即初日提前，终日推迟，活动积温也明显增加     

不同能源政策下苏浙沪能源消费碳排放高峰估计

中国要实现2030年左右达到CO2排放峰值目标,最终要落实到区域层面上。长三角地区作为中国经济的领头羊,其节能减排政策制定对其它省区具有示范作用。基于经济平稳增长模型对江苏省、浙江省和上海市未来的能源消费碳排放量进行了估计,并模拟了不同能源政策情景对能源消费碳排放的影响。研究表明:(1)基准情景下,江苏省、浙江省和上海市的能源消费碳排放高峰分别出现在2034年、2033年和2032年。(2)不同的能源政策对碳高峰的影响不同。能源结构调整情景和能源效率提高情景下,江苏省、浙江省和上海市的能源消费碳排放高峰都能提前到2030年以前,完成2030年碳排放达到峰值的目标。综合能源政策情景模拟结果显示,同时调整能源结构和提高能源效率,碳减排效果更加明显。     

中国碳中和目标下的二氧化碳排放路径

结合中国中长期规划研究成果和国内外学术文献,充分考虑中国现阶段以工业为主的产业结构、以煤为主的能源结构,以及新技术研发和投入使用周期,利用中国高空间分辨率排放网格数据库(China high resolution emission gridded database,CHRED),自上而下(基于中国中长期排放和强度目标并参考IPCC-SSPs排放情景)和自下而上(基于CHRED 50 km网格分部门排放,利用空间公平趋同模型),建立中国碳中和目标下的2020—2060年二氧化碳排放路径(CAEP-CP 1.1)。CAEP-CP 1.1表明,中国2027年左右达峰,二氧化碳排放峰值为106亿t,达峰后经历5～7年平台期,2030年二氧化碳排放量为105亿t。CAEP-CP 1.1空间格局(50 km)在2030年和IPCC排放情景基本一致,但2060年差异较为显著,主要由于CAEP-CP 1.1是基于中国2060年碳中和的目标,相比IPCC情景减排力度更强。2060年排放格局下,中国基本实现超低排放,绝大部分区域(50 km×50 km)排放量都低于100万t,而在IPCC的情境下,中国2060年仍有不少区域排放量超过1 000万t。CAEP-CP 1.1空间化排放数据可与IPCC-SSPs(0.5°网格)比对和分析,路径数据可实现部门、区域对标分析和横纵向比较,国家-区域-部门-网格数据联动和双向反馈,可追溯性强(可分析每个50 km空间网格分部门排放和相关参数),便于根据实际发展、国家重大决策变化和认知提升等动态调整和迭代升级路径数据,有利于决策者在国家-区域-部门层面模拟和推演不同政策措施下的排放情景,为二氧化碳排放管控科学化、精准化提供重要支撑。     

川西北高原畜牧业界限温度日期及资源的变化特征

利用川西高原31个气象观测站1961~2012年的观测资料,采用线性趋势法、Mann-Kendall突变检测法和Morlet小波分析方法,详细分析了川西北高原畜牧业界限温度0℃初日、5℃终日及0℃初日至5℃终日之间畜牧气候资源的变化特征。结果表明:(1)川西北高原稳定通过0℃初日及5℃终日在区域上有很大差异,主要受海拔高度、纬度的影响。(2)畜牧气候资源的年际变化总体呈增加趋势,但区域变化不均;(3)各要素年代际变化不同,积温在各个年代都比前一年代增加,而日照时数则呈现出一增两减一增的趋势,降水量的年代际变化型式与日照相反,呈现一减两增一减的趋势;(4)各因素突变特征明显,突变的时间主要出现在20世纪80年代,不同因素的突变类型不同;(5)畜牧业气候资源存在明显的周期性变化,各要素变化周期长短不一致,尤其是降水量以4a左右的短周期振荡为主。     

城市化对长江下游沿江城市气温影响的对比研究——以安庆、芜湖、南京为例

利用线性趋势法与滑动平均法对比分析了安庆、芜湖及南京的年平均气温、年平均最高气温及年平均最低气温所表征的热岛效应强度变化趋势,基于主成分分析建立起热岛强度与城市发展指数的关系模型。结果表明:(1)城市规模的大小与年平均气温及年平均最低气温所表征的热岛强度变率的大小成反比关系,而中等城市的年平均最高气温所表征的热岛强度变率最大,小城市次之,大城市最小。(2)热岛强度与城市发展指数之间均以三次回归模型的拟合效果最好,中等城市的热岛强度与城市发展指数的拟合曲线符合库兹涅茨曲线特征,而小城市和大城市则并不完全符合。(3)经济水平、城市人口密度及能源消耗是安庆市热岛效应的主要影响因子;城镇人口比重、经济水平及城市生态条件是芜湖市热岛效应的主要影响因子;城市人口、经济水平、土地利用状况、能源消耗及城市的生态条件均是南京热岛效应的主要影响因子。