气候变化背景下辽宁省未来气象干旱危险性风险评估

利用第5次耦合模式国际比较计划CMIP5中的27个模式历史1 990 s数据、RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下的未来气象数据以及观测数据评估模型模拟气象要素性能。结果表明,CanESM2,CNRM-CM5,MIROC5以及MRI-CGCM3模式模拟降水性能最好。用上述4个气候模式的数据计算描述干旱危险性强度的指标——标准化降水蒸散指数(SPEI),基于信息扩散理论得到未来不同干旱等级的超越概率。在此基础上着重分析了多模式在不同典型浓度路径(RCPs)下对未来气候变化特征的预估。结果表明:未来时段较1 990 s的轻旱危险性风险变化最显著(P0.05)。各个干旱等级的超越概率增加率最大的地区位于西部以及南部环渤海地区。辽河流域西部是中度及重度危险性高值区,次高值区位于辽宁省南部地区包括环渤海地区;北部危险性变异程度较大,在不同未来情景下随时间表现的规律不同;东部及中部地区在各个情景下均较稳定,分别被超低和低以及低和中风险覆盖。     

气候变化下中国极端降水的道路暴露度分析

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中5个气候模式的日降水数据,采用广义极值分布对年最大5 d累积降水数据进行拟合,预估了RCP4.5和RCP8.5两种情景下不同重现期极端降水事件的分布及其变化;并结合Meijer等人整合的中国道路里程数据,在0.5°×0.5°栅格尺度上对中国道路系统对极端降水事件暴露度的时空格局进行分析。研究结果表明:(1)中国年最大5 d累积降水呈现明显的上升趋势,且RCP8.5情景下的增速在2040年之后明显高于RCP4.5情景下的增速。(2)2080年之前,各重现期极端降水事件的影响面积在两情景下随时间不断增加,但之后,RCP4.5情景下增加速度趋于缓和甚至开始下降。(3)道路系统对极端降水的高暴露度地区随时间逐步从我国东南沿海地区向西北地区扩张;至2080—2099年,中国极端降水道路系统暴露度在RCP4.5和RCP8.5两种情景下较2020—2039年分别增加了1.31和1.54倍。     

气候变化背景下北京市极端降水时序特征研究

基于NEX-GDDP数据集,采用气候倾向率法、Mann-Kendall突变检验和小波分析法对北京市2006—2099年极端降水时序变化特征进行分析。结果表明：在RCP4.5和RCP8.5情景下,本世纪内北京地区极端降水呈现增加趋势,世纪末期有较大幅度增加,RCP8.5情景下极端降水增加程度更大。在RCP4.5情景下,年降水量、大雨日数、SDII等多数极端降水指数在2040年前后发生增加突变,而在RCP8.5情景下极端降水表现出更为稳定的上升趋势。极端降水事件在RCP4.5和RCP8.5情景下的主周期均为56年,在该特征尺度下各指标呈现少→多→少→多→少的循环交替,RCP8.5情景下降水量、降水频率和降水强度震荡更加明显。     

中国高温致灾危险性时空格局预估

应用PRECIS模式模拟的气候情景数据,选取高温日数和热浪日数两个指标,对IPCC SRESB2情景下未来我国高温致灾危险性时空格局进行了预估。结果表明:在近期(2011-2040)、中期(2041-2070)和远期(2071-2100),全国年均高温日数从基准时段(1961-1990)的10.2d将分别增加到17.3d,22.6d和28.4d,年均热浪日数从基准时段的11.5d分别增加到22.6d,30.6d和39.0d;除了青藏高原,全国大部分地区的高温致灾危险性等级均有不同程度的提高,其中高温致灾危险性等级高于4级(包括4级)的地区在基准时段仅占全国总面积的3.8%,在近期、中期和远期将分别扩展到全国总面积的29.9%,51.3%和63.0%。     

基于情景分析的LUCC和气候变化对南盘江流域径流的影响

为揭示土地利用/土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,简称LUCC)和气候变化对南盘江流域径流的影响,基于情景分析,运用SWAT (Soil and Water Assessment Tool)模型,定量研究不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果显示:①南盘江流域SWAT模型的率定期参数R~2、Ens分别为0.68、0.67,验证期R~2、Ens分别为0.65、0.63,SWAT模型适用于南盘江流域的径流模拟;②不同土地利用类型对比情景显示,农业用地、林地、草地对产流的贡献次序分别为,农业用地最强,草地次之,林地最弱;气候变化情景显示,径流变化与气温变化成反比,与降雨量变化成正比,且径流变化对降雨量变化更为敏感。③2006-2015年间,LUCC、气候变化二者均会导致南盘江径流量的减少,但气候变化在径流变化中占主导作用。④在RCP4.5、RCP8.5两种排放情景下,南盘江径流在2021-2050年间都呈现减少趋势,减少速率分别为18.74×10~8m~3/10年和21.35×10~8m~3/10年,分别达到1974-2015年减速的1.37、1.56倍,减小趋势明显增强。     

中国极端高温未来情景下的公路暴露度分析

采用国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中20个气候模式的试验数据,以及OpenStreetMap的中国公路数据,采用极值分布对年最高气温进行拟合,预估2030年和2050年RCP4.5和RCP8.5两种情景下不同重现期的极端高温分布及其变化,分析极端高温下中国公路网暴露度的时空格局,并对不同阈值下的暴露度敏感性进行分析。研究表明:①中国极端高温呈明显上升趋势,2050年与2030年的中国极端高温空间分布差异将大于2030年与2015年的差异,且RCP8.5与RCP4.5情景的差异随着时间的增长不断扩大;②相比于基准时间(2015年),中国公路对极端高温的暴露度无论在何种情景都将增长,且增速随着时间增大;③不同高温影响阈值下的公路暴露度具有显著空间分布差异;④公路暴露热点区域范围将由华北向南逐渐扩张,由数个小区域逐渐融合为一个大区域,公路暴露度东部区域较西部区域严重,京津冀地区暴露度尤其高。     

基于NEX-GDDP降尺度数据的山东省夏玉米生育期极端高温时空特征研究

极端高温灾害严重,在未来很有可能会加剧。研究基于NEX-GDDP高时空分辨率降尺度数据及历史观测数据,将35℃作为极端高温阈值,对当前及未来不同情景下夏玉米生育期(6-9月)极端高温时空分布特征进行分析。结果显示:在各个时期、各情景下山东省日最高气温空间上都呈现出东部沿海较低向西部内陆地区逐渐升高的趋势,随时间逐渐增高,在RCP8.5排放情景下增加更显著,且西部地区较东部沿海地区增加幅度大;极端高温日数同样呈现增加的趋势,特别在未来远期RCP8.5排放情景下增加迅速,超过50%地区达到80d以上。NEX-GDDP数据具有较好的应用效果,未来极端高温灾害频发,夏玉米生产将面临严重威胁。     

基于TOPMODEL与统计降尺度模型的泾河流域未来径流变化分析

通过美国国家环境预报中心NCEP再分析资料和泾河流域10个气象站的历史降水及蒸发资料,采用逐步回归法建立了降水、蒸发统计降尺度模型,利用TOPMODEL模型模拟了未来时期的径流量,分析了泾河流域未来的径流变化趋势。模拟结果表明:基于逐步回归法的降尺度模型与TOPMODEL模型的结合能较好地分析未来径流变化;未来时期的降水量和蒸发量呈现增大趋势;在RCP4.5情景下,年径流呈现先增大后减少再增大的趋势。在RCP8.5情景下,年径流呈现增大的趋势。     

未来土地利用变化情景下海南暴雨灾害的社会经济暴露度分析

基于历史气象数据和耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）8个全球气候模式的未来气象模拟结果分析海南地区在不同重现期和不同排放情景下暴雨灾害危险性,并结合未来经济、人口、土地利用数据,进行暴露度研究,为研究区未来建设提供防灾减灾思路和办法。结果表明:①台风对历史暴雨频次的影响明显,贡献率约为26.15%。未来暴雨频次在RCP4.5浓度路径下呈上升趋势,增长速率约为0.16次/10年。20年一遇时,暴雨频次均值约为11次,100年一遇时,均值约为12次;以海口市、琼海市、儋州市、保亭市为高值中心。②在惯性、生态、高速三种社会发展情景下,建设用地分别保持约29.91km2/年、6.85 km2/年、31.72 km2/年的增速。在生态保护发展情景下,林地、草地、水域分别保持2.69 km2/年、0.25 km2/年、2.91 km2/年的增速,而在另外两种情景中都呈减少趋势。未来土地暴露量林地最大,耕地次之。③未来人口和经济暴露度空间分布上表现出一定的共性,呈点状分布,多集中在市区的城镇中心。随着时间的推移,暴露量高值区明显扩大,海口市变化最为明显。经济效应的贡献率达到90%以上,人口效应的占85%以上,气候效应的占比小。④综合暴露度的高值区主要分布在海口市、三亚市等经济发达、人口密集、建设用地占比高的区域,次高值主要分布在沿海地区,内陆地区受人文因素等影响小,暴露度较低。     

地球工程对中国极端降雨致灾人口风险的影响研究

在地球工程对中国极端降雨致灾因子危险性影响的研究基础上,采用BNU-ESM模式的地球工程(G4试验)和非地球工程(RCP4. 5)日值降雨数据,以日均值降雨量的95%分位数定义极端降雨事件。同时结合IPCC SSP3情景下的中国分省人口数据,评估了中国极端降雨灾害受影响人口风险,并对两种情景下的风险进行对比分析。结果表明:地球工程能够有效降低中国整体极端降雨灾害受影响人口风险,且实施期间的降低作用高于实施结束期。两种情景下中国极端降雨灾害受影响人口风险的区域差异增大,地球工程未能改变中国极端降雨灾害受影响人口风险的相对格局,表明在当前Geo MIP模式设定的地球工程实施当量下,人类能够有效降低气候变化风险,且不影响区域气候相对格局。     

气候变化背景下中巴公路沿线流域潜在滑坡危险区评价及预测研究

为探究气候变化背景下中巴公路沿线流域潜在滑坡灾害发生的规律与变化,基于斜坡单元利用频率比模型计算各影响因子的贡献程度,绘制研究区滑坡危险区分级图,并使用CMIP6最新公布的SSP126、SSP245、SSP585情景下预估的气候数据,预测了流域未来20年间潜在滑坡危险区变化趋势。结果表明：(1)查明KKH沿线流域分布着750处滑坡。(2)历史滑坡危险区处于高、极高危险区共发育滑坡648个,数量占比为86.40%。(3)CMIP6公布的不同情景下随着辐射强迫值的增加,降水与温度有不同程度的增加,潜在滑坡高、极高危险区面积也随之增加。(4)全球气候变化背景下,降水与温度对研究区滑坡危险区影响较大,预测滑坡高、极高危险区主要分布在Sost-Pasu、Chalt-Duair段,部分分布在Oytak-Khunjerab段。     

气候工程对中国极端降雨强度的影响(2010-2099)

针对气候工程方法中争论最多的太阳辐射管理(Solar Radiation Management),基于BNU-ESM模式的气候工程(G4实验)和非气候工程(RCP4.5)两种情景,以2010-2099年日值降雨量数据的95%和99%分位数值作为强降雨和极端降雨事件的阈值。对超阈值取样(POT)的数据采用韦伯分布(Weibull)进行拟合,诊断10、20、50和100年一遇的强降雨和极端强降雨。结果表明:在两种情景下,强降雨和极端强降雨的强度随年遇型的增加而增强,并表现出东南高-西北低空间分异特征。气候工程整体上有助于中国地区强降雨和极端强降雨的增多,同时具有空间异质性,即表现出抑制部分地区的强降雨和极端强降雨的发生。     

气候变化条件下21世纪中国九大流域极端月降水量时空演变分析

基于广义极值分布(GEV)建立了极端降水统计模拟模型,以20 a一遇重现期定义极端降水事件,利用误差订正与空间分解方法(BCSD)降尺度后的耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的全球气候模式模拟及预估月降水数据,对中国九大流域未来21世纪极端月降水量时空变化进行了预估分析,同时评估了CMIP5数据(降尺度后)对中国区域极端降水事件的模拟效果,探讨了极端降水和平均降水之间的相关性特征。结果表明:CMIP5数据在中国区域模拟效果良好,基本能保证在一个较高的可信度水平;1901-2005年历史极端月降水量呈"东南多、西北少"的分布格局,未来21世纪上下半叶各流域极端月降水量分别表现出+3.2%~+12.8%和+7.7%~+24.7%不同程度的增长趋势,增强变化形成近似由西北往东南"高-低-高"的空间分布格局;未来情景模式假定的辐射强迫加剧了未来极端月降水量的增长变化,尤其表现在21世纪下半叶;极端降水和平均降水在未来变化方面,北部和中部流域基本保持正相关性,而南部东南诸河流域和珠江流域呈负相关性。     

粤港澳大湾区未来洪涝灾害风险预估研究

基于CMORPH、CMIP6等数据,采用非线性回归降尺度模型和修正系数法预测了气候变化下大湾区2015—2045年的降水演变;基于土地利用及驱动因子数据等,采用FLUS模型预测了2015—2045年的土地利用变化,最后基于风险评价指标体系对洪涝灾害风险进行预估。结果表明：较高及高洪涝灾害危险性地区主要分布于江门、广州及惠州等地,不同的发展情景(SSP126、SSP245、SSP370、SSP585)和年份下危险性差异较小;较高及高脆弱性地区主要分布在佛山、广州、东莞、深圳,2015—2045年间大湾区脆弱性将显著增加;较高及高敏感性地区主要分布于佛山、广州、东莞、深圳、中山,2015—2045年间大湾区敏感性变化不大;较高及高风险区主要分布于江门、佛山、广州、惠州、东莞,2015—2045年间大湾区洪涝灾害风险将显著增加,不同发展情景下大湾区洪涝灾害风险差别较小。     

川西高原气候变化特征及泥石流动态危险性响应研究

泥石流危险性评估是风险分析和评估的基础步骤,气候变化增加了泥石流灾害发生的风险,研究未来气候变化下泥石流动态危险性对制定防灾减灾战略具有重要意义。本文利用CMIP5数据重建川西高原2021-2095年的年均温和日降水情景,并定量分析了气候变化下川西高原21世纪近期（2021-2045年）、中期（2046-2070年）、末期（2071-2095年）的泥石流的动态危险性响应。研究表明：（1）相对于基准期（1981-2005年）,未来75年川西高原年均气温呈上升趋势,末期增温速度减缓,高海拔地区的增温幅度较大;年平均降水量呈增加趋势,末期增加速度减缓,空间上整体呈现“东增西减”的分布趋势;日最大降水量和暴雨日数呈现由东南部向西北方向增大的趋势。（2）在基准期,高度、较高泥石流危险性面积占26.77%,聚集在川西高原东部山地和金沙江等主要河流沿岸高山峡谷区;气候变化情景下,与基准期相比川西泥石流危险性普遍增加,西部、北部泥石流危险性增加更为明显;川西主要河流两岸泥石流危险等级均增加,如金沙江、大渡河、雅砻江等,高危险区不断向海拔高的区域扩散;泥石流中度及以下危险区难以转变为较高、高度危险区,表...     

青海省果洛州乡级人口-牲畜雪灾风险评估

青海省果洛地区雪灾频发,以青海省果洛州5县40个乡镇为评价单元,选取3个气象指标、12个社会经济统计指标,利用AHP层次分析法和聚类分析方法,结合GIS和RS工具,分别对各乡镇的雪灾致灾危险性、人口与牲畜承险体脆弱性(暴露性、敏感性和适应性)、雪灾风险进行了定量分析。结果表明:果洛州乡镇雪灾风险总体较高,其中雪灾人口牲畜综合风险高的有久治县的智青松多等3个乡镇,雪灾风险较高的有甘德县青珍等21个乡镇,风险中级的有班玛县吉卡等8个乡镇,风险较低的有玛沁县下大武等8个乡镇。在此基础上,探讨了构建区域雪灾风险管理模式、建立雪灾应对体系等防范措施。     

广西低温雨雪冰冻灾害危险性评估和区划

利用广西壮族自治区91个台站1960-2020年上一年度12月至当年3月逐日气象数据,基于气象灾害危险性主要由气象危险因子活动强度和活动频次评估思路构建综合危险性指标,对广西低温雨雪冰冻灾害危险性进行评估和区划。结果表明:①广西低温雨雪冰冻的影响主要在桂东北和桂东区域,次低危险性区及低危险性区位于桂西、西南和桂南部沿海。灾害危险性主要来自低温。②危险区等级由东北向西南呈递减趋势,这种递减趋势低纬度要比高纬度明显,同时,随着纬度的增高,危险性区等级增大。在同一纬度上,又随着经度的偏东危险性区等级增大。③高危险区,占总面积的4.1%;次高危险性区占总面积的15.6%;中危险性占总面积的23.0%;次低危险性区及低危险性区分别占总面积的26.7%、30.6%。     

基于SSPs的未来全球陆地极端降水强度的空间分异特征预估

采用SSPs情景下BCC-CSM2-MR模式输出的2015-2100年的全球日值降水数据,基于采用超阈值取样方法和韦伯分布理论,计算了全球陆地极端降水的阈值和强度的空间差异特征。结果表明:①不同SSPs情景下全球陆地的极端降水阈值空间分布具有相似性,且差异较大的地区主要分布在中纬度地区。其中SSP1-2.6情景下的阈值与SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景的空间相关系数分别达到了0.73、0.71、0.70和0.69（n=16 941）,均通过了0.01显著性水平的检验。②不同SSPs情景下的全球陆地极端降水强度空间分布具有相似性,仅在强度和面积上有所差异,呈现出区域和次区域特征。同一SSP情景下的全球陆地极端降水强度之间的空间相关系数,随着重现期的增加而减小。③SSP5-8.5与SSP1-2.6情景下的全球陆地极端降水强度差异在热带和季风区主要以正差异为主,其分布面积和强度随着年遇型增加而增加。     

地球工程对中国未来降雨时空分异格局的潜在影响(2010-2099)

《巴黎协定》确定的1.5℃和2℃温控目标下,全球减排压力剧增,因此地球工程温控手段被多次讨论。针对地球工程中讨论最多的太阳辐射管理,基于BNU-ESM模式的地球工程(G4实验)和非地球工程(RCP4.5)两种情景,以2010-2099年中国日值降雨量数据对两种情景下的中国降雨量时空分布及其差异进行统计分析。结果表明:(1)在时间序列上,地球工程有利于中国整体降雨量的增加。2010-2099年和2020-2069年两种情景下的中国降雨量呈增加趋势,且2010-2099年地球工程情景下的降雨量增加趋势大于非地球工程,而2020-2069年两种情景下变化趋势的相差幅度不大。2070-2099年,地球工程实施结束后,地球工程情景下的降雨量呈增加趋势,而非地球工程呈减少趋势;七大地理分区的降雨量变化趋势在地球工程情景下高于非地球工程。(2)在空间格局上,不同研究时段在两种情景下的中国降雨量空间分布相似,仅面积分布有所不同。地球工程实施期间多数地区降雨量减少,地球工程结束后的2070-2099年降雨量明显显著。(3)2010-2099年地球工程情景下的降雨量呈增加趋势的面积多于非地球工程,尤其是2070-2099年地球工程实施结束后中国降雨量增加区域明显增多。降雨量波动特征在地球工程情景下相比非地球工程整体有所减小,地球工程情景下的中国降雨年际变化相对稳定。     

中国未来极端降水事件的变化——基于气候变化预估结果的分析

利用区域气候模式PRECIS单向嵌套Hadley气候中心海-气耦合模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3P,分别进行了气候基准时段(1961—1990年)和2080 s时段(2071—2100年)中国区域各30年时间长度的模拟试验,以分析PRECIS对当代中国区域极端降水事件的模拟能力和SRES B2情景下2080s时段相对于气候基准时段中国区域极端降水事件的可能变化趋势。气候基准时段模拟结果与观测值的对比分析表明:PRECIS能够较好地模拟出中国区域年平均极端降水事件的空间分布特征,但模式模拟的大雨事件和湿日数高值区范围较观测值偏大,对华南地区暴雨事件和日最大降水事件的模拟结果较观测值偏低。SRES B2情景下,2080s时段年平均大雨事件除东北和华南地区外,全国均呈增多趋势。暴雨事件在西部地区以减少为主,而东部地区主要呈增加趋势。年平均日最大降水事件的分布型与大雨事件基本一致。湿日数除华北、西北和青藏高原部分地区外均呈减少趋势。未来长江流域洪涝灾害事件发生的频率将可能增大。