气候变化对中国海洋和海岸带的影响、风险与适应对策

本文评估了20世纪中叶以来全球和中国海洋气候驱动因子(致灾因子)的变化及其对中国海洋和海岸带的影响和风险。结果表明:①自20世纪中叶以来,海洋升温、海平面上升、台风-风暴潮,以及海洋热浪等海洋气候致灾因子的危险性(强度、频率和范围等)显著增加。②海洋升温引起海洋物候的显著变迁,导致中国海洋物种组成和地理分布发生变化,以及赤潮、绿潮和大型水母暴发性增殖等生态灾害频繁发生;中国沿海海平面持续上升对红树林和河口等滨海湿地典型生境造成威胁,频繁的海洋热浪引起热带珊瑚加速退化并屡屡造成海水养殖业的重大损失。③近几十年来,大规模围填海、污染物排放和过度渔业捕捞等人类活动增加了中国海洋和海岸带生态系统的暴露度和脆弱性,加剧中国滨海湿地面积的减少、湿地生境的退化、生物多样性和生态系统稳定性的下降,导致中国近海重要海洋渔业经济种类的低龄化、小型化,以及渔业资源的严重衰退。④海平面的上升还加大了海岸侵蚀、海水入侵与河口区咸潮入侵的影响,以及台风-风暴潮对沿海地区的洪涝灾害影响和对沿海经济社会造成的损失。⑤未来不同气候情景下(温室气体从低排放到高排放情景,RCP2.6,4.5和8.5),到21世纪末,中国海洋温度和海平面将有大幅度上升,可能成为全球海洋变化最为显著的区域之一,沿海许多地区当前百年一遇的极值水位事件将变为几年一遇甚至低于一年一遇(RCP8.5),沿海地区很可能面临更严重的灾害风险。为此,本文进一步分析并讨论了中国海洋和海岸带地区应对气候变化的若干适应对策措施以及不确定性问题,以期为保障中国沿海地区经济社会的可持续发展提供科学参考。     

武汉市主要年气候要素及其极值变化趋势

根据武汉市1951~2007年57年间主要气候要素及其极值的年序列（共17个）,通过趋势分析和年代际比较分析,揭示武汉市气候变化对全球气候变化和当地城市化的响应。结果表明：武汉市5项气温均表现出一致的升温趋势,其中平均气温、平均最低气温、极端最低气温最明显,1970年代中后期升温速度加快; 4项降水要素变化均不显著,只有年降水日数接近信度01的显著性,其中年降水量为弱的增加趋势,同时有明显的年代际差异,1950、1980、1990等年代明显偏大（多）,年降水日数、最大日降水量为减少趋势,但暴雨日数是增加的;年平均和最小相对湿度均呈现下降趋势,但年平均相对湿度达到极显著程度;平均风速、最大和极大风速以及大风日数一致性极显著减小;日照时数表现为减少趋势;年平均气压为先升后降,上升趋势不明显。可见武汉市各项气温、风速及其极值、相对湿度、日照时数等变化显著,降水、气压变化不显著,这些变化是全球气候变暖和城市化进程共同作用的结果.     

夏季南亚高压年代际变化及其对长江中下游降水的影响

夏季南亚高压对我国长江中下游旱涝分布有重要影响,为深入认识长江中下游夏季降水年代际演变规律和机理,提高其短期气候预测水平,利用1960~2015年NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站降水资料,分析夏季南亚高压年代际变化及其对长江中下游降水的影响。结果表明：夏季南亚高压强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点和脊线均存在显著的年代际变化,长江中下游夏季降水也有明显年代际转折,南亚高压脊线与长江中下游夏季降水相关最好,呈显著负相关。夏季南亚高压脊线年代际偏南期,南亚高压偏大偏强,长江中下游高层气流强,且形成发散;副高增强西伸,印度有稳定低压存在,长江中下游处于副高西北侧和西风槽前,盛行西南风,与北方来的偏西气流汇合;低层风场有明显切变和辐合,从孟湾、南海输送来的水汽在长江中下游辐合上升,导致降水偏多。1990s初至2000s初,夏季南亚高压年代际减弱西撤,副高减弱东撤,但由于两个高压减弱程度较小,长江中下游夏季降水仍偏多。     

基于Kriging插值的1961~2005年淮河流域降水时空演变特征分析

利用淮河流域4省170个气象站点1961~2005年的降水观测数据,采用Kriging法对淮河流域各季及年降水量进行了插值,得到了1 km×1 km降水栅格序列。在此基础上,对淮河流域降水的时空格局及其变化特征进行了分析。结果表明：淮河流域降水量的空间分布基本呈南高北低、山区多于平原、近海多于内陆的格局。近45 a来淮河流域降水量的年际波动较为强烈,而变化趋势不显著。流域内汛期和年降水量的年代际变化则具有明显的阶段性,主要表现在20世纪90年代前基本为下降趋势,2000年后明显上升。当前,淮河流域正处于降水的高气候变率时期。45 a来,降水的空间格局发生了一定的变化,表现在淮河中上游和干流沿岸地区的降水量升高,而流域东北部的降水则呈下降趋势     

中国气候变化的科学新认知

了解和认识百年来中国气候发生的变化、引起其变化的驱动因素以及未来的可能变化,可以更好地适应和减缓气候变化。本文综合评估了观测到的中国气候变化事实、中国气候变化的驱动力、中国未来气候变化预估三大方面,分析了气候变暖的趋势、水循环以及降水和冰川变化、极端天气气候事件变化、生物化学循环、海洋和土地覆盖变化及其气候效应以及未来气候变化的特点和趋势等最新科学进展。在中国百年温度趋势、气候系统多气候指标变化特征、极端天气气候事件中的人类活动作用以及气候系统模拟能力等方面的研究有了新的进展。可以看到中国气候变暖趋势持续、大气二氧化碳等长寿命温室气体浓度继续增长、人为强迫影响了多种气候要素在强度和频率的变化,中国陆地生态系统的固碳量增加。本文最后提出未来中国气候变化研究需要进一步加强的问题,包括:中国气候变化中的城市化效应、气候系统内部变率在年代际变化中的作用、气溶胶-云-降雨相互作用的机理、大范围土地利用变化(如大规模生态恢复工程)的气候效应,以及云辐射反馈、海洋环流对气候变化的响应与反馈、气候-碳循环反馈等过程对气候模拟不确定的影响等。     

洞庭湖流域近54 a来冬季降水及其异常环流特征分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961~2015年逐月降水数据和美国NCEP/NCAR再分析数据,对洞庭湖流域近54 a来冬季降水的时空变化特征和典型冬涝、冬旱年的大气环流及水汽输送形势进行分析,并讨论逐年冬季降水与同期欧亚环流指数(EUCI)、可降水量和水汽通量散度的关系。结果表明:近54 a,流域冬季降水存在明显的年际和年代际变化特征,具体表现为20世纪60年代和70年代降水偏少,80年代降水开始增多,其后期至90年代中后期降水偏多明显,进入21世纪以来降水又呈波动减少的趋势。此外,流域冬季平均降水量和冬季降水标准差均呈现由南向北、由东向西递减的空间分布特征。从大气环流和水汽输送形势来看,典型冬涝年和冬旱年的空间分布大致相反,表明流域冬季异常降水是与大尺度环流形势的异常密切关联的。计算发现,逐年冬季可降水量、水汽通量散度和欧亚环流指数与流域冬季降水均具有较好的关系,相关系数分别达到0.43、-0.68、-0.53,通过0.01的信度检验。     

近47年中国夏季日降水变化特征分析

以中国596个气象台站1961~2007年的夏季逐日降水资料为基础,分析了近47 a中国夏季降水长期趋势和年代际变化特征。采用面积加权平均法得到夏季全国和8个区的降水量、降水频率、降水强度序列。按小雨、中雨、大雨及暴雨降水强度分类,探讨了不同强度降水在我国降水变化中的贡献。结果表明：中国总体夏季除降水频率呈减小趋势外,降水总量、降水强度都呈增加趋势;西北西部在8个区域中的变化相对显著。降水量的增加是小雨级别降水频率和中雨以上级别降水强度增加共同作用的结果;东北、华北、西北东部降水减少主要是小雨降水频率减少的结果;长江中下游和华南降水量增加主要是大雨、暴雨降水频率和暴雨降水强度增加共同作用的结果;西南降水减少主要是小雨降水频率减少的结果。各区及全国夏季降水量、降水频率和降水强度大多在90年代有所增大,在2000年后又有所减小。与1970年代末的气候跃变相对应,各区及全国降水频率、降水强度的跃变均发生在1970年代末或1980年代初。〖     

长江三峡库区和上游气候变化特点及其影响

利用1961～2010年逐日气温、降水等气象观测资料分析三峡库区和长江流域等地区气象要素的气候长期变化趋势,并利用监测资料和数值模拟试验初步分析了水库蓄水后对三峡库区附近局地的天气气候的可能影响。结果表明:近50 a来三峡库区平均气温呈现上升趋势,降水量具有年代际变化特征,21世纪以来库区降水转为少雨期;气温和降水的变化都与长江上游乃至整个长江流域的变化趋势基本一致。水库蓄水后对库区附近气温产生调节作用,夏季降温和冬季增温效应明显;蓄水后库区年降水量没有明显变化。总体上,三峡水库对附近气候影响范围一般不超过20 km     

中国海平面在上升

据国家测绘局宣布,中国海平面每年上升2～3mm。同时某些沿海地区随着地下水的过量开采和其它因素,相继出现地面沉降现象。海岸带环境受到较大影响。我国测绘局的专家研究认为,未来海面呈上升趋势。分析表明,整个中国东海和南海沿岸海平面在过去100年中分别上升19cm和20cm。     

气候临界点及应对——碳中和

基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告及近年的研究文献,文章试图从气候变化的影响和风险的角度出发,诠释气候变暖可能正在触发的全球多个气候临界点,解读国际社会采取碳达峰和碳中和政策措施的由来,讨论不同系统或区域开展适应性研究的重要性与迫切性。主要结论:(1)近百年来,特别是1970年代以来,全球持续快速升温变暖,而中国陆地和海洋的升温速率又高于全球平均,产生了广泛的影响和风险。(2) 2019年,造成全球变暖的主要温室气体CO2浓度已达到410.5 mg/L,为工业化前(1750年)的148%,也是至少200万年以来的最高值。(3)全球的持续升温使得气候变化的风险不成比例地增加,许多系统正在逼近其发生严重突变和不可逆转变化的临界点,并且,某些气候临界点的发生将比预计得更为提前。(4)气候变暖的加剧可能正在触发全球的九个气候临界点,包括暖水珊瑚礁的大规模白化和死亡、格陵兰和南极冰盖的加速融化、大西洋经向翻转环流的减弱等,并有引发多米诺骨牌效应的风险。(5)为应对气候变暖的影响和风险,有必要将本世纪全球升温限制在工业化前水平(1850—1900年平均)之上2℃(最好为1.5℃)以内,相对于2010年,全球净人为CO2排放量到2030年需减少约25%(45%),并在2070年(2050年)左右实现碳中和。(6)以暖水珊瑚礁为例,讨论并分析了中国受损珊瑚礁将可能由于较高的中国海洋升温速率而率先触发临界点,亟需修复并加强受损珊瑚礁等系统或区域气候恢复力(resilience)的建设,以提高其适应气候变化的能力。此外,最近中国受损珊瑚礁原位有性繁殖修复实验取得了突破性进展,这为重构受损珊瑚礁的恢复力提供了积极的前景。     

三峡库区局地气候变化

三峡库区地处鄂西和渝东的崇山峻岭中,局地气候受山谷和水体的共同影响,冬暖夏热,降水丰富。利用三峡库区及其周边地区33个气象观测站1961~2006年降水与温度观测资料,对2003年蓄水前后的降水、气温等要素作了时间对比分析,同时分别选取近库区和远库区站点作降水比值和温度差值分析,结果表明近几年库区降水较常年偏少,但降水趋势与西南地区降水年代际变化一致。20世纪90年代之后三峡库区气温有显著上升趋势,蓄水后受水域扩大影响近库地区的气温发生了一定变化,表现出冬季增温效应,夏季有弱降温效应,但总体以增温为主。由于三峡工程局地气候影响是一个复杂、长期的气候调节过程,所给出的结果只是三峡水库蓄水至今3年时间的观测分析结果,同时蓄水前后温度变化还需要更长时间观测分析统计,对水库水域扩大影响造成的局地气候效应有待更多研究方法及模式结果的验证。     

三峡库区局地气候变化

三峡库区地处鄂西和渝东的崇山峻岭中，局地气候受山谷和水体的共同影响，冬暖夏热，降水丰富。利用三峡库区及其周边地区33个气象观测站1961~2006年降水与温度观测资料，对2003年蓄水前后的降水、气温等要素作了时间对比分析，同时分别选取近库区和远库区站点作降水比值和温度差值分析，结果表明近几年库区降水较常年偏少，但降水趋势与西南地区降水年代际变化一致。20世纪90年代之后三峡库区气温有显著上升趋势，蓄水后受水域扩大影响近库地区的气温发生了一定变化，表现出冬季增温效应，夏季有弱降温效应，但总体以增温为主。由于三峡工程局地气候影响是一个复杂、长期的气候调节过程，所给出的结果只是三峡水库蓄水至今3年时间的观测分析结果，同时蓄水前后温度变化还需要更长时间观测分析统计，对水库水域扩大影响造成的局地气候效应有待更多研究方法及模式结果的验证。     

非平稳性条件下淮河流域极端气温时空演变特征及遥相关、环流特征分析

在全球升温的背景下,为掌握淮河流域极端气温的时空变化特征及其变化规律,以提高淮河流域对极端气温灾害的应对能力。以淮河流域1961～2016年149个气象站点、太平洋气候因子和NCEP/NCAR再分析数据为基础,利用优化的非平稳性(Transformed-Stationary)极值分析方法、空间Ward-like层次聚类分析方法、M-K趋势分析和经验正交函数分析方法(Empirical orthogonal function)对淮河流域极端气温进行分析。结果发现:(1)年最高气温在1960和2000s为增加趋势,2000s后增加趋势不显著;从1970～1980s,年最高气温呈减小趋势;年最低气温在1960s呈下降趋势,1970s以后年最低气温呈增加趋势;(2)年最高气温重现期对应的温度多数站点表现出非平稳态并显著上升,增幅达1.5℃。年最低气温均呈现上升趋势,在1978年前后出现上升的拐点,在2000年前后暖化现象有所减缓。年最高气温距离海洋越近,上升趋势越显著;年最低气温则相反。(3)不同重现期年最高气温显著增加趋势,主要分布在淮河的东北部和东南部地区,中西部地区呈显著减小趋势,年最低气温的空间分布恰好与其相反。(4)北太平洋海温异常显著的影响着淮河流域的7、8月极端气温的变化,淮河流域的极端气温的非平稳变化有着与西太平洋和北太平洋显著正相关关系,与东太平洋呈显著负相关关系。淮河流域12～1月气温异常与渤海海温异常同步、与厄尔尼诺或拉尼娜同步变化;7～8月温度异常与12～1月的温度异常结果相反。环流特征分析表明,淮河流域冬季暖化现象受到东北地区暖化的影响;7～8月温度的变化主要由青藏高原低压和蒙古低压在逐年减弱而改变环流特征造成,东南区域极端高温增加,西部区域降水增多、极端高温的降低。     

长江中下游夏季极端降水事件频次的统计降尺度模拟与预估

利用CMIP5三个耦合模式的历史模拟及不同情景预测结果、NCEP/NCAR再分析资料和长江中下游观测降水资料,采用统计降尺度方法对长江中下游夏季极端降水频次进行模拟和预估。首先,通过计算相关的方法,获取建立统计降尺度预测模型所需的预测因子。提取的预测因子同时满足既是观测环流要素场影响极端降水的关键区域,又是模式要素场预报的高技巧区域两个条件;然后,结合挑选出的预测因子,利用多元线性回归方法建立长江中下游极端降水的统计降尺度预测模型,并对模型性能进行检验。交叉检验结果表明,此种统计降尺度方法能对过去长江中下游极端降水变化有较好的再现能力,且多个降尺度模型结果的集合能进一步提高降尺度方法的模拟技巧;最后,将建立的统计降尺度模型应用于CMIP5未来3种不同的排放情景来对极端降水进行未来预估,并对多模式结果进行集合。结果显示,统计降尺度模型预估未来几个年代际长江中下游夏季极端降水频次相对于1986~2005年呈增加趋势,21世纪中、后期高排放情景下极端降水频次增加幅度高于低排放情景。     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下长江中下游地区极端降水的变化特征

基于长江中下游地区1961~2100年区域气候模式COSMO-CLM(CCLM)模拟与1961~2005年气象站观测的逐日降水数据,通过统计计算年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率4个极端降水指数,研究全球升温1.5℃与2.0℃情景下,长江中下游地区极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)全球升温1.5℃情景下,年降水量相对于1986~2005年减少5%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加7%、33%和4%;概率密度曲线表明,年降水量均值下降,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值上升,极端降水方差增大;年降水量、强降水量和暴雨日数在空间上表现为南部增加北部减少,极端降水贡献率则相反。(2)全球升温2.0℃情景下,年降水量下降3%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别上升15%、46%和15%;年降水量均值稍有减少且方差稍有上升,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值和方差明显增加;年降水量减少区域位于长江主干以北,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率表现为绝大部分地区增加的空间变化特征。(3)全球升温由1.5℃至2.0℃时,年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加3%、7%、10%和11%;随升温幅度的增加极端降水均值和方差上升;极端降水呈增加态势的范围扩大。因此,努力将升温控制在1.5℃对降低极端降水的影响具有重要意义。     

CMIP6全球气候模式对长江流域气候变化的模拟评估与未来预估

以全球变暖为主要特征的全球气候变化对自然环境和社会经济发展产生了巨大影响。长江流域作为中国最大的流域，对气候变化的影响非常敏感，对未来气候变化的预测可以为应对未来的不确定性提供重要的科学依据。为了更准确地预测长江流域未来的温度和降水，针对第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)对长江流域26个气候模式进行评估，选择并校正性能更好的模式，讨论了长江流域未来的气温和降水。主要结论如下：(1)气候模式在温度上的模拟效果优于降水，在时间尺度上表现为月尺度>日尺度>年尺度。温度模拟存在一定程度的低估，降水模拟存在一定程度的高估。(2)区域尺度利用气候模式进行研究工作前的评估和校正是必要的，经过评估优化和季节校正后，数据的精度得到了显著提高，分位数映射法可以应用于气候模型数据的校正，但对于极端降水和温度的校正仍存在一些不足。(3)在SSP1-2.6情景中，未来温度和降水变化将在一段时间内持续不稳定增加，然后随着时间趋于稳定。在其他3种情景下，变化的速度随着时间的推移而加快。未来长江流域的降水和气温在所有情景下都将高于历史时期，表现为SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP...     

全球气候变化与区域气象及空气质量的关系研究——以成都市为例

区域气象条件及空气质量或与全球气候变化关系密切。研究通过分析不同气候条件下成都地区1951～2017年主要气象要素及其2013～2017年大气污染物浓度变化趋势,并结合大数据挖掘技术探究厄尔尼诺/拉尼娜事件与成都地区气象及空气质量的关系。结果表明,全球气候变化对区域气象及空气质量影响明显。异常气候造成成都地区气温、降水、风速、日照时长等气象条件发生明显变化。这些变化通常利于大气扩散条件的改善而使污染物浓度下降,但相应时期的臭氧浓度却有所升高。研究同时利用KNN大数据挖掘算法评估不同气候条件下气象和减排对空气质量改善的贡献。结果显示,在全球厄尔尼诺发生频繁的2015年,成都地区重污染天数明显减少,气象和减排的贡献率分别为27%和73%;而在全球拉尼娜现象频发的2016年,成都地区空气质量也有明显改善,重污染天数的减少有42%归功于气象条件的变化,几乎与大气污染物的减排贡献相当。因此,为实现空气质量的有效改善,空气质量改善管理政策的制定,既要从源头上控制污染物的排放,同时也应考虑全球气候变化的影响。     

长江流域上游气候变化的模拟评估及其未来50年情景预估

利用WCRP的耦合模式数据和长江上游流域63个气象站点的观测数据,评估了全球气候模式对长江上游流域的温度、降水的模拟能力,基于A2、A1B、B1情景对长江上游流域未来50 a平均温度、降水的可能变化进行了预估研究。结果表明：全球模式可较好的反映出流域温度、降水的时间和空间变化趋势,但模拟地面温度总体上低于实况值〖HT5〗。〖HT5"〗三种情景下2011~2060年上游流域平均温度的增幅（相对于1971~2000年）分别为1.7℃、2.1℃、1.3℃。A1B、B1情景下区域内表现为一致的增温趋势,而A2情景下在嘉陵江流域出现降温的趋势。三种情景下平均降水的增幅分别为50.0、83.5、29.5 mm;A1B、B1情景下降水增加的空间分布形比较一致     

海平面上升及其带来的资源与环境问题

海平面上升及其带来的资源与环境问题是目前全球环境变化研究的核心问题之一。海平面上升分全球性理论海平面上升及区域相对海平面上升两类,前者与温室效应导致的海水表层受热膨胀、大陆高山及格陵兰地区冰川融化有关,后者更多起因于局部自然或人为造成的地面沉降及其他相关因素。研究海平面上升机理、过程,制定切实预防、预测措施,应引起广泛的社会关注。     

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。