1.5℃温控目标下地球工程对全球陆地气候的潜在影响及区域差异

基于BNU-ESM模式2010—2099年的地球工程情景和非地球工程情景日值气温和降水数据,对比分析了两种情景下整个研究时段(2010—2099年)、地球工程实施期间(2020—2069年)和地球工程实施结束后(2070—2099年)的全球陆地气候格局及其差异特征。结果表明:(1)在气候格局上,两种情景下的全球陆地年均气温和降雨量在三个研究时段的空间高低分异格局基本一致,并未发生根本性的变化,地球工程并未颠覆原有的气候分布特征。全球陆地年均气温和降雨量在2010—2099年、2020—2069年和2070—2099年的空间相关系数分别为0.54、0.51和0.59与0.55、0.50和0.52(n=2 658),均通过了0.01显著性水平的检验。(2)在气候差异上,三个研究时段的全球陆地年均气温在地球工程情景下相比非地球工程情景明显降低,有助于《巴黎协定》1.5℃和2.0℃温控目标的实现。其中2020—2069年全球陆地年均气温降低幅度最大,2010—2099年次之,2070—2099年最小。地球工程实施期间北半球陆地的降低幅度高于南半球陆地。在2010—2099年和2020—2069年,地球工程对全球陆地的年均降雨量以抑制作用为主,促进作用为辅,2070—2099年则以促进作用为主,抑制作用为辅,且具有明显的南北半球差异特征。地球工程实施期间北半球多数陆地的年均降雨量减少,而南半球陆地则增多。地球工程实施结束后北半球中低纬度的年均降雨量普遍增多。(3)在地球工程实施前后差异上,地球工程实施结束后相比实施期间,全球陆地年均气温明显增加,且北半球陆地增加幅度高于南半球陆地,北半球陆地高纬度地区高于北半球陆地低纬度地区。考虑到两种情景下的气温差异,地球工程情景下实施结束后的温升幅度仍未超过非地球工程情景。研究成果对于认识地球工程的气候影响具有参考意义。     

地球工程对全球陆地极端降雨影响的空间分异研究

地球工程应对气候变暖已成为近年来学界广泛讨论的焦点问题之一。基于BNU-ESM模式数据,采用百分位数阈值方法界定强降雨和极端强降雨事件,从气候态特征、变化趋势和波动特征三个角度对比分析了地球工程情景(G4试验)和非地球工程情景(RCP4.5)下全球陆地强降雨量和极端强降雨量的空间分异特征。结果表明:(1)在气候态特征上,地球工程实施并未从根本上改变强降雨和极端强降雨量的空间高低分异格局,仅数值上有所差异。两种情景下气候态差异特征表明地球工程在2020—2069年实施期间对北(南)半球以抑制(促进)作用为主,而在2070—2099年实施结束后对北(南)半球以促进(抑制)作用为主。地球工程实施结束后相比实施期间促进了全球多数地区的强降雨和极端强降雨量。(2)在变化趋势上,两种情景下的强降雨量变化趋势在2020—2069年存在一定差异特征,而在2010—2099年和2070—2099年具有较高的一致性。两种情景下的极端强降雨量变化趋势则在2020—2069年和2070—2099年呈现出异质性。两种情景下变化趋势差异特征表明, 2070—2099年地球工程均促进了强降雨和极端强降雨量增加趋势。强降雨和极端强降雨量在地球工程实施前后均具有不同的区域性特征。(3)在波动特征上,地球工程实施不同阶段强降雨和极端强降雨量波动特征的空间高低分异格局相差不大,仅数值上有一定差异。两种情景下波动差异表明地球工程实施不同阶段均减小了强降雨量的波动特征。但极端强降雨量则在2020—2069年和2070—2099年呈现出相反的波动差异特征。地球工程情景下实施结束后的波动特征明显高于实施期间。     

透视地球工程对全球陆地气候变化趋势和波动特征的影响及区域差异

为诊断地球工程对全球陆地气候变化趋势和波动特征的影响,采用BNU-ESM模式的地球工程和非地球工程情景日值气温和降水数据,对比分析了两种情景下整个研究时段(2010—2099年)、地球工程实施期间(2020—2069年)和地球工程实施结束后(2070—2099年)的全球陆地气候变化特征及区域差异。结果表明:(1)两种情景下全球陆地气温变化趋势空间格局的一致性优于降雨量变化趋势空间格局。3个时段全球陆地气温主要以增加趋势为主,2070—2099年两种情景下开始出现减少趋势。地球工程在不同时段改变了不同区域和次区域降雨量变化趋势的方向。(2)地球工程在3个时段对全球陆地气温变化趋势的影响具有异质性。地球工程在2010—2099年对气温增减趋势影响最小,多介于-0.2～0.2℃/(10 a)之间;在2020—2069年对气温增加趋势的抑制作用最大,多数地区抑制幅度超过了0.4℃/(10 a);在2070—2099年对气温增加趋势的促进作用最大,多数地区促进幅度超过了0.4℃/(10 a)。地球工程实施前后全球陆地降雨量变化趋势差异增大,尤其是在中低纬度地区呈现出明显的区域与次区域特征。(3)地球工程未对全球气候的波动性产生根本改变。两种情景下的全球陆地气温和降雨量的波动特征具有较好的一致性。(4)地球工程对北半球陆地气温波动的影响大于南半球陆地。地球工程情景下实施结束后的气温波动特征明显小于实施期间。地球工程对全球陆地降雨量波动特征的影响具有异质性。2020—2069年地球工程对南(北)半球陆地的降雨量波动特征的影响以促进(抑制)作用为主;地球工程对2070—2099年及地球工程实施前后降雨量波动特征的影响恰好与2020—2069年相反。     

透视地球工程对全球陆地气候变化趋势和波动特征的影响及区域差异

为诊断地球工程对全球陆地气候变化趋势和波动特征的影响,采用 BNU－ESM 模式的地球工程和非地球工程情景日值气温和降水数据,对比分析了两种情景下整个研究时段( 2010—2099 年) 、地球工程实施期间( 2020—2069 年) 和地球工程实施结束后( 2070—2099 年) 的全球陆地气候变化特征及区域差异。结果表明: ( 1) 两种情景下全球陆地气温变化趋势空间格局的一致性优于降雨量变化趋势空间格局。3 个时段全球陆地气温主要以增加趋势为主,2070—2099 年两种情景下开始出现减少趋势。地球工程在不同时段改变了不同区域和次区域降雨量变化趋势的方向。( 2) 地球工程在 3 个时段对全球陆地气温变化趋势的影响具有异质性。地球工程在 2010—2099 年对气温增减趋势影响最小,多介于－0. 2 ～ 0. 2 ℃ /( 10 a) 之间; 在 2020—2069 年对气温增加趋势的抑制作用最大,多数地区抑制幅度超过了 0. 4 ℃ /( 10 a) ; 在 2070—2099 年对气温增加趋势的促进作用最大,多数地区促进幅度超过了 0. 4℃ /( 10 a) 。地球工程实施前后全球陆地降雨量变化趋势差异增大,尤其是在中低纬度地区呈现出明显的区域与次区域特征。( 3) 地球工程未对全球气候的波动性产生根本改变。两种情景下的全球陆地气温和降雨量的波动特征具有较好的一致性。( 4) 地球工程对北半球陆地气温波动的影响大于南半球陆地。地球工程情景下实施结束后的气温波动特征明显小于实施期间。地球工程对全球陆地降雨量波动特征的影响具有异质性。2020—2069 年地球工程对南( 北) 半球陆地的降雨量波动特征的影响以促进( 抑制) 作用为主; 地球工程对 2070—2099 年及地球工程实施前后降雨量波动特征的影响恰好与 2020—2069 年相反。     

太阳辐射管理地球工程对中国不同强度降雨量的潜在影响

在《巴黎协定》制定的1.5℃温控目标面临挑战的背景下,地球工程作为人为快速给地球降温的手段,逐渐成为学界关注的焦点话题之一。采用BNU-ESM模式的2020—2099年地球工程和非地球工程(RCP4.5)情景下的0.5°×0.5°的日值降水数据,基于中国气象局中央气象台划分的24 h降雨强度划分标准,诊断了地球工程实施期间(2020—2069年)和结束后(2070—2099年)的5种强度降雨量的空间格局及差异特征,以此来揭示地球工程实施对中国不同强度降雨量的潜在影响。结果表明:(1)地球工程在实施期间及结束后并未根本性改变中国不同强度降雨量的空间分布格局,两种情景下的中国不同强度降雨量空间高低分异格局具有相似性,但地球工程实施结束后的中国不同强度降雨量的相似性整体低于实施期间。(2)两种情景下的差异表明在地球工程实施期间,地球工程对中国低强度降雨量以促进作用为主,抑制作用为辅;对中高强度降雨量则以抑制作用为主,促进作用为辅。在地球工程实施结束后,地球工程对低强度降雨量起抑制作用的区域增多,对高强度降雨量起促进作用的区域增多。(3)地球工程情景下实施前后表明,相比实施期间,地球工程实施结束后对中国不同强度降雨量的影响主要以促进作用为主,抑制作用为辅。研究对于认识地球工程对中国气候的影响具有前瞻性意义,同时也可为中国在地球工程国际治理和谈判中提供科技支撑。     

江西省:降雨集中,饶河全线超警

正7月1—20日降雨量136.2 mm,比常年偏多43%。汛期,受强降雨影响,赣江中游支流蜀水发生超历史大洪水,饶河发生全线超警洪水。(1)降雨量时空分布不均,7月降雨集中。7月上旬降雨量108.7 mm,比常年偏多87.8%。7月5—7日,遭遇今年以来最强降雨过程,全省平均降雨80.4 mm。其中,过程最大降雨量景德镇市184 mm,该市珠山区321 mm,点最大降雨量景德镇市昌江区竟成站达394 mm,且短时降雨强度大,     

1960—2017年中国极端气候要素时空变化分析

研究全球变暖背景下极端气候要素的变化对流域和区域防洪抗旱具有重要意义。利用1960—2017年全国554个气象站点的逐日降雨和气温数据,选用线性拟合、R/S分析等方法分析了中国近58 a极端气候要素的趋势性、空间性、持续性和平均循环长度。结果表明:气温极值呈上升趋势,极端高温(低温)事件的频率和持续性不断增大(减小),中国呈变暖趋势;空间上,极端气温指数在高原山地区具有较大的变幅。极端降雨的量级指数和强度指数呈增大趋势,持续性指数呈减小趋势;极端降雨量级指数和强度指数变幅的高值区在热带季风区(增大趋势),持续干旱指数和持续湿润指数变幅的高值区分别为温带大陆区(减小趋势)、温带季风区(减小趋势)。R/S分析表明未来极端气温事件将继续增多,区域一致性显著;不同地区极端降雨指数未来增大或减小的趋势不一致,极端气温指数的平均循环长度整体大于极端降雨指数的。     

珠江流域非平稳性降雨极值时空变化特征及其成因

受全球气候变化和人类活动影响,珠江流域极端降雨事件发生的频次和强度均发生变化,变化环境导致极端降雨样本存在非平稳性。本文以珠江流域43个站点1960—2012年的日降雨数据为基础资料,通过分析广义帕累托分布(GPD)的参数时变特性及其空间分布规律,探索珠江流域非平稳性极端降雨的时空变化特征及其成因。结果表明:珠江流域极端降雨序列的极值指数呈从东到西逐渐减小特点,表征强降雨之间的相关性由东向西减弱;极端降雨变化程度大的区域其变化程度呈减弱趋势,而变化程度小的区域其变化程度呈加强趋势;珠江三角洲和东江流域南部、柳江流域东北部地区50/100年一遇的日降雨量级较大,而南盘江西部地区则较小。7个影响因子中,厄尔尼诺指标(SMEI)对流域的极端降雨影响最明显。非平稳时变超定量(POT)模型与平稳POT模型的结果比较表明,本文提出的时变POT模型较好地处理了珠江流域部分区域降雨存在的非平稳性特征。     

广西:加强监测 及时预警 科学防御

<正>雨水情和灾情2017年汛期,广西先后遭受10次致灾性强降雨过程和4次台风袭击,汛情呈现4个特点:一是主汛期降雨多,强度大。2017年主汛期6—8月平均降雨量970 mm,占1—8月总降雨量的65%,与常年同期相比,降雨偏多,超过3成,其中6月底7月初的一次强降雨过程,全区14个设区市112县(市、区)     

基于多元模型的全球变暖升温2℃情景下温暖气候持续时间预测

<正>在过去数十年间,极端热浪和强降雨的发生愈加频繁,而且在未来全球变暖情景下,预计这种变化趋势仍将延续。极端气候历时较长会产生一系列的社会影响,如温暖干燥的气候条件会严重影响农作物生长,持续的强降雨会引发洪灾等。建立了一个多元模型模拟工业化前气温升高2℃的情景。分析表明,与现今气候条件相对比,模拟情境下北极地区夏季的持续时间发生了系统性延长。在北半球中纬度地区,对温度进行平均化处理后,在不考     

轴对称条件下水泥土强度特性试验研究

通过水泥土等P三轴剪切试验、常规三轴固结排水剪切试验(CD)与三轴固结不排水剪切试 验(CU),对水泥土力学特性进行研究,讨论水泥土的应力一应变曲线变化特点和强度特性。试验结 果表明:水泥土的应力一应变曲线为软化型,软化程度与围压有关;不同应力路径对水泥土强度有一 定的影响,但影响程度较弱;小围压作用下水泥土具有剪胀性,类似强超固结土;高围压下,水泥土 类似弱超固结土;残余强度均随围压的增加呈线性增大,CD试验残余强度高于CU试验,残余强度 与峰值强度的比值随围压的增大而增大,增大速率逐渐减小;水泥土CU试验的有效强度包线与CD 试样强度包线基本一致。     

Adaptation to Climate Change in the Management of a Canadian Water-Resources System Exploited for Hydropower

The management adaptation potential of the Peribonka River water resource system (Quebec, Canada) is investigated in the context of the evolution of climate change. The objective of this study is to evaluate the impacts on hydropower, power plant efficiency, unproductive spills and reservoir reliability due to changes in the hydrological regimes. The climate change projections used here are from the Canadian regional climate model (CRCM) nested by the Canadian-coupled global climate model (CGCM3) forced with the SRES A2 greenhouse gas emission scenario. The hydrological regimes were simulated with the distributed hydrological model Hydrotel. They were incorporated into a dynamic and stochastic optimization model in order to adapt the operating rules of the water resource system annually, according to the evolution of the climate. The impacts were analyzed over the years 1961–2099, split into four periods for comparison purposes: control period (1961–1990), horizon 2020 (2010–2039), horizon 2050 (2040–2069) and horizon 2080 (2070–2099). The main results indicate that annual mean hydropower would decrease by 1.8% for the period 2010–2039 and then increase by 9.3% and 18.3% during the periods 2040–2069 and 2070–2099, respectively. The trend to increase is statistically significant starting from 2061 (Mann–Kendall with p = 5%). The change in the mean annual production is statistically significant for the 2040–2069 and 2070–2099 periods (t-test with p = 5%). Also, the change in the variance is significant for the periods 2010–2039, 2040–2069 and 2070–2099 (F-test). Annual mean unproductive spills would increase from 1961–2099, but the trend is not statistically significant. However, the changes in the variance of the annual mean spills are significant in the periods 2010–2039, 2040–2069 and 2070–2099. Overall, the reliability of a reservoir would decrease and the vulnerability increase as the climate changes.     

气候变化对嘉陵江流域降水变化影响分析

以长江上游支流嘉陵江为研究对象。利用嘉陵江流域的11个国家气象站1961年-2001年的实测降水数据和NCEP再分析数据,建立了嘉陵江流域降水的统计降尺度模型。在A2和B2排放情景下应用HadCM3的输出数据,预测嘉陵江流域未来三个时期（2010年-2039年、2040年-2069年、2070年-2099年）降水变化情况。分析结果表明相对于基准期的模拟降水量,在HadCM3的A2和B2排放情景下．模拟得到嘉陵江流域大部分区域的降水量有明显上升趋势。     

Modelling the Potential Impacts of Climate Change on Snowpack in the North Saskatchewan River Watershed, Alberta

The North Saskatchewan River basin is a large watershed in central Alberta that provides water for a range of stakeholders, including large municipalities, agricultural operations, power generation, and resource extraction industries. This study assesses potential future changes in snowpack for the North Saskatchewan River watershed in response to a range of GCM-derived climate warming scenarios representing the periods from 2010-2039 (2020s), 2040-2069 (2050s), and 2070-2099 (2080s). The GENESYS (GENerate Earth SYstems Science input) spatial hydrometeorological model is applied to simulate potential changes in the zero degree isotherm, precipitation phase, watershed average maximum spring snow water equivalent (SWE), the dates of maximum and minimum SWE, and snowmelt period for these future climate scenarios. Climate warming is likely to result in an upwards shift in elevation of the zero degree isotherm, with a transition to more precipitation occurring as rain than snow. Although watershed average maximum SWE may not change under future conditions, the timing of spring snowmelt onset is likely to change under the future climate scenarios applied. It is demonstrated that increased air temperatures are expected to result in substantial changes in snowpack processes in the North Saskatchewan River watershed.     

21st Century Drought Scenarios for the UK

A 6-month drought severity index (DSI6) is applied to each of the 11-member perturbed-physics ensemble (HadRM3-PPE-UK) monthly precipitation dataset from 1950 to 2100 to investigate projected 21st century droughts in the UK. Four main drought characteristics are investigated: intensity, drought covariance, frequency of drought months and frequency of drought events at a given duration. Changes in these characteristics are analysed for 30-year periods: 1970–1999 (1980s), 2010–2039 (2020s), 2040–2069 (2050s) and 2070–2099 (2080s) and described in terms of their seasonal behaviour, for both moderate and extreme droughts. Projections of drought characteristics are expressed in the forms of ensemble-mean change relative to the 1980s and model consensus, and analysed over 23 water resource regions. In general, drought characteristics show profound increases (and widespread) for the 2050s and 2080s with larger change occurring during the wet season and under moderate drought conditions. Drought covariance sees greater increase during the dry season with greater change magnitude (but less widespread) under extreme drought conditions. Results also show that droughts can persist over long durations. However, the projected frequency of droughts at longer durations is low compared with droughts with shorter duration of persistence. Water resource regions (WWRs) mostly show negative change in drought characteristics, except for drought covariance. However, intensity and duration of droughts also generally increase over most of the WRRs in England, which are already highly exploited. Of particular relevance to water management, results from this ensemble have a strong influence on dry season water availability, especially in parts of England.     

Climate Change Impacts on Water Resources and Lake Regulation in the Vuoksi Watershed in Finland

The impacts of climate change on hydrology and water resources in the Vuoksi watershed in eastern Finland were studied in order to assess the possibilities to adapt lake regulation to the projected changes. A conceptual watershed model and several climate scenarios were used to estimate the effects of climate change on three lakes in the Vuoksi watershed for 2010–2039, 2040–2069 and 2070–2099. The adaptation possibilities were studied by using alternative regulation strategies. In Lake Pielinen the impacts of these water level changes on social, economic and ecological indicators were assessed with two different outflow strategies. According to the results, climate change will alter snow accumulation and melt and therefore cause large seasonal changes in runoff and water levels. Runoff and water levels will decrease during late spring and summer and increase during late autumn and winter. In some lakes current calendar-based regulation practices and limits, which have been developed based on past hydrology, may not be appropriate in the future. Modifying the regulation practices and limits is a necessary and effective way to adapt to climate change.     

The Impact of Climate Change on Hydro-Meteorological Droughts Using Copula Functions

Climate change has made many alterations to the climate of earth, including hydro-climatic extreme events. To investigate the impact of climate change on hydro-meteorological droughts in the Kamal-Saleh dam basin in Markazi province, Iran, proportional to future climate conditions, a new and comprehensive index was developed with the aim of accurately estimating drought in a more realistic condition. This aggregate drought index (ADI) represented the main meteorological and hydrological characteristics of drought. Temperature and precipitation projections for future climates were simulated by five CMIP5 models and downscaled over the study area during 2050s (2040–2069) and 2080s (2070–2099) relative to the baseline period (1976–2005). By fitting five univariate distribution functions on drought severity and duration, proper marginal distributions were selected. The joint distribution of drought severity and duration was chosen from five types of copula functions. The results revealed that in future, severe droughts are expected to frequently occur in a shorter period.

     

1901—2018年“一带一路”陆域地区降雨量时空变化格局

"一带一路"地区是全球气候变化的敏感区和显著区,为了安全推进"一带一路"的高质量建设,亟需全面认识域内气候变化特征。基于1901—2018年英国东英格利亚大学气候研究所提供的0.5°×0.5°的网格降水数据集CRU TS4.03,采用线性趋势、变异系数等多种数理统计方法,从气候分布、变化趋势和波动特征及时相差异特征诊断"一带一路"陆域地区的降雨量时空变化特征。主要得到如下结论:(1)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量气候分布呈现纬向地带性和海陆地带性特征,其中季风气候区和热带地区分布较大,多数超过了1 600 mm。1960年前后"一带一路"陆域地区的年总降雨量在北半球高纬度地区和东南亚地区差异显著。在时序上1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量呈增加趋势且具有30年分段并在1938年发生了突变,整体趋势值为2.90 mm/10 a, 1901—1930年、1931—1960年、1961—1990年和1991—2018年的趋势值分别为6.90 mm/10 a、15.69 mm/10 a、-0.94 mm/10 a和1.25 mm/10 a,均通过了0.05显著性水平的检验。(2)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量在北半球高纬度地区和大洋洲呈现明显增加趋势,趋势值超过了20 mm/10 a。对比来看"一带一路"陆域高纬度地区在朝着暖湿化方向发展,而北半球中纬度地区在朝着暖干化方向发展。1960年前后"一带一路"陆域地区的年总降雨量趋势差异整体以负差异为主。(3)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量波动特征较大的地区主要分布在非洲北部及毗邻的阿拉伯半岛、中国西部、澳大利亚中部等地区。1960年前后"一带一路"陆域地区年总降雨量的波动差异也主要集中在上述地区,但面积分布上有所减小。