论文总字数：18836字

目 录

1引言 5

2资料和方法 6

2.1资料简介 6

2.2极端降水指数简介 7

2.3研究方法 8

3模式模拟的中国区域的极端降水对不同增温的响应 9

3.1全球增暖达到1.5℃和2℃下中国区域极端降水的变化 9

3.2 半度额外增暖对中国极端降水变化的影响 12

3.3小结与分析 15

4总结与讨论 16

致谢 20

全球1.5℃和2℃不同增温阈值下中国极端

降水的变化

迟静

，China

Abstract: This article uses the daily precipitation data provided by the Nors-M1-Happi model of the “Happiate Additional Warming and Project Impact Program” (HAPPI) to simulate the response of extreme precipitation indices in China to different temperature increase thresholds in China under 1.5°C and 2.0°C warming scenarios and the difference in half-time warming. The main results are as follows: Under 1.5°C warming scenarios, the average daily precipitation intensity (SDII), heavy rain days (R10), maximum daily precipitation (R1d), and maximum five-day precipitation (R5d) in the Chinese region respectively increased by 0.11 mm/d, 0.65d, 0.08mm, and 0.7mm, while the maximum non-drain period (CDD) is reduced by 0.75d. Under 2°C warming scenarios, the SDII, R10, R1d, and R5d increased by 0.17mm/d, 0.95d, 0.13mm, and 1.0mm, respectively, while CDD decreased by 0.95d. Under half-degree warming, the model average results showed that SDII, R10, R1d, and R5d increased by 0.06mm/d, 0.3d, 0.05mm, and 0.3mm, respectively, while CDD decreased by 0.2d. It shows that in the context of global warming, the average precipitation and extreme precipitation intensity in China may increase. The simulation results show that under the background of continuous warming, the average precipitation and extreme precipitation in China will increase significantly in the future, and extreme precipitation events will increase both in frequency and intensity. The number of extreme precipitation events in China will increase, and the rate of change will increase with the increase of the warming rate, meaning that controlling the average global warming at 1.5°C is of positive significance to China's disaster prevention and reduction.

Key words: extreme precipitation index, warming threshold, half a degree additional warming, model estimation

1引言

大量气候变化的观测和研究表明，工业革命以来随着温室气体和气溶胶的人为排放的增加以及土地利用变化，全球平均温度上升连同其他气候要素和极端天气和气候事件，共同影响世界和区域环境以及人们的日常生活^[1]。有研究估计全球平均气温将在21世纪末增暖幅度达到1.7-6.3℃^[2]。水汽收支分析表明，全球平均气温升高，导致蒸发增强和大气水分的增加，进一步导致全球平均降水量的增加。由克劳修斯 - 克拉佩龙方程知，温度的增加将导致大气中水汽含量和降水的增加。温度每升高1℃，全球大气水汽含量可能增加7%^[3,4]，平均气温升高导致的水分增加对更强烈、更极端的降水具有关键作用。由于气候极端事件频繁发生，如热浪，干旱和强降水，亚洲夏季风季风区是全球变暖最脆弱的地区之一^[5]。仅就中国而言， 由于极端天气气候事件而引发的气象灾害就占整个自然灾害的70%。如2010年6月我国南方因极端降水导致的暴雨洪灾事件，2011年山东省普遍出现的持续强降雨天气事件，给人口和经济带来严重损失。更加频繁无常、难以预测、更加极端的天气气候事件，造成的社会影响越来越明显^[6,7]。因此，对全球变暖背景下极端气候事件的变化规律以及预估的研究，对极端降水事件进行模拟，对于预报和防范极端天气事件的发生，保障人民的生命财产安全，减少损失有着十分重要的科学意义和实际应用价值。

现有观测研究已经表明，无论是气温还是降水，由于各地的气候变率逐渐增加，极端天气气候事件的发生频率确实随之加大了^[8]。IPCC 第二、 第三次评估报告^[9]都用较大篇幅概括了极端温度和降水事件的观测研究成果。目前大多数学者通过对极端降水的观测研究指出，极端降水事件对于全球气候变化的响应十分敏感。在全球变暖背景下，总降水量增大的区域其强降水事件极可能有明显增加的趋势，即使平均总降水量减少或不变，也存在着强降水量及其频次的增加现象。Kharin et al.^[10]使用加拿大气候模拟和分析中心全球耦合模式CGCM2，对未来极端气候情景进行了预估，发现极端降水量增加的趋势明显超过平均降水量增加的趋势，21世纪末发生极端降水事件的频率将比本世纪初增加一倍。中国区域极端降水的变化趋势与全球极端降水的趋势基本相似，其主要特征是区域性和局地性比较明显^[11]。不少研究^[12-16]显示，中国区域的降水和极端降水对增暖具有很强的敏感性。随着全球变暖，中国区域平均降水显著增加，极端降水增多、强度增强。从空间分布上来看，在华南大部分地区将减少，而在其他地区有增加；在季节尺度上表现为降水变化与年平均降水量变化基本一致，主要是华南大部分地区降水减少而在其他地区有所增加；另一方面，各季节内降水变化幅度相比于年平均降水要明显大值。中国区域平均降水量在四个季节都有所增加，但春季增幅最大，夏季、秋季相对较小^[17]。随着极端降水事件对我国影响增加，中国近期众多相关预估研究工作已有了全面的展开。Qian等的研究发现，中国区域毛毛雨的显著减少可能与大尺度的增暖相关^[18]； Chen等利用多重GCMs模型和水文模型评估全球变暖1.5℃和2℃下长江流域上游河流流量变化^[19]；Guo 等利用CMIP5模型预估中国区域在8个全球变暖阈值下的热浪指数的变化；江志红等使用CMIP5多模式对中国极端降水进行了评估以及未来情景的预估^[20]；郎咸梅等对全球变暖2℃情景下中国平均气候和极端气候事件变化进行了预估^[21]。 然而，关于全球变暖1.5℃和2℃影响和差异以及半度额外增暖和预估影响的研究工作却很少，Lee 等^[22]利用5个全球气候模式对半度额外增暖对亚洲夏季降水特征的影响进行了研究，指出随着气候变暖，亚洲季风区域平均和极端降水量会增加，且半度额外增暖将会给亚洲带来更加频繁和强烈的极端降水事件。目前，半度额外增暖和预估影响计划（HAPPI）正在为加快1.5℃和2摄氏度影响和差异的研究开展大量的试验，一起为IPCC 1.5℃增暖特别报告提供依据，而针对相关输出资料的分析研究方面的工作仍在进一步进行。

本文基于NorEsm1-Happi全球气候模式的气候模拟数据，对中国地区5个极端降水指数在较工业前时期达到1.5℃和2℃全球增温时的响应进行了预估，对比1.5℃和2℃增温对中国区域极端降水的影响和差异。此外，还分析了对比增暖1.5℃和2℃时，半度额外增暖对中国区域极端降水的影响的区别。

2资料和方法

2.1资料简介

本文选用的模式资料是模拟全球相对于工业化前增温1.5℃和2℃条件下相关的风险影响的“半度额外增暖和预估影响计划”（the Half a degree Additional warming, Prognosis and Projected Impacts HAPPI）的NorESM1-Happi模式模拟的逐日降水资料，包括当前气候模拟数据（HIST），以及在1.5℃和2.0℃增温条件下的预估气候模拟数据（分别为Plus 15和Plus20），分为当前时段2006-2015年和预估时段2106-2115年。 为了为未来的气候谈判提供足够信息，UNFCCC（联合国气候变化框架公约）要求政府间气候变化专门委员会（IPCC）就增暖控制在1.5℃目标提交一份特别报告，该报告要求重点研究全球变暖1.5℃与2℃，以及额外增暖0.5℃的影响^[23]。在解决1.5℃和2℃对全球变暖影响的差异时，大多数对特定增温阈值的气候变化影响的预测使用了排放情景的模式输出，例如政府间气候变化专门委员会（IPCC）的评估报告中报道的“耦合模式比较计划”（CMIP）。但现有气候预测存在两个基本弱点^[24]，由于基于耦合模式比较项目第5阶段集合（CMIP5）的代表性集中途径（RCP）情景，在特定的阈值背景下进行平均变暖的模拟，但由于内部变率的影响，短时间平均期可能无法将变暖与平均气候变化强有力地联系起来，无法通过长期反馈获得对全球变暖的非线性响应^[25]。CMIP5实验的基本设计是将未来的气候条件作为对特定辐射强迫的瞬态响应，可能不适合评估气候对限制全球变暖1.5℃和2.0℃目标条件的响应^[26]。此外，CMIP5的小集合尺寸(lt;50个成员)是定量分析目标温度对天气和气候极值的影响的主要限制因素^[27]。在这方面，最近，在“半度额外增暖和预估影响计划”（HAPPI）项目下进行了新的大型集合（gt;100个成员）气候模式实验，这使得人们能够评估额外半度增温对于气候和极端天气事件的影响^[28]。模式具体信息如表2.1所示

表2.1 NorESM1-Happi 模式基本信息