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行业专项成果综述-面向IPCC AR5的中国区域气候模拟和预估研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/10/10 16:00:50   标签:   浏览次数:1108

项目编号GYHY200906020

研究周期200911—201210

国拨经费220万元

项目负责人】廖宏

项目骨干成员韩志伟、熊喆、丹利、张华、刘茜霞、李巧萍、刘海龙、刘煜、姜大膀

项目承担单位】中国科学院大气物理研究所

项目协作单位】国家气候中心、中国气象科学研究院

主要研究成果

本项目集成我国科学家自行发展的全球和区域地球系统模式,利用AR5最新排放清单进行气候模拟和预估研究。将分析评估AR5排放清单的特点及其在中国区域的代表性,进行IPCC AR5规定的模式比较试验,分析中国区域气候变化特征,并揭示地球生物化学过程在中国区域气候变化中所起的作用。项目取得了新的研究进展和成果,主要包括:

1)获得了四个RCP情景下(RCP2.6RCP4.5RCP6.0RCP8.5)从2000年至2050年每十年中国NOx, CO, NMVOCs的人为年排放量及变化趋势;发现RCP2.6RCP4.5RCP8.5情景下,在2000-2050期间除了NH3SO2NOxBCOC几个物种的排放都呈现类似的趋势,即排放峰值出现在20102020年左右,随后在2030–2050年期间排放呈现明显的下降趋势。RCP6.0情景下所有污染物的排放都保持增长的趋势。在所有的RCP情景下,NH3 排放在20002050期间保持增加的趋势,2050年中国地区NH3排放相对于2000增加了35-81%,主要是因为未来人口和粮食需求增加的结果。

2)发展了耦合气候系统模式FGOALS2,对平均气候态、季风和ENSO等的模拟能力相对FGOALS有明显改进,特别是对ENSO反馈过程的模拟能力居国际前列。FGOALS-g2FGOALS-s2均按照国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的要求,完成了工业革命前对照试验 500 年积分、20世纪历史气候模式试验、未来气候变化试验(包括典型浓度情景RCP2.6RCP4.5RCP8.5试验)、CO2加倍试验、AMIP试验等主要的模拟试验。对试验结果进行了系统的评估和分析,并按照CMIP5的要求对模式输出结果进行后处理和数据提交。

3)利用全球海气耦合模式( BCC-CM1) 单向嵌套区域气候模式( BCC-RegCM1. 0),在IPCC SRESA2 排放情景下,开展了2011-2030 年东北地区气候变化趋势的预估。利用区域气候耦合模式模拟研究了1980199020002050年中国地区气溶胶辐射强迫以及对区域气候的影响,发现气溶胶的气候效应表现出明显的年代际变化,总体上使气温降低,降水减少,1980-2000年气溶胶气候效应强度的变化与排放源的变化有一致性。2050年气溶胶辐射强迫减弱,其降温幅度小于8090年代,使北方降水减少,南方降水增加。

4)依据16个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1A1BA2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟试验结果,采用多模式集合方法预估了2℃全球变暖发生的时间、对应的大气中主要温室气体浓度及中国气候变化情况。

5)应用IPCC-AR5排放源驱动BCC_AGCM2.0.1+CUACE/Aero耦合模式系统研究全球大气气溶胶分布特征及辐射效应;定量表达了我国植被排放VOCs的排放量,获得了我国臭氧和PM2.5的年际变化特点及其与东亚夏季风的关系,明确了全球变暖对PM2.5浓度的影响,表明在地球系统模式中考虑污染物-气候相互作用的重要性,有助于我国地球系统模式的发展完善。

6)分析了CMIP5模式对全球海冰的厚度、密集度以及速度的模拟结果,包括IPSL-CM5A-LRCNRM-CM5NorESM1-MBCC-CSM的原始模拟结果,并与观测资料做了对比分析,发现模式间存在着较大的差异,特别是对两极海冰面积年际变化的模拟上,存在着很大的差别。开展了多模式集合方法的研究,根据最优化方法提出了一个获取各模式权重的思路。

成果应用情况

1)在气候系统模式研发和应用方面,在物理气候系统模式 FGOALS1 基础上研发了新版本 FGOALS2 以及地球系统模式的初始版本 FGOALS-ESM,参与了第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)。 国际上参与 CMIP5 的模式研发机构总共有 21 家,其中大气物理研究所是国内唯一、国际上 11 家同时自主研发大气、海洋和耦合模式的研究机构之一,同时也是利用自主研发的气候模式在过去 20 年连续参加历次 CMIP 国际计划、并被政府间气候变化专门委员会(IPCC)科学评估报告引用的 9 家研究机构之一(美国 3、日本2,德国、英国、法国、中国各1)。 FGOALS2 整体性能与国际同类模式相当,其对最典型的海气相互作用现象ENSO的模拟能力被国外学者誉为国际上最好的模式之一。

2)项目研究成果(模式模拟结果、辐射强迫值的估算等)被IPCC AR5广泛引用,IPCC AR5报告106处引用IAP模拟结果。

3)通过 FGOALS 数值试验以及与CMIP5其他模式结果的对比分析,定量分析了人类活动排放的温室气体、气溶胶和气候系统自然变率对热带海温和东亚季风长期变化的不同贡献及其物理机制,为国家应对气候变化政策制定和气候变化外交谈判提供科学支撑。

4)以 FGOALS为实验平台,为气候可预报性、高原和季风、年代际气候变化预测和极端事件等研究提供数值模拟支撑。

    (5 FGOALS为国家重大科学计划提供模式支撑。过去5年已经有16973 项目、1863项目、1项科技支撑项目和2项战略先导项目直接利用FGOALS耦合模式或者分量模式进行科学研究。

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