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行業專項成果綜述-面向IPCC AR5的中國區域氣候模擬和預估研究

發布者:張岳   來源:   發布時間:2019/10/10 16:00:50   標簽:   瀏覽次數:1681

項目編號GYHY200906020

研究周期200911—201210

國撥經費220萬元

項目負責人】廖宏

項目骨干成員韓志偉、熊喆、丹利、張華、劉茜霞、李巧萍、劉海龍、劉煜、姜大膀

項目承擔單位】中國科學院大氣物理研究所

項目協作單位】國家氣候中心、中國氣象科學研究院

主要研究成果

本項目集成我國科學家自行發展的全球和區域地球系統模式,利用AR5最新排放清單進行氣候模擬和預估研究。將分析評估AR5排放清單的特點及其在中國區域的代表性,進行IPCC AR5規定的模式比較試驗,分析中國區域氣候變化特征,并揭示地球生物化學過程在中國區域氣候變化中所起的作用。項目取得了新的研究進展和成果,主要包括:

1)獲得了四個RCP情景下(RCP2.6RCP4.5RCP6.0RCP8.5)從2000年至2050年每十年中國NOx, CO, NMVOCs的人為年排放量及變化趨勢;發現RCP2.6RCP4.5RCP8.5情景下,在2000-2050期間除了NH3SO2NOxBCOC幾個物種的排放都呈現類似的趨勢,即排放峰值出現在20102020年左右,隨后在2030–2050年期間排放呈現明顯的下降趨勢。RCP6.0情景下所有污染物的排放都保持增長的趨勢。在所有的RCP情景下,NH3 排放在20002050期間保持增加的趨勢,2050年中國地區NH3排放相對于2000增加了35-81%,主要是因為未來人口和糧食需求增加的結果。

2)發展了耦合氣候系統模式FGOALS2,對平均氣候態、季風和ENSO等的模擬能力相對FGOALS有明顯改進,特別是對ENSO反饋過程的模擬能力居國際前列。FGOALS-g2FGOALS-s2均按照國際耦合模式比較計劃第五階段(CMIP5)的要求,完成了工業革命前對照試驗 500 年積分、20世紀歷史氣候模式試驗、未來氣候變化試驗(包括典型濃度情景RCP2.6RCP4.5RCP8.5試驗)、CO2加倍試驗、AMIP試驗等主要的模擬試驗。對試驗結果進行了系統的評估和分析,并按照CMIP5的要求對模式輸出結果進行后處理和數據提交。

3)利用全球海氣耦合模式( BCC-CM1) 單向嵌套區域氣候模式( BCC-RegCM1. 0),在IPCC SRESA2 排放情景下,開展了2011-2030 年東北地區氣候變化趨勢的預估。利用區域氣候耦合模式模擬研究了1980199020002050年中國地區氣溶膠輻射強迫以及對區域氣候的影響,發現氣溶膠的氣候效應表現出明顯的年代際變化,總體上使氣溫降低,降水減少,1980-2000年氣溶膠氣候效應強度的變化與排放源的變化有一致性。2050年氣溶膠輻射強迫減弱,其降溫幅度小于8090年代,使北方降水減少,南方降水增加。

4)依據16個氣候模式在20世紀氣候模擬試驗和SRES B1A1BA2溫室氣體和氣溶膠排放情景下的數值模擬試驗結果,采用多模式集合方法預估了2℃全球變暖發生的時間、對應的大氣中主要溫室氣體濃度及中國氣候變化情況。

5)應用IPCC-AR5排放源驅動BCC_AGCM2.0.1+CUACE/Aero耦合模式系統研究全球大氣氣溶膠分布特征及輻射效應;定量表達了我國植被排放VOCs的排放量,獲得了我國臭氧和PM2.5的年際變化特點及其與東亞夏季風的關系,明確了全球變暖對PM2.5濃度的影響,表明在地球系統模式中考慮污染物-氣候相互作用的重要性,有助于我國地球系統模式的發展完善。

6)分析了CMIP5模式對全球海冰的厚度、密集度以及速度的模擬結果,包括IPSL-CM5A-LRCNRM-CM5NorESM1-MBCC-CSM的原始模擬結果,并與觀測資料做了對比分析,發現模式間存在著較大的差異,特別是對兩極海冰面積年際變化的模擬上,存在著很大的差別。開展了多模式集合方法的研究,根據最優化方法提出了一個獲取各模式權重的思路。

成果應用情況

1)在氣候系統模式研發和應用方面,在物理氣候系統模式 FGOALS1 基礎上研發了新版本 FGOALS2 以及地球系統模式的初始版本 FGOALS-ESM,參與了第五次國際耦合模式比較計劃(CMIP5)。 國際上參與 CMIP5 的模式研發機構總共有 21 家,其中大氣物理研究所是國內唯一、國際上 11 家同時自主研發大氣、海洋和耦合模式的研究機構之一,同時也是利用自主研發的氣候模式在過去 20 年連續參加歷次 CMIP 國際計劃、并被政府間氣候變化專門委員會(IPCC)科學評估報告引用的 9 家研究機構之一(美國 3、日本2,德國、英國、法國、中國各1)。 FGOALS2 整體性能與國際同類模式相當,其對最典型的海氣相互作用現象ENSO的模擬能力被國外學者譽為國際上最好的模式之一。

2)項目研究成果(模式模擬結果、輻射強迫值的估算等)被IPCC AR5廣泛引用,IPCC AR5報告106處引用IAP模擬結果。

3)通過 FGOALS 數值試驗以及與CMIP5其他模式結果的對比分析,定量分析了人類活動排放的溫室氣體、氣溶膠和氣候系統自然變率對熱帶海溫和東亞季風長期變化的不同貢獻及其物理機制,為國家應對氣候變化政策制定和氣候變化外交談判提供科學支撐。

4)以 FGOALS為實驗平臺,為氣候可預報性、高原和季風、年代際氣候變化預測和極端事件等研究提供數值模擬支撐。

    (5 FGOALS為國家重大科學計劃提供模式支撐。過去5年已經有16973 項目、1863項目、1項科技支撐項目和2項戰略先導項目直接利用FGOALS耦合模式或者分量模式進行科學研究。

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