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气候变暖背景下,日趋频繁的极端气候事件引起了各国政府、学术界和社会公众的广泛关注。科学评估长江流域极端气候变化并进行未来趋势预测对我国防灾减灾、生态文明建设以及经济社会可持续发展具有重要的指导意义。本文以长江流域为研究对象,基于实测气象数据和未来气候情景数据,研究了过去1960-2012年平均气温、降水量的变化趋势和空间分布;采用国际上通用的26个极端气候指标,重点揭示了极端温度和降水事件在整个流域及6个子区域的变化特征,阐明了极端气候指标变化趋势对经度、纬度和海拔的响应特征;基于区域气候模式Reg CM4.0单向嵌套全球气候模式BCC_CSM1.1,预测了RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下2020-2099年平均气温、降水量和极端气候事件的变化趋势。主要结论如下:(1)1960-2012年期间,长江流域年和四季平均气温均表现出显著上升趋势,冬、春季增温最明显,变化幅度分别为0.21和0.23°C/10a。在空间分布上,青藏高原东部和长江中下游北部地区增温最明显,而夏季平均气温在长江中东北部地区有变凉的趋势。期间年均降雨量和汛期降雨量变化趋势不明显,而四季变化相对明显,夏季和冬季降雨量的变化呈增加趋势,分别增加了9.91和3.83 mm/10a,而春季和秋季降雨量表现出下降趋势,分别下降5.64和8.21 mm/10a。在空间分布上,年均降水量和汛期降水量在青藏高原东部和长江中下游大部分地区表现出增加趋势,而在其它地区则表现出下降趋势。春季降水量在长江中下游地区的减少趋势较明显,但青藏高原东部地区却表现出明显的上升趋势;夏冬两季降雨量增加最显著的地区主要位于长江中下游地区;秋季降雨量在长江流域大部分地区均表现出比较一致的下降趋势。(2)长江流域所有极端温度指标均表现出显著变暖趋势,尤其是20世纪80年代中期以后的变暖更加明显。夜指标的增温速率明显大于昼指标的增温速率,说明夜指标对气候变化的响应较为敏感。其中,冷夜日数(TN10P)、冷昼日数(TX10P)、霜冻天数(FD)、冰冻天数(ID)和冷期(CSDI)分别以-3.45、-1.03、-3.04、-0.42、-1.60 days/10a的趋势减少,而暖夜日数(TN90P)、暖昼日数(TX90P)、夏日天数(SU)、夏夜天数(TR)和暖期(WSDI)分别以2.95、1.71、2.16、1.05和0.73 days/10a的速率增加。日最低气温的最小值(TNn)、日最低气温的最大值(TNx)、日最高气温的最小值(TXn)和日最高气温的最大值(TXx)分别以0.42、0.18、0.28和0.14°C/10a的速率增加,而气温日较差(DTR)则以0.09°C/10a的速率下降。在空间分布上,大部分极端温度指标在青藏高原东部和长江中下游北部的变暖最明显。极端温度指标变化趋势与海拔和经度显著相关。当海拔>350 m或经度≤112°时,极端温度指标的变暖速率随海拔高度的增加或经度的减少而增大;当海拔≤350 m或经度>112°时,极端温度指标的变暖速率随海拔高度的降低或经度的增加而增加。冷指标的变暖速率随纬度的升高而增大。(3)尽管总降雨量(PRCPTOT)在过去53年无明显变化趋势,但降雨强度(SDII)、极端降雨量(R95p TOT)、极端强降雨量(R99p TOT)、最大一天降雨量(RX1day)、连续五天最大降雨量(RX5day)均表现出显著增加趋势,其增加速率分别为40.15、7.78、6.59、1.43和1.47 mm/10a,尤其在长江中下游地区的增加幅度最明显。低强度(R10mm)和中等强度降雨天数(R20mm)的减少是导致长江中西北部、中东北部和中南部干旱化的主要原因。极端降水指标的变化趋势与海拔和经度显著相关,尤其是当海拔≤500 m或经度>105°时,大部分极端降水指标变化趋势随海拔高度的降低或经度的增加而增大。(4)区域气候模式Reg CM4.0单向嵌套全球气候模式BCC_CSM1.1对长江流域1960-2005年平均气温和降水量均具有一定的模拟能力,但在青藏高原东部地区的模拟误差相对较大。2020-2099年,长江流域年均气温在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加1.53和2.21°C,增温幅度表现出北高南低的空间差异。未来平均降水量的变化表现出明显的波动特征,而RCP4.5情景下年均降水量在2020-2034年的增加趋势较为明显。RCP4.5情景下,降雨量在长江上游以上升趋势为主,在中下游地区则以下降趋势为主;RCP8.5情景下,长江中下游大部分地区的年均降水量均表现出增加趋势,而在长江上游大部分地区则表现出下降趋势。(5)除青藏高原东部地区以外,气候模式对长江流域极端温度和极端降水事件皆有一定的模拟能力。两种排放情景下,2020-2099年FD、SU、TNn和TXx均表现出显著变暖趋势,尤以RCP8.5情景下的增温趋势更明显,变化幅度依次为-1.44、4.48 days/10a和0.44、0.47°C/10a。DTR在2020-2059年的上升趋势更加显著,RCP4.5和RCP8.5情景下分别为0.02和0.04°C/10a。在空间分布上,两种情景下极端温度指标在长江流域6个子区域均表现出比较一致的变暖趋势,但变化幅度存在明显的区域差异。FD、SU、TNn和TXx的变化趋势较大的地区分别是青藏高原东部、长江中南部、青藏高原东部和长江中东北部。DTR在长江中东北部和中下游南部的增加趋势最明显。RCP4.5情景下,极端降水指标在2020-2059年有所增强,尤其是2020-2034年的增加趋势更为明显,未来15年长江流域洪涝风险更高。极端降水事件的发生表现出很强的区域性特点,即RCP4.5情景下,R95p TOT和SDII在长江中下游北部地区表现出显著下降趋势,而在长江中下游南部地区则表现出显著上升趋势,变化幅度分别为4.40和13.63 mm/10a;RX1day和RX5day在长江中西北部和长江中下游南部地区均表现出减少趋势,其余地区则以增加趋势为主。RCP8.5情景下,各极端降水指标在2020-2099年均表现出微弱增加趋势,而以长江中下游地区的增加趋势最明显。