【摘 要】
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随着全球快速增暖和人类活动加剧,区域尺度气候环境变化的响应敏感且复杂。中国北方地区水资源短缺,生态环境脆弱,迫切需要高精度高信度的区域气候变化信息,为应对和缓解未来气候变暖提供参考思路。本文利用南京信息工程大学地球系统模式（NESM）驱动的WRF（Weather Research and Forecast）区域气候模式,针对全球1.5℃与2℃增温阈值和增温路径预估未来中国北方地区的区域气候变化,明
【基金项目】
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江志红教授主持的国家重点研发计划“全球增暖 1.5℃下东亚气候系统的响应及其情景预估”（2017YFA0603803）
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随着全球快速增暖和人类活动加剧,区域尺度气候环境变化的响应敏感且复杂。中国北方地区水资源短缺,生态环境脆弱,迫切需要高精度高信度的区域气候变化信息,为应对和缓解未来气候变暖提供参考思路。本文利用南京信息工程大学地球系统模式（NESM）驱动的WRF（Weather Research and Forecast）区域气候模式,针对全球1.5℃与2℃增温阈值和增温路径预估未来中国北方地区的区域气候变化,明确不同增温阈值和路径对中国区域气候变化的影响特征,围绕北方干旱、半干旱和半湿润三个子区域内气候场和水分能量收支对全球升温阈值和路径的响应差异展开分析,并基于水汽收支诊断分析未来北方地区的干湿变化特征及其主导因子贡献。主要结论如下:（1）利用观测和再分析数据集评估NESM模式和WRF动力降尺度结果对中国及北方地区气候的模拟能力,发现WRF相较NESM能更好地刻画北方地区温度和降水的区域分布特征,与观测有更好的相关和较小的均方根误差。同时WRF能较好地模拟蒸发和径流的空间分布,改善NESM模拟的水分能量收支分量的季节变化。总体而言WRF模式对中国及北方地区的模拟性能可靠。（2）通过WRF降尺度结果分析全球1.5℃与2℃增温下中国及北方区域气候的响应特征发现,相比1985-2014年,稳定增温1.5℃情景下中国夏季温升幅度由北向南递减,北方大部分地区温升超过1.6℃,地表接收净辐射增加0.6%。中国大部分区域降水增加,西北干旱区显著增加20%以上,半干旱和半湿润区增加幅度相对较小,普遍不超过10%。降水与水分收支分量有基本一致的空间变化分布,并控制地表向大气输送热量的形式由干旱区的感热通量向半湿润区的潜热通量转变。额外增温0.5℃下塔里木盆地、青藏高原南部和江淮地区出现超过0.7℃的变暖中心,水汽增加有利于降水进一步增加约10%。北方大部分地区净辐射和感热通量减少,潜热通量增加。相比稳定增温2℃情景,瞬变增温路径达到2℃阈值时温升幅度在中国东北地区显著上升,其余地区略有下降,降水增幅在空间上非均匀变化,西风急流的南移和强度整体减弱可能是造成不同增温路径下降水变化差异的原因之一。（3）针对稳定增温1.5℃和2℃情景分析中国北方干旱至半湿润区夏季干湿变化的响应机制。北方地区气候干湿变化的空间分布受降水影响,降水减蒸发的增幅随增温阈值的升高而增加,空间上自西向东减少。水汽收支诊断分析显示,稳定增温1.5℃下热力项主导干旱区内降水减蒸发的增加,半干旱区由动力项主导。半湿润区的干湿变化主要来自降水的减少和蒸发的增强,对应动力项的减小。增温阈值达到2℃时整个北方地区降水减蒸发的增加以热力项贡献为主,对应增暖气候下水汽的增加。增温情景下土壤湿度增加使得蒸发增强,低层水汽增加,有利于气候向更湿润状况变化,局地陆气耦合增强也将增加大气水汽含量。急流经向位置和季风强度的变化将影响低层纬向风及风场的辐合辐散对北方地区的水汽输送和动力条件,从而影响降水和干湿气候变化。
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