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中国科学家提高亚非季风区夏季降水预估可靠性
据了解,适应和减缓气候变化需要利用气候模式进行未来变化预估。

  记者从中国科学院大气物理研究所(中科院大气所)获悉,该所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)科研团队研究发现国际上现行的最新气候模式过高预估了未来亚非季风区的夏季降水和总径流量的增幅,他们研发设计出一种基于观测数据的、物理意义清晰的“萌现约束”方法,利用该方法对国际上最新的气候模式预估结果进行约束校正后,亚非季风区的区域平均降水增幅只有原始结果的约70%,堪称有效压缩掉原预估结果三成“水分”。

  中国科学家这项显著提高气候变化模式预估结果精准性的科研成果论文,北京时间5月10日下午在国际学术期刊《自然-通讯》上线发表,为国际社会气候变化领域交流合作、相关国家和地区政府决策、学界后续研究等提供重要参考。

  论文通讯作者、中科院大气所周天军研究员介绍说,亚非季风系统是全球季风系统的重要组成部分,包括东亚、南亚和西非季风。亚非季风区数十亿人口的水资源来自夏季风降水。亚非季风的未来变化,将会对水资源和粮食产量造成显著影响。因此,准确预估亚非季风区的降水变化,对于开展气候变化影响和适应评估、制定减缓策略等至关重要。

  他指出,“政府间气候变化专门委员会”(IPCC)第六次评估报告指出在不同的排放情景下,未来亚非季风区的降水将普遍增多,但是受模式对温室气体的敏感度等偏差的影响,预估结果尚存在较大的不确定性。为此,中科院大气所科研团队发展了一种适用于亚非季风降水的“萌现约束”技术,基于多套可靠的观测资料,对现行最新的国际“耦合模式比较计划第六阶段”(CMIP6)模式的预估结果进行约束校正,显著提高了亚非季风区夏季降水预估结果的可靠性。

  论文第一作者、中科院大气所博士生陈梓明说,科研团队研究发现,在两种分别代表高碳排放和中等碳排放强度的共享社会经济路径下,CMIP6模式对亚非季风区夏季降水中长期(2050-2099年)变化的预估不确定性,主要与历史升温空间分布的模拟偏差有关:气候敏感度越高的模式,其历史气候模拟中北半球的升温幅度比南半球越强,对应的亚非季风环流的变化也越强,预估的未来季风降水变化的增幅也越大。

  科研团队进一步基于观测数据,通过半球间热力差这一指标来对夏季降水预估结果进行约束校正,发现原始的CMIP6模式显著高估了亚非季风区夏季降水的增幅,而采用约束校正后,预估的亚非季风区平均降水未来(2050-2099年)较之参考态(1965–2014年)的增幅仅是CMIP6模式原始结果的70%,减少最大的是西非季风区,约为原始值的49%,东亚季风区的预估结果“缩水”幅度约为30%。

  陈梓明称,降水变化还影响到径流量的变化。基于降水和总径流量之间的联系,科研团队利用约束后的降水预估数据来估算总径流量的变化,发现未来总径流量显著增多的区域面积占比仅为原始结果的66%,其中受影响最大的是西非季风区。

  周天军认为,他们的研究表明,受气候模式在增暖空间型模拟上的偏差影响,国际上现行最新的气候模式普遍高估了未来亚非季风区降水的变化,通过“萌现约束”后的预估结果表明,亚非季风区的降水和总径流量增加不像原始结果那么强烈,但由于总径流量与可用水资源直接相关,这也给水资源管理提出新的问题,特别是在观测中西非和南亚季风区的降水在过去几十年表现出显著减少趋势的背景下。

  据了解,适应和减缓气候变化需要利用气候模式进行未来变化预估。基于“一人一票”的“模式民主”原则进行多模式集合(MME),是包括IPCC科学评估报告在内的科学界常用的方法。但是,这种方法在应用于最新的、以CMIP6为代表的气候模式时面临挑战,原因是受气候系统复杂过程的参数化中存在的不确定性因素影响,最新的气候模式许多存在“对温室气体的敏感度过高”、“模拟的温度变化过热”等问题,这会造成对未来气候变化影响风险的高估。

  为解决这些问题,IPCC第六次评估报告针对全球平均温度等的预估提出了基于观测证据对CMIP6结果进行约束的技术。不过,如何在区域尺度上解决CMIP6模式气候敏感度过高所造成的预估偏差问题,科学界尚没有统一的、行之有效的方法,中科院大气所科研团队研发设计的“萌现约束”方法,有望为解决季风区的预估偏差问题提供一种重要途径和参考。

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