基于CMIP6 模式對(duì)云南2023—2060 年氣溫及降水變化的預(yù)估

楊婧雯，何 燕，李 蒙

（1.云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034；2.云南省氣候中心，云南 昆明 650034）

0 引言

氣候變化是目前各國(guó)政府機(jī)構(gòu)和科研工作者共同關(guān)注的重大問(wèn)題[1]。2022年8月中國(guó)氣象局發(fā)布的《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書(shū)（2022）》顯示全球變暖趨勢(shì)仍在持續(xù)，中國(guó)升溫速率高于同期全球平均水平，是全球氣候變化的敏感區(qū)，年降水量呈增加趨勢(shì)，降水變化區(qū)域間差異明顯[2]。云南省1958—2017年的歷史氣溫呈上升趨勢(shì)，年降水量呈周期性的波動(dòng)變化，略有增加趨勢(shì)[3]。徐用兵等人通過(guò)分析1960—2015年云省極端氣候指數(shù)變化情況發(fā)現(xiàn)云南省有變干和變暖的趨勢(shì)[4]。氣候變化可能會(huì)對(duì)人類(lèi)生活、農(nóng)業(yè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面產(chǎn)生影響[5-6]，并且在中國(guó)提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和后，氣候變化與“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)息息相關(guān)，《應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告（2022）：落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的政策和實(shí)踐》中指出2022年夏季罕見(jiàn)的持續(xù)高溫干旱正警示我們，適應(yīng)氣候變化、提升應(yīng)對(duì)極端天氣氣候事件風(fēng)險(xiǎn)能力變得極其重要和緊迫[7]。而全球氣候模式是研究氣候系統(tǒng)變化機(jī)理和預(yù)估氣候系統(tǒng)未來(lái)變化的重要工具[8]，國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP）的模式結(jié)果直接支撐了政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）評(píng)估報(bào)告的撰寫(xiě)[9]。CMIP6是CMIP計(jì)劃實(shí)施20多年來(lái)，參與的模式數(shù)量最多、設(shè)計(jì)的科學(xué)試驗(yàn)最為完善、所提供的模擬數(shù)據(jù)最為龐大的一次[9]。萬(wàn)梓文[10]等人通過(guò)對(duì)比分析CMIP5和CMIP6模擬的歷史大氣層頂和地表輻射收支的年際變化和空間分布發(fā)現(xiàn)CMIP6的輻射分量在多模式間的一致性較CMIP5有所提高。Zhu[11]等人的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于中國(guó)極端氣候的預(yù)測(cè)CMIP6模擬結(jié)果相較CMIP5模型表現(xiàn)更好。王予[8]等人的研究發(fā)現(xiàn)在中國(guó)地區(qū)CMIP6相較于CMIP5對(duì)極端降水的模擬能力總體上有提升，因此采用CMIP6模式對(duì)云南未來(lái)氣溫及降水進(jìn)行預(yù)測(cè)研究極為重要，這將有助于云南地區(qū)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、水資源利用及實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的相關(guān)研究。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法介紹

1.1 研究區(qū)概況

云南省位于中國(guó)西南地區(qū)，經(jīng)緯度為21°8′32″～29°15′8″N，97°31′39″～106°11′47″E，全省面積約為39.41萬(wàn)km2。屬于山地高原地形，氣候以亞熱帶為主，年溫差小，日溫差大，干濕季節(jié)分明[12]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

預(yù)估數(shù)據(jù)采用CMIP6全球模式在SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5情景下25個(gè)全球模式的模擬數(shù)據(jù)，其中SSP-RCPs多情景預(yù)估數(shù)據(jù)是由社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景和氣候情景共同構(gòu)成的新情景[13-15]，將25個(gè)模式云南區(qū)域的格點(diǎn)數(shù)據(jù)采用雙線(xiàn)性插值法插值到125個(gè)站點(diǎn)上，氣溫插值時(shí)進(jìn)行了地形校正，即數(shù)據(jù)插值前，根據(jù)每一個(gè)模式的地形高度資料和溫度直減率推算海平面上的氣溫值，然后進(jìn)行插值，插值以后根據(jù)125個(gè)站點(diǎn)的海拔高度數(shù)據(jù)利用溫度直減率計(jì)算地形校正結(jié)果，大氣溫度直減率取0.65℃/（100 m）。參考周天軍[16]等的研究，未來(lái)變化是相較于1995—2014年氣候時(shí)段的距平或距平百分率，預(yù)估時(shí)段為2023—2060年，其中1995—2014年氣候數(shù)據(jù)由云南省氣候中心提供。

表1 25個(gè)CMIP6全球氣候模式的基本信息

為了挑選出CMIP6系列模式中對(duì)云南區(qū)域模擬能力較好的模式數(shù)據(jù)，計(jì)算并繪制了25個(gè)模式1—12月平均氣溫與觀(guān)測(cè)值的泰勒?qǐng)D，發(fā)現(xiàn)模式間存在一定的模擬差異，且對(duì)氣溫的模擬優(yōu)于降水。模式模擬1—12月逐月氣溫與觀(guān)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)均＞0.95，均方根誤差在0.3以?xún)?nèi)，模擬的1—12月逐月降水與觀(guān)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)均＞0.9，均方根誤差在0.6以?xún)?nèi)。綜合25個(gè)模式對(duì)云南區(qū)域降水和氣溫的模擬檢驗(yàn)，挑選出了模擬效果較好的5個(gè)模式做集合平均來(lái)分析，分別是MIROC-ES2L、IPSLCM6A-LR、NorESM2-MM、HadGEM3-GC31-LL、EC-Earth3。

圖1 1995—2014年平均1—12月的泰勒?qǐng)D，降水量（上），平均氣溫（下）

表2 SSP-RCPs情景介紹

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫的時(shí)間變化預(yù)估

云南區(qū)域平均氣溫在SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5三種排放情景下均為升高的趨勢(shì)。其中SSP1-2.6情境下升高的速率為0.18℃/10 a；其在2053年以后升溫穩(wěn)定維持在1.5℃以?xún)?nèi)；在中國(guó)所提出的“碳達(dá)峰碳中和”的關(guān)鍵年份2030和2060年，全省平均氣溫分別為17.2℃和17.8℃；在2030年及2060年夏季NorESM2-MM模式預(yù)估的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最高的，分別為24.1℃及24.2℃，MIROC-ES2L模式下預(yù)估出的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最低的，分別為20.6℃及21.2℃；在2030年及2060年冬季MIROCES2L模式預(yù)估的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最高的，分別為11.1℃及12℃，IPSL-CM6A-LR模式下預(yù)估出的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最低的，分別為8℃及9.3℃。SSP2-4.5情景下云南區(qū)域平均氣溫升高速率為0.4℃/10 a，到2060年，云南區(qū)域平均氣溫升高2℃左右；2030和2060年全省平均氣溫分別為17.2℃和18.5℃；在2030年及2060年夏季NorESM2-MM模式預(yù)估的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最高的，分別為23.9℃及24.2℃，MIROC-ES2L模式下預(yù)估出的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最低的，分別為20℃及22.3℃。在2030年及2060年冬季MIROC-ES2L模式預(yù)估的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最高的，分別為11.4℃及14℃，IPSL-CM6A-LR模式下預(yù)估出的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最低的，分別為9.4℃及10℃。SSP5-8.5情境下升高的速率最大，為0.58℃/10 a；2030和2060年全省平均氣溫分別為17.4℃和19.1℃；在2030年及2060年夏季NorESM2-MM模式預(yù)估的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最高的，分別為23.6℃及25℃，MIROC-ES2L模式下預(yù)估出的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最低的，分別為20.5℃及21.7℃；在2030年冬季MIROC-ES2L模式預(yù)估的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最高的，為12.5℃，2060年冬季HadGEM3-GC31-LL模式預(yù)估的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最高的，為13.8℃，2030年及2060年IPSL-CM6A-LR模式下預(yù)估出的全省平均氣溫為五種模式中預(yù)估值最低的，分別為9.3℃及10℃。

2.2 氣溫的空間變化預(yù)估

云南平均氣溫距平空間分布均為正距平，即在三種排放情景下，云南氣溫均為升高的變化趨勢(shì)。2023—2030年三種排放情景下，全省大部分地區(qū)溫度升高0.5~0.9℃，東部氣溫升高的幅度大于中西部。SSP1-2.6情境下昭通、曲靖、文山及紅河地區(qū)氣溫升高為0.9℃左右；SSP2-4.5及SSP5-8.5情景下昭通地區(qū)氣溫升高為0.9℃左右。2031—2060年，在SSP1-2.6情景下東部地區(qū)升溫幅度大于中西部地區(qū)，東部升溫為1.3~1.5℃，中西部地區(qū)升溫為1.1~1.3℃；SSP2-4.5情境下升溫幅度要高于SSP1-2.6情景，其中東部升溫1.5~1.7℃，中西部升溫1.3~1.5℃；SSP5-8.5情景下升溫幅度最大，東部升溫1.9~2.1℃，中西部大部地區(qū)升溫1.7~1.9℃。

圖2 不同SSPs排放情境下2023—2060年云南區(qū)域平均氣溫距平

2.3 降水的時(shí)間變化預(yù)估

2023—2060年云南區(qū)域降水距平百分率變化總體在正負(fù)10%之間。SSP1-2.6情景下，云南區(qū)域降水為增加趨勢(shì)，增加的速率為0.7 mm/10 a；在“碳達(dá)峰碳中和”的關(guān)鍵年份2030及2060年全省降水量分別為1593.1 mm及1765.4 mm；其中2030及2060年夏季在MIROC-ES2L模式下所預(yù)估的降水量最大，分別為1155.6 mm及1026 mm；在NorESM2-MM模式下所預(yù)估的降水量最小，分別為581.4 mm及698.4 mm；2030年冬季在HadGEM3-GC31-LL模式下所預(yù)估的降水量最大，為112.6 mm；2060年冬季在IPSL-CM6A-LR模式下所預(yù)估的降水量最大，為224.2 mm；2030及2060年冬季在NorESM2-MM模式下所預(yù)估的降水量最小，分別為34.7 mm及47.4 mm。SSP2-4.5情景下，云南區(qū)域降水為減少的變化趨勢(shì)，減少的速率為0.17 mm/10 a，2030及2060年全省降水量分別為1643.6 mm及1732.1 mm；其中2030年夏季在MIROC-ES2L模式下所預(yù)估的降水量最大，為1105.9 mm；2060年夏季在NorESM2-MM模式下所預(yù)估的降水量最大，為1190 mm；2030及2060年夏季在IPSL-CM6A-LR模式下所預(yù)估的降水量最小，分別為692.3 mm及645.9 mm；2030年冬季在HadGEM3-GC31-LL模式下所預(yù)估的降水量最大，為157.3 mm；2060年冬季在IPSL-CM6A-LR模式下所預(yù)估的降水量最大，為142.1 mm；2030年冬季在NorESM2-MM模式下所預(yù)估的降水量最小，為70 mm；2060年冬季在EC-Earth3模式下所預(yù)估的降水量最小，為79.6 mm。SSP5-8.5情景下，云南區(qū)域降水量為增加的變化趨勢(shì)，增加的速率為1.7 mm/10 a；2030及2060年全省降水量分別為1645.3 mm及1603.4 mm；其中2030年夏季在MIROC-ES2L模式下所預(yù)估的降水量最大，分為1111.2 mm；2060年夏季在HadGEM3-GC31-LL模式下所預(yù)估的降水量最大，為1036.1 mm；2030及2060年夏季在IPSL-CM6A-LR模式下所預(yù)估的降水量最小，分別為669.8 mm及683.1 mm；2030年冬季在MIROC-ES2L模式下所預(yù)估的降水量最大，為146.2 mm；2060年冬季在HadGEM3-GC31-LL模式下所預(yù)估的降水量最大，為167 mm；2030及2060年冬季在NorESM2-MM模式下所預(yù)估的降水量最小，分別為39.4 mm及50.4 mm。

圖3 不同SSPs排放情境下2023—2060年云南平均氣溫距平空間變化

2.4 降水的空間變化預(yù)估

圖4 不同SSPs排放情境下2023—2060年云南區(qū)域平均降水距平百分率

從空間分布來(lái)看，在2023—2030年SSP1-2.6情景下全省大部地區(qū)降水都是負(fù)距平，降水減少最明顯的區(qū)域主要為西部的大理、保山、德宏及臨滄，東北部的昭通降水距平為正值，表現(xiàn)為降水增加；SSP2-4.5情景下降水減少最明顯的為大理，東部地區(qū)降水表現(xiàn)為增加，其中昭通、文山增加最為明顯；SSP5-8.5情景下西雙版納、普洱、紅河、文山降水增加最為明顯，大理、保山、德宏、怒江及麗江部分地區(qū)降水表現(xiàn)為減少。2031—2060年SSP1-2.6情景下全省降水表現(xiàn)為增加，東部地區(qū)降水增加比中西部地區(qū)明顯，其中文山、昭通的降水增加最為明顯；SSP2-4.5情景下東部及南部地區(qū)降水表現(xiàn)為增加，其中昭通降水增加最為明顯，中西部地區(qū)降水表現(xiàn)為減少，其中保山減少最為明顯；SSP5-8.5情景下西北部地區(qū)降水減少，其他地區(qū)增加，增加明顯的區(qū)域均分布在東北部和南部。

圖5 不同SSPs排放情境下2023—2060年云南降水距平百分率空間變化

3 結(jié)論

（1）對(duì)于云南氣溫變化情況，在SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5三種排放情景下云南2023—2060年的平均氣溫均為升高的趨勢(shì)，其中SSP5-8.5情境下升高速率最大為0.58℃/10 a，SSP1-2.6情境下升高速率最小，為0.81℃/10 a，SSP2-4.5情景下云南區(qū)域平均氣溫升高速率為0.4℃/10 a。

（2）氣溫變化情況從空間區(qū)域變化來(lái)看，2023—2030年SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5三種排放情景下，云南省大部分地區(qū)溫度升高0.5~0.9℃，東部氣溫升高的幅度大于中西部。在2031—2060年，SSP1-2.6情景下中西部溫度升高1.1~1.3℃，東部升溫1.3~1.5℃。SSP2-4.5情景下，中西部升溫1.3~1.5 ℃，東部升溫1.5~1.7℃。SSP5-8.5情景下，中西部大部地區(qū)升溫1.7~1.9℃，東部升溫1.9～2.1℃。

（3）對(duì)于云南降水變化情況，在SSP1-2.6情景下，降水為增加趨勢(shì)，增加的速率為0.7 mm/10 a，SSP2-4.5情景下，降水為減少的變化趨勢(shì)，減少的速率為0.17 mm/10 a，SSP5-8.5情景下，降水量為增加的變化趨勢(shì)，增加的速率為1.7 mm/10 a。

（4）降水變化情況從空間區(qū)域變化來(lái)看，在SSP1-2.6情景下，2023—2030年云南降水減少最明顯的區(qū)域在西部的大理、保山、德宏、臨滄，在昭通降水增加，2031—2060年降水增加明顯的區(qū)域在東北和西南部。SSP2-4.5情景下2023—2030年西部降水減少，東部降水增加，2031—2060年中北部和西北部降水減少。SSP5-8.5情景下，2023—2060年西北部降水減少，其他地區(qū)增加，增加明顯的區(qū)域均分布在東北部和南部。