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user: 4. 川渝地区夏季极端气温事件未来预估 4.1. 模式验证 为了对川渝地区未来极端气候发展趋势进行进一步的了解，本文利用CMIP5中等排放情景下RCP4.5数据对2013年~2100年川渝地区极端高温频次、极端低温频次及其年际与年代际变化进行了分析。首先利用2006年~2012年的观测数据验证CMIP5模式RCP4.5情境下试验数据对川渝地区平均温度，极端高温频次，极端低温频次的模拟能力。图5(a)为实际观测资料与文章所选取的RCP4.5情境下三个模式(ACCESS1.0，CMCC-CMS，GFDL-CM3)模式数据关于川渝地区夏季平均气温。从图5(a)可以看出，从夏季平均温度来看，ACCESS1.0模式观测出的温度比实际观测温度高，误差约1℃~4℃；CMCC-CMS模式观测的气温比实际偏低，但误差较小，在1℃以内；GFDL-CM3模式观测的气温与实际相比有高有低，误差较小，约−0.5℃~2℃。对于川渝地区夏季平均温度观测上，CMCC-CMS模式结果与观测气温相比误差最小，ACCESS1.0模式结果误差最大。图5(b)为实际观测资料与文章所选取RCP4.5情景下三个模式(ACCESS1.0， CMCC-CMS， GFDL-CM3)观测数据关于川渝地区夏季极端高温频次柱状图。从图中可以看出，ACCRSS1-0模式数据中的极端高温频次远高于实际观测，误差超过20天，这可能与其对温度观测普遍偏高有关。CMCC-CMS模式观测数据中极端高温频次比实际观测频次较低，但误差较小，大部分年观测误差在5天以内。GFDL-CM3模式观测数据中极端高温频次比实际观测频次较高，大部分年观测误差在10次以内。从结果上看，CMCC-CMS模式对极端高温观测结果最好，ACCESS1.0模式观测结果较差。图5(c)为实际观测资料与文章所选取RCP4.5情境下三个模式(ACCESS1.0， CMCC-CMS， GFDL-CM3)观测资料关于川渝地区夏季极端低温频次柱状图。从图中可以看出，ACCESS1.0模式因为温度观测较高的原因，极端低温事件发生频次较低，大多数年为0天。CMCCC-CMS模式观测出的极端低温频次比实际观测出的极端低温频次误差较大，误差约2~9天。GFDL-CM3模式观测出的极端低温事件频次与实际观测出的极端低温频次较为接近，误差在1~3天。从结果可以看出，GFDL-CM3模式关于极端低温频次的观测结果较好。因为参考年份较少，趋势变化不明显，在此不对趋势变化对比多加概述。 图5. 实际观测与ACCESS1-0，CMCC-CMS，GFDL-CM3模式RCP4.5情景下模拟数据川渝地区2006~2012年夏季(a) 平均温度；(b) 极端高温事件频次；(c) 极端低温事件频次 4.2. ACCESS1.0模式预估结果 图6(a)为ACCESS1.0模式资料关于川渝地区2013~2100年88年的夏季平均温度的预估。从图中可以看出，未来88年，川渝夏季气温呈上升趋势，线性趋势系数为0.029，升温幅度为0.3℃/10a，预计到二十一世纪末，川渝地区夏季平均温度可达到21.8℃。在ACCESS1.0的预估中，2013~2030年气温上升幅度不大，在波动中保持稳定状态，但2030年以后，气温显著上升。在2040~2050年有两次较为显著的气温的突变，一次显著升温，一次显著降温，升温降温幅度均为1.5℃/2a。温度变化没有明显的周期，但依旧存在低温年与高温年的交替变化，我们可以明显看出，2013年至2080年以前，高温年的温度逐渐上升，上升幅度约0.3℃/10a，2080年以后，高温年有一次突增，在三年内上升了0.8℃，达到22.4℃，其后十年高温年的温度保持稳定。在2090年附近有一次温度的负突变，温度约下降2℃，但接近2100年时，温度又很快上升回去。低温年的温度在2030年以前没有太大变化，稳定在18.8℃，2030年以后除了40年代发生的一次低温突变外，直至2090年，低温年的气温逐渐上升，上升幅度约0.3℃/10a。2080年以后低温年的温度基本保持稳定，约20.6℃。图6(b)是ACCESS1.0模式对川渝地区极端高温事件预估的时间序列图。从图中可以看出，未来88年，川渝地区夏季极端高温事件发生的频率呈上升趋势，线性趋势系数为0.385，上升幅度约3.85天/10a。可以看出，在高温年极端高温事件频发，低温年极端高温事件较少。除了部分突变年份，不论是极端高温多发年还是低发年，2030年以后，极端高温的频次都在逐年增加，且在极端高温高发的年份中，川渝地区夏季有超过2个月的时间日平均气温超过目前的极端高温阈值，2070年后，几乎整个夏季的日平均气温都超过现有阈值。就算是在极端高温较少的年份中，2040年以后极端高温频次也超过了两个月，部分年甚至能达到80天。也就是说，在2040年以后，川渝地区每一年夏季都有超过2/3的时间气温超过现在的极端高温阈值，部分年份甚至整个夏季都超过。在2090年以后，极端高温频次有一次下降，但下降幅度不大，且很快回升。在ACCESS1.0模式的预估结果中，直至二十一世纪末，极端高温频次将比二十一世纪初上升50%，达到90天，几乎整个夏季的日均温都超过目前的极端高温阈值。图6(c)是ACCESS1.0模式对川渝地区极端高温事件预估的时间序列图。在ACCESS1.0模式中，除了两次气温突变降低的年份中有1~2天的气温低于现在的极端低温阈值，其余年份夏季均无极端低温事件。 图6. ACCESS1-0模式预估川渝2013~2100年夏季(a) 平均气温；(b) 极端高温频次；(c) 极端低温频次时间序列 4.3. CMCC-CMS模式预估结果 图7(a)为CMCC-CMS模式预估下，川渝地区2013年~2100年88a夏季平均气温的时间序列图，从图中可以看出，在CMCC-CMS的预估中，川渝地区夏季温度在波动中呈上升趋势，线性趋势系数为0.025，升温幅度约为0.25℃/10a。在2013~2030年有一段时间的降温，高温年和低温年的气温都有一定程度的下降，2030年以后，不论是高温年还是低温年，除了2040年至2050年有一次温度的突变以外，温度都在逐渐上升。在图中可以清楚的看出，在这个模式的预估中，夏季平均气温存在一个周期为20a的变化，每个周期之间温度呈上升趋势，周期内温度存在高温年与低温年的交替，但并不是每一个高温年的温度都在上升，部分高温年的温度较之前的年份有下降，但低温年的温度在周期内变化不大。至2090年，川渝地区夏季平均温度最高可以达到19.9℃。图7(b)为CMCC-CMS模式预估中川渝地区2013~2100年夏季极端高温事件发生频次的时间序列图，从图中可以看出，川渝地区极端高温事件发生频次在88年中呈上升趋势，线性趋势系数为0.439，上升幅度约为4.5天/10a。极端高温事件发生频次的周期性不明显，但我们可以以事件发生频率的高低将时间分为三个部分，2013年~2030年，极端高温事件以10a为周期呈下降趋势，2030年至2055年，除了四十年代与五十年代有两次极端高温事件频次的突变，其他极端高温高发的年份中，频次变化不大，基本维持在21~24天，极端高温低发的年份中，极端高温发生频次呈下降趋势，从18天下降到10天。2055年以后，川渝地区每年夏季几乎有1~2个月的时间日平均气温高于现有的极端高温阈值。极端高温事件以10天为周期呈上升趋势，上升幅度约6天/10a。在周期内极端高温高发的年份中，极端高温发生频次有升有降，但低发分年份中，极端高温发生频次基本不变，维持在30天左右。特别指出，在这个模式的预估中，2020年与2027年夏季川渝地区日平均气温均没有超过现在的极端高温阈值。图7(c)为CMCC-CMS模式预估中川渝地区2013~2100年夏季极端低温事件发生频次的时间序列图，从图中可以看出，川渝地区极端低温事件发生频次在88年中呈下降趋势，线性趋势系数为−0.02566。极端低温事件发生频次的周期性不明显，但类似与极端高温，我们可以利用极端低温发生频次的区别将时间分为三个部分，2013~2030年，极端低温发生频次有上升趋势，2030~2055年，极端低温高发年份中，极端低温变化频次基本一致，约4~5天。2055年以后，极端低温发生频次下降，除了少数年份发生突变以外，其余年份极端低温均为0~2天。在七十年代有一次频次的突变，达到5天。 图7. 同图6，但为CMCC-CMS模式结果 4.4. GFDL-CM3模式预估结果 图8(a)为GFDL-CM3模式预估下，川渝地区2013年~2100年88年的夏季平均气温的时间序列图，从图中可以看出，在GFDL-CM3模式的预估中，川渝地区夏季温度在波动中呈上升趋势，线性趋势系数为0.3641109，上升幅度约0.36℃/10a。2012~2020年间有一次温度的突变，气温下降1.5℃，2020~2080年，气温在波动中上升，可以认为，在这一时间段内，存在以10a为周期的周期变化，周期与周期之间呈上升变化，升温幅度约0.3℃/10a。周期内温度有升有降，每个周期内有部分年温度突增，低温年的温度稳定上升。2080年以后，有气温的下降，幅度约0.5℃/10a。图8(b)为GFDL-CM3资料中，川渝地区2013~2100年极端高温事件发生频次的时间序列，在GFDL-CM3的模式中，未来川渝地区夏季极端高温事件发生频次呈上升趋势，线性趋势系数为0.626，中上升，2065年以后，极端高温发生频次基本达到稳定，高发年稳定在80天左右，低发年稳定在60天左右。二十一世纪30年代以后，每一年夏季川渝地区至少有一个月时间日平均气温超过现在的极端高温阈值。60年代以后，极端高温天气天数超过58天。在二十一世纪末有一次突变下降，但依旧维持在60天左右。图8(c)为GFDL-CM3模式资料中，川渝地区2013~2100年夏季极端低温发生频次的时间序列。在GFDL-CM3的模式预估中，未来88年，川渝地区夏季极端低温发生频次呈下降趋势，线性趋势系数为−0.02，无明显的周期变化。直至2048年，川渝地区夏季极端低温发生频次降低至1天，在2048年极端低温事件频次有上升，上升为3次，这之后，直至2100年，除了少数年份有一次极端低温事件发生外，其余年均无极端低温事件发生。 4.5. 预估结果总结 结合观测资料和模式资料的对比与RCP4.5三个模式的预估结论，川渝地区2013~2100年夏季88年间，夏季平均气温将持续在波动中上升，升温幅度约0.3℃/10a (图9(a))，最高夏季平均温度可能达到20.8℃，较快的升温将持续到2080年，其后气温上升速度将减缓，至21世纪末期可能有一段时期会存在气温小幅度下降。 图8. 同图6，但为GFDL-CM3模式结果 未来极端高温事件将会持续增加，整体上升幅度约5天/10a (图9(b))，2050年以后，川渝地区每一年夏季可能有超过一半的时间超过现在的极端高温阈值，部分年超过现在的极端高温阈值的天数甚至超过两个月。2080年后，较多年份超过两个月的时间日均气温比现在的极端高温阈值高。2020~2060年是极端高温上升较快的时期，2060年以后，上升趋势减缓，呈弱上升趋势。 未来川渝地区夏季极端低温事件发生频次依旧较少，且呈持续下降趋势(图9(c))，2030年以后，夏季日均气温低于现在的极端低温阈值的天数均较少，可能至2050年以后，川渝地区夏季只有极少数年有1天日均气温会低于现有的极端低温阈值。 图9. 同图6，但为ACCESS1-0、CMCC-CMS和GFDL-CM3三个模式集合平均结果