基于CMIP5 的我国冻土变化预估研究

A reasonable projection on the seasonal frozen soil and permafrost over China could not only help us to understand the continental and regional water resource and ecology change, but also to provide basis for the climate projection. Based on the station observation data of 1956-2005, which include climate data, such as temperature, precipitation and so on, and frozen data of the maximum frozen depth and soil temperature, more CMIP5 models are effectively used in the projection of seasonal frozen soil and permafrost over China by adopting multi-model ensemble method and statistical downscaling method, which purpose is to reduce the uncertainty of one model and improve the level of projection. At the end the projection results of seasonal frozen soil and permafrost over China during 2006-2100 under three different scenarios (RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5) are given. The capability of the CMIP5 models on simulating the seasonal frozen soil and permafrost change in the recent 50 years (1956-2005) over China is very important for the multi-model ensemble method，While a statistical relationship between the large-scale climate factors and frozen soil is the key for the statistical downscaling method.

全球气候变化预估是当前气候变化研究的热点和核心问题之一，对我国季节性冻土和多年冻土变化的合理预估，不仅有助于对大陆及区域尺度水资源和生态变化的预估，为气候预估提供参考，还可为进一步制定应对气候变化政策提供科学依据。本项目主要利用我国台站1956-2005年观测的气候要素资料（如温度、江水等）和冻土资料（最大冻结深度，土壤温度等），通过多模式集合法和统计降尺度法，将CMIP5试验中更多的模式结果有效的应用到我国冻土变化预估中，以减少单一或几个模式结果所带来的不确定性，从而提高我国冻土变化的预估水平，并给出在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种不同的典型浓度路径下2006-2100年我国季节性冻土和多年冻土的变化情况。

冰冻圈是对气候系统影响最直接和最敏感的圈层，在全球变暖背景下，冰冻圈的变化受到了前所未有的关注。冻土是冰冻圈的重要组成部分之一，鉴于冻土变化对水分循环、水资源平衡、生态平衡，对寒区工程建设，对我国甚至全球气候产生的重大影响，在气候加剧变暖的情况下，我国冻土未来的变化非常值得关注，对我国冻土变化的合理预估不仅有助于对大陆及区域尺度的水资源和生态变化的预估，还可为进一步制定气候变化适应对策提供科学基础。统计降尺度法和多模式集合方法是进行未来预估的两大手段，然而预估结果的可信度很大程度上取决于对当代冻土变化特征的认知以及气候系统模式对于当前土壤冻融过程的模拟能力，因此，本研究工作利用中国气象局提供的2400多台站近50年的数据对土壤的最大冻结深度特征进行了分析，并使用多元回归方法对不同区域的变化进行了归因分析，同时，基于青藏高原单点数据和中国区域的多年站点观测数据对当前气候（或地球）系统模式中广泛使用的陆面过程模式NCAR CLM对于土壤冻融过程的模拟能力进行了全面的评估，发现模式的模拟结果还存在较大误差，融化阶段模式模拟的土壤温度高于观测，融化结束时间早于观测；冻结阶段模拟的土壤温度略低于观测，深层土壤冻结时间早于观测，在此基础上对土壤发生冻融的临界温度方案进行了改进，并对土壤冻结速率、土壤水力参数化方案对于土壤冻融过程的模拟结果的敏感性进行了研究，为进一步提高模式对于冻土区域的模拟能力提供了重要的依据。最后，进行了不同多模式集合方法的对比研究，以减少集合方法的选择带来的结果误差。