人为强迫和城市化效应对中国极端温度变化影响的量化归因研究

Based on the optimal fingerprinting method, this project aims at detecting the influences of anthropogenic activities (greenhouse gases and aerosols emissions and land use, et al.) and urbanization effects on extreme temperature changes in China under the uniform framework of detection and attribution. The data used include different observational data and newest generation of climate models that participated in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5). The role of different forcing factors in the change of extreme temperature in China will be analyzed. The influence of different observations and climate models performance on the attribution results will be explored. The relative contribution from various anthropogenic forcings, urbanization effects and natural forcing to extreme temperature change in China will be finally attributed. The results can deepen our understanding about the reason of extreme temperature change in China, and also promote the influence of Chinese research in the field of climate change detection and attribution, thus providing a good scientific basis for international cooperation and negotiations of climate change.

人为强迫和城市化效应是影响中国极端温度变化的两类重要影响因子，但目前尚无研究将其综合起来定量分析其对极端温度变化的相对贡献。本项研究预期在检测归因的统一框架下，采用多源观测和最新一代气候模式资料，在最优指纹法的基础上结合其他统计抽样检测方法，分离人类活动（温室气体和气溶胶排放、土地利用等）和城市化效应在中国极端温度变化中所存在的信号，量化不同外强迫因子（包括自然强迫、温室气体强迫和其他人为强迫）和城市化效应的相对贡献，对中国极端温度变化的原因作出合理的解释。相关成果不仅可以深化对中国区域极端温度变化的机理认识，同时可以为气候变化相关国际谈判提供科学基础。

人为强迫和城市化效应是影响中国极端温度变化的两类重要影响因子，但之前基本没有研究将其综合起来定量分析其对极端温度变化的相对贡献。本项目在检测归因的统一框架下，采用观测以及CMIP5和最新一代的CMIP6气候模式资料对20世纪中期以来中国极端温度变化的系列指标进行了分析。发现人类活动导致的全球增暖和局地城市化效应对中国东部极端温度的频率指数有显著影响，人为强迫和城市化效应在两代气候模式的夜间频率指数的变化中均可同时检测出来，而对其他指数的影响难以检测。城市化效应的影响可以解释观测到的冷夜和暖夜变化的大约三分之一，而对白天的极端温度频率变化影响不大。该结果从城市化信号估计的抽样不确定性检验来看是显著的，但是城市化效应的量化贡献存在不确定性，范围大致从10%到超过三分之一。同时，由于城市化信号与全球变暖之间存在共线性的变化，评估检测的不确定性仍然存在一定困难。. 这些结果表明，城市化效应相对于温室气体而言，对大部分极端温度指标变化的贡献是小项，其相对于内部变率的变化仅有少数指标可以检测出来。随着未来人为排放的加强，温室气体的影响仍然是最重要的影响因子，但是在一些区域，城市化可能叠加在全球变暖的影响上加剧极端温度夜间指标的变化。这些研究成果可对国家应对气候变化政策制定等提供重要科学基础，尤其是对全球变暖背景下城市群的建设和规划等政策的制定提供有用的科学信息。