利用降尺度处理的CMIP6数据对地中海地区未来气候进行评估

《Frontiers in Climate》：Future climate assessment in the Mediterranean region using downscaled CMIP6 data

本研究利用BCCAQ数据集和10个CMIP6气候模型，分析SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下地中海干旱和热浪的变化。结果显示，干季干旱和热浪影响更显著，欧洲北部及中东地区变化幅度大，沿海城市如巴塞罗那、亚历山大面临严重风险，MENA地区粮食安全和水资源压力加剧。研究强调需加强区域适应措施。

　　在人类活动导致温室气体浓度和气溶胶强迫增加的背景下，地中海地区被定义为“气候变暖热点”。以往的研究表明，气候变化对地中海地区的社会经济状况产生了深远的影响。本研究使用了10个高分辨率的全球耦合气候模型以及两种气候排放情景，分析了Bias Correction Constructed Analogs with Quantile mapping reordering（BCCAQ）数据集，该数据集是对CMIP6数据进行降尺度后的结果。通过该数据集，研究者获取了地中海地区每日降水和气温数据，用于计算干旱和热浪事件，包括中东和北非国家在内的整个区域。研究发现，高排放情景下以及在干季，干旱和热浪的影响更为显著。比较湿季和干季的干旱情况，发现湿季的正信号主要集中在地中海海域，而干季的正信号则更多地出现在北部地中海和欧洲地区。对于热浪，干季的响应强度几乎是湿季的两倍，且在干季中，地中海海域出现了强烈的热浪信号，而湿季中并未观察到。

地中海地区由于地理位置的特殊性，北部为温带湿润气候，南部则为炎热干燥气候。该地区在冬季有明显的降雨季节，而在夏季则进入干旱季节，冬季的降雨量是夏季的三倍以上。冬季的降雨主要发生在十月到春季，随着夏季亚速尔高压系统的崩溃，冷锋和低压系统变得更加活跃。这些低压系统和气旋活动受到极地锋急流和欧洲槽的影响，这些气流模式与陆地和海洋的温差有关，从而促进了该地区的气旋生成。然而，随着温室气体浓度的上升，这些气旋和风暴路径正经历向极地扩展，这是由于哈德莱环流的极地扩张所导致的，这进一步加剧了地中海地区的干旱现象。同时，该地区也出现了海面温度上升和热浪频率增加的趋势。

本研究旨在分析气候变化对地中海地区及其主要沿海城市的影响。研究使用了10个高分辨率的气候模型和两种气候排放情景，分析了地中海地区以及中东和北非国家的降水和气温数据，这些国家在以往的研究中通常被忽视。研究的重点是整个地中海地区的干旱和热浪变化，以及各个沿海城市的具体情况，以评估气候变化对城市沿海区域的影响。此外，该研究还分析了不同国家的沿海城市，这些城市可能并不贡献最多的温室气体排放，但会受到最大的气候变化影响。这是首次利用BCCAQ数据集对整个地中海地区进行研究，特别关注了最大沿海城市的干旱和热浪变化。

研究数据来自BCCAQ数据集，该数据集通过不同的降尺度技术，将CMIP6模型输出数据从1°的粗分辨率降尺度到0.25°的高分辨率，从而更准确地再现极端事件和每日气候变量。为了评估干旱和热浪，研究将数据分为两个季节：湿季（ONDJFM，即10月至次年3月）和干季（AMJJAS，即4月至9月）。在湿季，干旱的计算基于每日降水总量，若某网格点的降水低于0.1毫米/日，则被定义为干旱日。通过统计该时间段内干旱日的百分比（“% of days in drought”），以及连续干旱天数的平均长度（“average length of drought”）和连续干旱次数（“average number of droughts”），可以评估干旱的变化。对于热浪的计算，则基于每日气温，若某天的气温超过一个标准差，则被定义为热浪日。通过类似的方法，计算热浪的百分比、平均持续时间以及平均出现次数。

研究发现，在湿季，SSP2-4.5（低排放情景）和SSP5-8.5（高排放情景）下，干旱的增加主要集中在地中海地区，尤其是东部地中海，而在北部欧洲则出现了干旱的减少。在SSP5-8.5情景下，干旱的增加幅度更大，甚至在某些地区超过10%。同时，研究发现，干旱的平均持续时间在SSP2-4.5情景下有所减少，而在SSP5-8.5情景下则出现明显增长，特别是在北非地区。对于热浪，研究发现，湿季下，欧洲城市的热浪频率有所增加，而中东地区的热浪则表现出更显著的变化。在干季，热浪的影响更加突出，SSP5-8.5情景下的热浪频率和持续时间显著增加，特别是在地中海海域。与干旱相比，热浪在干季的响应更为强烈，且在干季中出现了湿季未观察到的强信号。

研究还特别关注了地中海地区最大的沿海城市，这些城市被分为欧洲（红色）、中东（蓝色）和北非（绿色）三个区域。通过分析这些城市在干旱和热浪方面的变化，研究揭示了气候变化对这些城市的影响。研究发现，在湿季和干季中，城市之间的变化趋势有所不同。在湿季，中东城市经历了更多的干旱，而在干季，欧洲城市则受到更大的影响。对于热浪，研究发现，干季中，中东城市的变化更为显著，而欧洲城市的变化相对较小。此外，干季的热浪影响范围更大，尤其是在高排放情景下，热浪的频率和持续时间都显著增加，这表明气候变化对地中海地区的影响在干季更为强烈。

研究结果表明，随着气候变化的加剧，地中海地区的干旱和热浪事件将对社会经济和生态环境产生深远的影响。干旱可能导致农业用水短缺，进而影响粮食安全和传统饮食结构。热浪则可能加剧健康问题，如肥胖和糖尿病，并对城市化、旅游业和基础设施造成压力。此外，研究还指出，气候变化可能引发地区间的冲突，例如叙利亚的内战与气候变化的关联。这些影响在高排放情景下更为明显，尤其是在干季。同时，研究发现，虽然某些国家的二氧化碳排放量较高，但它们对气候变化的响应并不一定最大，这表明气候变化的影响具有一定的地域差异性。

通过分析不同时间段的气候数据，研究发现，湿季和干季的干旱和热浪趋势有所不同。在湿季，干旱的正信号主要集中在地中海海域，而在干季，正信号则更多地出现在北部地中海和欧洲地区。对于热浪，干季的响应强度是湿季的两倍以上，且在干季中，地中海海域出现了强烈的热浪信号。这些结果表明，气候变化对不同季节的影响存在显著差异，尤其是在干旱和热浪的分布和强度方面。同时，研究还指出，由于数据的降尺度处理，不同模型之间的结果存在一定的不确定性，这需要在分析时加以考虑。

此外，研究还讨论了BCCAQ数据集在地中海地区应用的前景。尽管这是首次将该数据集用于研究整个地中海地区的干旱和热浪变化，但研究结果与以往使用CMIP6模型的研究一致，表明地中海地区在气候变化背景下对干旱和热浪的响应更为显著。研究还提到，一些地区依赖降雪和降雨来获取水资源，而本研究仅考虑了降雨数据，因此可能低估了某些地区的变化，特别是在北部地中海和山区。这表明，未来的气候研究需要考虑更多因素，如降雪的影响，以更全面地评估气候变化对水资源和生态系统的影响。

总之，本研究通过BCCAQ数据集和CMIP6模型，分析了地中海地区在干旱和热浪方面的变化趋势。研究发现，高排放情景下，气候变化对干旱和热浪的影响更为显著，尤其是在干季。此外，不同季节的干旱和热浪变化趋势也有所不同，这表明气候变化对不同季节的气候特征具有不同的影响。研究还强调了气候变化对沿海城市和不同地区的影响，指出这些城市可能并不贡献最多的温室气体排放，但会受到最大的气候变化影响。这些结果对于制定应对气候变化的政策和措施具有重要的参考价值，同时也为未来的研究提供了新的方向。