气候情景及气候模式：干旱灾害风险评价与综合应对

6.2.1.1　气候情景

全球气候模式是目前预测未来气候变化情势的重要工具，其驱动要素主要为假定的社会经济发展情景下的温室气体排放量。尽管全球气候模式存在不确定性被许多学者质疑，但至今仍是预测未来气候情景必要和信赖的主要手段（Allen et al.，2002；Murphy et al.，2004）。IPCC共发展了三套排放情景，第一套是IS92情景，主要用于第二次评估报告中气候预估（1996年）；第二套是SRES情景，以代替IS92用于第三次评估报告中的气候预估（2001年）；第三套是RCPs情景，为IPCC第五次评估报告中启用的新情景——代表性浓度路径（representative concentration pathways，RCPs）（2011年）。各套情景具体如下。

（1）IS92情景。IS92排放情景于1992年提出，主要用于第二次评估报告（SAR）中气候变化的预估。IS92包含了6种不同的排放情景（IS92a到IS92f），分别代表未来世界不同的社会、经济和环境条件。1990—2100年间的CO2排放量，按处于中间水平的IS92a，为15000亿t碳；按低估计的IS92c则为7700亿t碳；按高估计的IS92e则为22000亿t碳。在第二次评估报告中，使用以这些情景作为输入的碳循环-气候模型-MAGICC，进行了下一个世纪的气候变化计算。结果为到2100年气温上升2℃（相对于1990年），范围介于0.8～4.5℃之间；海平面上升49cm，范围介于13～110cm之间。

（2）SRES情景。SRES情景是2000年出版的IPCC《排放情景特别报告（Special Reports on Emission Scenarios，SRES）》描述的情景，为未来世界设计了四种可能的社会经济发展框架（Nakicenovic，2000），SRES情景考虑影响社会经济发展的主要驱动因素为人口、经济增长、技术变化、能源、土地利用、社会公平性、环境保护和全球一体化。无论从定性角度还是从定量角度，四种情景系列（A1、A2、B1和B2）的差异比较大。A情景强调经济发展，B情景在发展经济的同时强调环境保护的重要性；而1类情景强调全球的趋同性，2类情景考虑了区域经济、社会、环境可持续性的地区解决方案，关注的焦点在地区层次上（IPCC，2001）。

IPCC第三次评估报告预估了SRES排放情景下未来50～100年的全球气候变化。虽然预估的结果存在较大的不确定性，但各模式都一致地表明，温室气体的增加是导致21世纪气候变化的最主要因子。

2007年IPCC发布的AR4报告中考虑了6个情景，分别是A1F1、A1B、A1T、A2、B1和B2。A1情景代表的是高速经济增长的模式，预计全球人口在2050年达到90亿，然后逐渐下降，认定科技可以快速发展、传播，同时世界交互广泛，收入和生活方式在世界范围趋同。

A1情景还可以分成三个，A1F1情景代表能量来源仍然依赖化石能源；A1B情景代表各种能量来源平衡发展，适当发展非化石能源，同时并不放弃化石能源的开发，属于比较有可能的一种发展情景；A1T情景则把重点放在了非化石能源上，试图使用非化石能源替代化石能源。A2情景描述的是更加分化的世界。这个情景里面假定各个国家发展相互独立，人口持续增长，经济发展以地方经济发展为主，而同时，科技变化的趋势趋于缓慢和局部化，人均收入增长比A1低。这个情境下由于技术普及缓慢，同时经济增长仍然较快，人口持续增加，所以碳排放增长比较高。

B1情景也是高速发展的模式，但其经济结构与A1所有区别，高速发展的经济主要来源于服务业和信息领域，对能源的依赖相对低。该情景下人口发展同样在2050年增加到90亿，然后逐渐下降，同时假定由于技术的进步，对于材料的依赖逐渐降低，资源利用率更高，经济全球化，社会和谐且环境友好、稳定。在所有情景中碳排放量最低。B2情景则是一个高度分散的世界，预计人口持续增加，但是低于A2情景的增加速度，经济偏向地区性，同样维持经济、社会和环境的稳定，经济中速发展，技术的发展、推广速度慢于A1和B1。虽然情景的合理性仍然有争议，但并不妨碍人们根据这些情景来对未来变化进行推测。其中，最常用的是A2、A1B和B1三个情景，分别代表了碳排放高速增长、中速增长和低速增长三个模式。除此之外，AR4还考虑了维持2000年的温室气体和气溶胶水准的情况下气候的变化情况。

（3）RCPs情景。在2011年Climatic Change出版的专刊中，介绍了新一代的温室气体排放情景——RCPs，该情景是IPCC在第五次评估报告中开发的新情景（见表6.1）。其中，“representative（代表性）”表示多种可能性中的一种；用“concentration（浓度）”而不用辐射强迫是强调以浓度为目标；“路径（pathways）”是指达到某一个量的过程而不是单指这个量（Taylor et al.，2012；Moss et al.，2010）。RCPs主要包括四种情景，分别为RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5，各情景的简单情况如下：

表6.1　IPCC评估报告中社会经济排放情景的构建

1）RCP8.5情景：假定人口最多、技术革新率不高、能源改善缓慢，收入增长慢。这将导致长时间的高能源需求及高温室气体排放，而缺少应对气候变化的政策。2100年辐射强迫上升至8.5W/m2（Riahi et al.，2011）。

2）RCP6.0情景：反映了生存期长的全球温室气体和生存期短的物质的排放，以及土地利用/陆面变化，导致到2100年辐射强迫稳定在6.0W/m2（Masui et al.，2011）。(www.xing528.com)

3）RCP4.5情景：2100年辐射强迫稳定在4.5W/m2（Thomson et al.，2011）。

4）RCP2.6情景：把全球平均温度上升限制在2.0℃之内，其中21世纪后半叶能源应用为负排放。辐射强迫在2100年之前达到峰值，到2100年下降至2.6W/m2（van Vuuren et al.，2011）。

RCPs的优势在于相对于AR3和AR4中所用的SRES而言，该情景能代表21世纪的气候政策。每个RCP所提供的资料集具有全面的、高空间分辨率的特点，资料集包括：土地利用变化、空气污染物排放量、人为排放量和温室气体浓度（到2100年）等。图6.2为1950—2100年期间不同排放情景下总的人为辐射强迫值，反映了各情景之间的联系和区别。

图6.2　1950—2100年历史和未来预估总的人为辐射强迫（与工业化前1765年左右相比，取自IPCC第五次评估报告）

6.2.1.2　气候模式

2008年9月，世界气候研究计划（WCRP）耦合模拟工作组（WGCM）与国际地学生物圈计划（IGBP）的地球系统积分与模拟（AIMES）计划召开会议，决定联合推动第5阶段国际耦合模式比较计划（CMIP5）（Taylor et al.，2012）。在CMIP5中，共有50多个气候模式参与了历史和未来全球气候变化的数值模拟试验。该阶段的模拟试验按时间尺度可分为近期试验（10～30年）和长期试验（百年及百年尺度），两类试验的核心问题、一级课题和二级专题的情况如图6.3所示。相对于CMIP3而言，CMIP5在物理参数数字化和模式分辨率上都有了较大的改进，但CMIP5最大的突破在于在该阶段开始建立地球系统模式（ESM），较气候系统模式（CSM）更为丰富，在CSM的基础上，增加了诸如碳循环、硫循环和O3等生物地球化学循环的描述。

图6.3　CMIP5结构示意图（Taylor et al.，2012）

本书的研究所选取的气候模式是由ISI-MIP（The Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project）提供的5套全球气候模式插值、订正结果。插值和订正方法分别为双线性插值和基于概率分布的统计偏差订正（Piani et al.，2010；Hagemann et al.，2011；Warszawski et al.，2014）。ISI-MIP中5套全球气候模式的基本信息如表6.2所示。模式提供的气象要素包括：平均气温、最高气温、最低气温、降水量、太阳总辐射、平均相对湿度、地面气压和近地面平均风速，分辨率为0.5°×0.5°，涉及的情景分别为：RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5，时间范围为1960年1月1日至2099年12月31日。本书的研究中，选取其中的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5，分别表示低、中、高情景，研究时段选取2050年以前，对未来2020—2050年的干旱灾害风险进行预估。

表6.2　ISI-MIP提供的5套全球气候模式