本書全面介紹全球氣候變化模擬與預估這一研究領域的發(fā)展歷程、研究方法、研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。首先，從氣候變化模擬與預估的主要研究工具——氣候系統(tǒng)模式入手，系統(tǒng)介紹氣候系統(tǒng)模式和地球系統(tǒng)模式的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢，著重介紹國際耦合模式比較計劃（CMIP）及其在政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告中的應用，并依據(jù)IPCC第六次評估報告（AR6）第一工作組報告相關章節(jié)的內(nèi)容，對基于第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）的未來全球氣候預估結果進行解讀。之后，介紹不同溫升情景下近期和長期全球氣候變化預估的主要結論及存在的不確定性，并探討未來1.5℃和2℃溫升情景下氣候變化對大氣、海洋、冰凍圈、生物圈等產(chǎn)生的影響。最后，介紹氣候經(jīng)濟模型和綜合評估模型與地球系統(tǒng)模式耦合的內(nèi)容，針對當前地球系統(tǒng)的臨界點與安全公正的邊界，以及氣候變化對人類、經(jīng)濟和社會的影響等熱點和前沿問題進行了探討。
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.國家重點研發(fā)計劃項目“地球系統(tǒng)模式與綜合評估模型的雙向耦合及應用”的項目負責人
目錄
第1章 緒論 1
1.1 氣候系統(tǒng)模式簡介 1
1.1.1 氣候系統(tǒng)模式原理 1
1.1.2 氣候系統(tǒng)模式組成 6
1.2 地球系統(tǒng)模式發(fā)展歷史 8
1.2.1 大氣環(huán)流模式 8
1.2.2 海洋環(huán)流模式 10
1.2.3 海冰模式 10
1.2.4 陸面過程模式 11
1.2.5 氣溶膠和大氣化學過程模式 12
1.2.6 海洋生物地球化學模式 12
1.2.7 陸地生物地球化學模式 13
1.3 全球氣候變化的模擬與預估回顧 14
1.3.1 地球系統(tǒng)模式模擬氣候變化 14
1.3.2 氣候變化模式模擬方法 15
1.3.3 第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6） 17
1.3.4 協(xié)同區(qū)域氣候降尺度實驗 18
1.3.5 模式評估 18
1.3.6 約束預估 19
1.3.7 年代際氣候變化預測及其初始化方法 20
1.4 發(fā)展趨勢 22
1.4.1 地球數(shù)字孿生 22
1.4.2 數(shù)據(jù)同化 24
參考文獻 25
第2章 國際耦合模式比較計劃及其在IPCC 評估報告中的應用 27
2.1 全球模式比較計劃介紹 27
2.2 在歷次IPCC評估報告中的應用 28
2.3 CMIP6 35
2.3.1 試驗設計 35
2.3.2 DECK試驗和歷史氣候模擬試驗 35
2.3.3 模式比較子計劃 36
2.3.4 共享社會經(jīng)濟路徑情景實驗 38
參考文獻 42
第3章 CMIP6地球系統(tǒng)模式結果的綜合評估 44
3.1 大氣 44
3.1.1 地表氣溫 44
3.1.2 降水 47
3.2 海洋、冰凍圈和生物圈 51
3.2.1 北極海冰 51
3.2.2 全球平均海平面 54
3.2.3 大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流 55
3.2.4 海洋表層pH 57
3.2.5 陸地–大氣CO2交換趨勢 59
3.2.6 陸地–大氣CO2交換的年際變化 61
3.3 氣候變率和極端事件 63
3.3.1 氣候變率 63
3.3.2 極端事件 67
參考文獻 73
第4章 近期氣候變化預估 75
4.1 預估的近期大氣和地表的變化 75
4.1.1 全球地表氣溫 75
4.1.2 地表變暖的空間分布 76
4.2 預估的近期水循環(huán)變化 77
4.2.1 降水 77
4.2.2 全球季風系統(tǒng) 78
4.3 預估的近期大氣環(huán)流變化 79
4.3.1 北半球環(huán)狀模（NAM）和南半球環(huán)狀模（SAM） 79
4.3.2 厄爾尼諾–南方濤動及其遙相關 80
4.3.3 太平洋年代際變化 80
4.3.4 印度洋海盆模態(tài)和印度洋偶極子及其遙相關 81
4.3.5 大西洋多年代際變率 82
4.3.6 熱帶大西洋模態(tài)及其遙相關 82
4.4 預估的近期極端事件變化 83
4.4.1 極端溫度 83
4.4.2 強降水 84
4.4.3 洪水 85
4.4.4 干旱 85
4.4.5 風暴 86
4.4.6 復合事件 87
4.4.7 評價的限制 87
4.5 預估的近期冰凍圈變化 87
4.5.1 海洋和陸地碳匯 87
4.5.2 北極海冰 88
4.6 氣溶膠對近期氣候預估的影響 88
參考文獻 90
第5章 長期氣候變化 93
5.1 大氣和地表溫濕度 93
5.1.1 近地面氣溫 93
5.1.2 年平均大氣溫度 98
5.1.3 近地面相對濕度 99
5.2 水循環(huán)變化 100
5.2.1 降水 101
5.2.2 水量平衡 103
5.2.3 水汽及其輸送 105
5.2.4 蒸發(fā)量 106
5.3 冰凍圈變化 107
5.3.1 海冰 107
5.3.2 冰蓋 108
5.3.3 冰川 109
5.3.4 多年凍土 112
5.3.5 季節(jié)性積雪 113
5.4 海平面變化 114
5.5 碳循環(huán)和其他生物地球化學循環(huán) 116
5.5.1 碳循環(huán) 116
5.5.2 其他生物地球化學循環(huán) 117
5.5.3 可能的氣候突變點和臨界點 118
5.5.4 2100 年后的長期反饋 118
5.6 減排與百年氣候預估 120
5.6.1 減排 120
5.6.2 2100 年后的氣候變化 124
參考文獻 125
第6章 1.5℃和2℃溫升情景下的氣候變化 128
6.1 大氣和地表的變化 128
6.1.1 氣溫與地表溫度 128
6.1.2 季風系統(tǒng) 132
6.1.3 熱帶氣旋與溫帶風暴 133
6.2 水循環(huán)變化 135
6.2.1 降水 135
6.2.2 徑流與河流洪水 139
6.3 其他 142
6.3.1 海平面變化 142
6.3.2 冰凍圈變化 146
6.3.3 生態(tài)系統(tǒng)功能、生物量和碳儲量的變化 147
參考文獻 150
第7章 氣候經(jīng)濟模型和綜合評估模型 157
7.1 氣候經(jīng)濟模型 157
7.1.1 氣候經(jīng)濟模型發(fā)展回顧 157
7.1.2 DICE模型簡介 159
7.2 綜合評估模型 161
7.2.1 發(fā)展歷程回顧 161
7.2.2 整合和構建方法 165
7.2.3 分類和應用 168
7.2.4 存在的不足 169
參考文獻 170
第8章 氣候經(jīng)濟模型和綜合評估模型與地球系統(tǒng)模式的耦合 173
8.1 氣候經(jīng)濟模型與地球系統(tǒng)模式的耦合 173
8.1.1 耦合方法介紹 173
8.1.2 DICE模型向地球系統(tǒng)模式傳遞全球碳排放的過程 174
8.1.3 DICE模型調(diào)用BNU-ESM模式的程序設計 178
8.2 綜合評估模型與地球系統(tǒng)模式雙向耦合的必要性 180
8.3 雙向耦合模式的模擬評估與預估 181
8.3.1 未來氣候變化模擬預估 181
8.3.2 美國退出《巴黎協(xié)定》對全球氣候變化的影響 183
8.3.3 中國區(qū)域投資對碳排放和氣候變化的影響 186
8.3.4 綠色發(fā)展路徑的作用 191
參考文獻 196
第9章 氣候變化預估方法和結論中的主要不確定性 198
9.1 預估方法的主要不確定性 199
9.1.1 基于情景與路徑的地球系統(tǒng)模式預估 199
9.1.2 氣候模擬中的不確定性來源 202
9.2 預估結論中的主要不確定性 205
9.2.1 全球溫度變化 205
9.2.2 未來升溫幅度 206
9.2.3 全球變暖何時可能達到1.5℃ 207
9.2.4 降水 208
9.2.5 海冰和積雪變化 209
9.2.6 全球海洋變化 210
9.2.7 海平面 211
9.2.8 人類活動的影響 211
9.2.9 氣候“突變”和“臨界點” 212
9.2.10 空氣污染對全球變暖的影響 212
9.2.11 IPCC AR6中對氣候敏感性評估的變化 212
9.2.12 其他預估的不確定性 213
參考文獻 214
第10章 地球系統(tǒng)：臨界點與安全公正的邊界 216
10.1 地球系統(tǒng)科學 216
10.2 氣候臨界點 218
10.2.1 臨界點的概念 218
10.2.2 臨界要素 221
10.3 地球系統(tǒng)邊界 228
10.3.1 安全和公正的地球系統(tǒng)邊界 229
10.3.2 多領域安全和公正的地球系統(tǒng)邊界介紹 230
10.4 氣候變化對人類、經(jīng)濟和社會的影響 233
10.4.1 人類世 233
10.4.2 氣候變化與社會經(jīng)濟 235
10.4.3 藍碳 239
參考文獻 243
附錄 名詞解釋 246
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