用區(qū)域氣候模式的模擬結(jié)果歸因了自然變化和人類活動對中國氣候的貢獻(xiàn)。

從氣候的角度看，任何一個觀測到的區(qū)域或流域尺度的氣候要素，包括降水、徑流、洪水、干旱極端事件的變化都是氣候系統(tǒng)內(nèi)部的自然變率、太陽活動和火山活動構(gòu)成的自然強(qiáng)迫以及溫室氣體、氣溶膠等大氣成分變化和土地利用變化等人為強(qiáng)迫共同作用的結(jié)果。根據(jù)IPCC 給出的定義，評價多種因子對一個具有顯著性變化趨勢變量的相對貢獻(xiàn)的過程屬于檢測與歸因研究范疇。

水文要素變化趨勢的歸因研究是在20 世紀(jì)末。21 世紀(jì)初，當(dāng)IPCC 第一工作組(氣候變化科學(xué)基礎(chǔ)) 的第二次評估報告明確揭示出近100 年觀測到的全球平均氣溫升高不像是自然變率引起，人為強(qiáng)迫信號已從自然變率中浮現(xiàn)出來，人類活動導(dǎo)致的溫室氣體排放已經(jīng)對全球變暖產(chǎn)生影響之后開展起來的。

▋ 1) 對觀測的水文要素序列變化趨勢的檢測與歸因研究是一項具有重要科學(xué)意義與實際應(yīng)用價值的研究。因為只有正確認(rèn)識已經(jīng)發(fā)生的水文現(xiàn)象隨時間變化的原因，才有可能正確的預(yù)估未來洪水、干旱及水資源的變化趨勢。也只有了解當(dāng)前氣候發(fā)生了怎樣的變化，其變化的原因以及何時何地以何種方式對水文水資源產(chǎn)生了影響，水管理及決策者才有可能針對性地制訂相應(yīng)的應(yīng)對措施與風(fēng)險管理。

▋ 2) 水文的歸因研究是長序列觀測的水文要素變化趨勢中甄別出氣候系統(tǒng)內(nèi)部的自然變率、太陽活動和火山活動構(gòu)成的自然強(qiáng)迫以及溫室氣體、氣溶膠等大氣成分變化和土地利用變化等人為強(qiáng)迫的貢獻(xiàn)大小。

▋ 3) 水文變量的歸因研究應(yīng)將水文循環(huán)的大氣分支與陸地分支結(jié)合起來，建立在對水文循環(huán)演變規(guī)律完整的正確的描寫基礎(chǔ)上。

▋ 4) 對長系列水文氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性的統(tǒng)計分析，研究影響徑流、洪水、干旱年際與年代際變化與區(qū)域氣候現(xiàn)象之間的相關(guān)關(guān)系，為水文歸因研究提高事實依據(jù)。

▋ 5) 改進(jìn)并提高海-陸-氣耦合的氣候模式，提高其對區(qū)域降水時空變化的模擬能力以及分離人為氣候強(qiáng)迫、自然氣候變率、流域人類活動對水文循環(huán)變化的影響是水文變量歸因研究的重要途徑。

氣候變化的原因一般包括自然強(qiáng)迫(地球軌道參數(shù)變化、太陽常數(shù)和火山活動等)、氣候系統(tǒng)的內(nèi)部變率和人類活動(溫室氣體和氣溶膠排放、植被覆蓋和土地利用變化等)等。對氣候變化的歸因研究目前多數(shù)使用氣候模式進(jìn)行，利用自然和人為強(qiáng)迫等因子分別和共同驅(qū)動全球氣候模式(GCM) 比較不同強(qiáng)迫下模擬結(jié)果與觀測的差別，從而區(qū)分不同強(qiáng)迫因子的貢獻(xiàn)。

使用區(qū)域氣候模式RegCM4.0，單向嵌套一個全球模式，進(jìn)行了中國及其各主要水文流域氣候變化成因的模擬試驗。區(qū)域氣候模式較高的分辨率，使得它在改進(jìn)全球模式氣候態(tài)模擬的基礎(chǔ)上，所模擬的歷史氣候變化趨勢也和觀測更加接近。在RegCM4.0 “有” 和“無” 人類活動兩個試驗對比的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了人類活動(溫室氣體排放) 和自然變率對中國地區(qū)歷史氣候變化的成因分析。

表  人類活動、自然變率對氣溫變化的影響

結(jié)果表明，在最近45 年(1961 ~2005 年) 觀測的變暖中，自然變率除引起青藏高原等地的氣溫降低外，在中國大部分地區(qū)都起到增溫的作用，增溫幅度在新疆北部、東北和華北等地最大，同一時期溫室氣體排放引起的增溫則在青藏高原最大，且其作用在大部分地區(qū)大于自然變率，全國平均的增溫中，80%的貢獻(xiàn)來源于溫室氣體排放。

表  人類活動、自然變率對降水變化的影響

在觀測中，近幾十年中國東部降水呈現(xiàn)“南澇北旱” 特征，西北有轉(zhuǎn)濕趨勢。對模式結(jié)果的分析表明，東部地區(qū)的“南澇北旱” 可能主要是自然變率起到了主導(dǎo)，溫室效應(yīng)的作用實際呈現(xiàn)某種“北澇南旱” 的特征。在自然變率情況下，西部地區(qū)降水為減少，觀測中的增加主要是由于人類活動引起的溫室氣體排放造成的。但總體來說，降水由于其復(fù)雜性及目前氣候模式的不完善，其歸因分析的不確定性相對氣溫較大。

需要指出的是，對于區(qū)域級氣候變化的成因分析是一個非常復(fù)雜和困難的問題，我們（《中國陸地水循環(huán)演變與成因》：羅勇 姜彤 夏軍 等著.北京: 科學(xué)出版社，2017.9）在這里僅做了一些初步的探討。其中尚存在的問題，首先包括如嚴(yán)格意義上的檢測和歸因研究，需要多模式和多樣本的集合，確定其統(tǒng)計意義上的顯著性，并給出信度范圍(Bindoff et al.，2013；Zhang et al.，2013)，而目前區(qū)域模式雖然已有廣泛應(yīng)用，如在氣候變化模擬和預(yù)估等方面，但開展的相關(guān)歸因試驗的數(shù)目還非常少，不能進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計分析。其次，本書僅考慮了人類活動中溫室效應(yīng)的作用，其他如氣溶膠排放和土地利用改變等，也是影響氣候變化的重要因子，尤其是在區(qū)域尺度上，如這兩者在中國地區(qū)即為非常突出的問題。因此，本書的意義更多在于提供一個方法進(jìn)行區(qū)域氣候變化成因的研究，所得的結(jié)論也具有更多定性的性質(zhì)。更全面和正確的認(rèn)識和了解中國區(qū)域氣候變化的成因，尚需開展大量的區(qū)域氣候變化模擬和分析工作。