祁连山作为我国重要的生态安全屏障，是我国重点生态功能区中的“水源涵养区”，是石羊河、黑河、疏勒河三大内陆河流域发源地。然而，气候变暖导致祁连山冰冻圈持续退缩，过去10多年滥牧、滥伐、采矿等人类活动更加剧了祁连山生态的恶化，祁连山水源涵养功能退化，局部生态环境问题十分突出，严重影响了祁连山整体、长期的生态服务功能和生态屏障作用，其中下游区域面临着社会经济可持续发展受到水资源禀赋不足的严峻挑战。在此背景下，对祁连山未来气候变化进行预估具有重要意义。然而，过去的气候模拟预估往往聚焦中国地区、中国西部和青藏高原，大空间尺度的模拟分析对祁连山复杂地区的气候状况描述简略，针对整个祁连山的详细预估尚且缺乏。
基于此，兰州大学资源环境学院，西部教育部重点实验室勾晓华教授团队利用“协调区域气候降尺度试验”CORDEX-CORE框架中使用的德国区域气候模式REMO在三个不同CMIP5全球气候模式驱动下生成的25km分辨率的模拟数据集，基于观测资料对区域气候模式在历史时期1971—2000年的模拟性能进行评估的基础上，预估了祁连山地区2011—2100年在RCP2.6和RCP8.5情景下年平均和季节气温和降水的变化。研究结果表明，REMO模式能够较好地模拟出祁连山气温和降水的空间分布及季节性变化，气温模拟存在冷偏差，降水模拟表现为湿偏差，在湖泊周围呈现暖湿中心。预估结果表明祁连山地区气温在未来将明显升高，在RCP2.6情景下，2011-2100年升温幅度呈先上升再下降的变化趋势，2071-2100年相对于1971-2000年参考时段平均升温1.74°C(图1);在RCP8.5情景下，气温在2011-2100年呈持续增加趋势，2071-2100年平均升温达到5.36°C。未来变暖存在季节性差异，三个时段内不同情景下升温幅度最大都发生在冬季，中期和远期在夏季升温幅度最小。区域年降水的增加并不明显，只在几个年份出现明显增加或减少。该研究认为在本世纪末(2071-2100年)，两种情景下祁连山冬、春季的降水明显增加，而在祁连山东部夏、秋季降水将明显减少(图2)，该区出现极端气候(干旱)的机率将增加，对该地区的农业生产和生态系统可能会产生较大影响。该研究为气候变暖背景下祁连山的生态系统稳定和经济社会可持续发展等提供了参考。
图1. 三个CMIP5全球气候模式驱动REMO模拟及其集合平均(ENS)的祁连山地区2011-2100年相对于1971-2000年年平均气温变化
图2. 三个CMIP5全球模式驱动REMO模拟及其集合平均(ENS)的祁连山地区2071—2100年相对于1971—2000年季节降水变化的空间分布
本研究以“Projections of surface air temperature and precipitation in the 21st century in the Qilian Mountains, Northwest China, using REMO in the CORDEX”为题，于2022年4月8日在Advances in Climate Change Research杂志在线发表。兰州大学资源环境学院研究生刘兰娅为论文第一作者，勾晓华教授和王学佳教授为共同通讯作者。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项(XDA20100102)、国家重点研发计划项目(2019YFC0507401)、第二次青藏高原科学考察与研究计划项目(2019QZKK0208)、国家自然科学基金(41771068)、生态水文与内陆河流域重点实验室(KLEIRB-ZS-20-04)、中国科学院青年创新促进会(2018460)项目的资助。