1. 引言
热浪和极端强降水事件对人类健康和社会生产的影响非常显著。进入21世纪以来，观测到的全球热浪和极端强降水发生的频次增多以及强度增强，并造成巨大的经济损失，因而引起更大的关注 [1] [2] 。观测到的中国近30年热浪与极端强降水的频次和强度也明显增加 [3] [4] 。
国外做未来热浪与极端强降水预估大多采用全球和区域气候模式，考虑未来各种人类排放情景和气候系统内部相互作用，做出本世纪未来几十年全球或区域的极端气候事件变化的预估。也有些研究用同样的方法，预估未来达到各种温升控制目标时，如未来全球升温1.5℃，2.0℃或更高，计算高温和极端强降水的变化的预估。计算方法主要采用的模式来自第三次和第五次全球气候模式对比计划给出的全球气候模式和地球系统模式，(简称CMIP3和CMIP5)，未来预估的人类排放情景分别选用各国政府间气候变化委员会IPCC给出的SRES A2 (高排放)、A1B (中排放)和B1 (低排放)，以及RCP2.6 (低排放)、RCP4.5 (中低排放)、RCP6.0 (中排放)和RCP8.5 (高排放)。计算未来预估的变化是相对于目前气候态的变化，其气候态一般取20世纪后几十年的平均表示，或取20世纪后期到21世纪初期的几十年的平均表示 [1] [2] 。这些研究方法存在的问题是，一方面全球气候模式对于模拟区域尺度气候变化特别是极端气候事件的变化的可靠性较低，另一方面人类排放情景是设定的，不一定是真实的排放。这些都有待进一步的改进。
未来中国的热浪与极端强降水如何变化是人们关注的焦点，类似国外的研究，国内目前做未来气候变化预估主要应用的工具也是第三次和第五次全球气候模式对比计划(分别简称CMIP3和CMIP5)提供的模式，以及区域气候模式的计算结果，经过与观测对比评估检验表明，大多数CMIP3和CMIP5模式以及区域气候模式能够较好的模拟出中国热浪和极端强降水的空间分布特征和热浪的时间变化特征，但是模拟极端强降水的时间变化特征稍差 [3] [4] 。同样类似国外的做法，未来预估的人类排放情景分别选用IPCC给出的SRES A2 (高排放)、A1B (中排放)和B1 (低排放)，以及RCP2.6 (低排放)、RCP4.5 (中低排放)、RCP6.0 (中排放)和RCP8.5 (高排放)。预估的变化同样是类似于国外的研究，相对于目前气候态的变化 [1] [2] 。本文综述近些年对这些方面的研究，即对未来中国热浪和极端强降水变化的预估，特别是当全球达到不同的温升控制目标时这两类极端气候事件的变化预估。
2. 未来中国热浪变化的预估
热浪的指标和定义：描述极端温度变化的常用指标为暖昼日数、暖夜日数、冷昼日数、冷夜日数、暖日持续日数和冷日持续日数。中国热浪的定义很多，常用指标有：热浪频次、最长热浪持续天数、热浪日数和高温(日最高气温 ≥ 35℃)日数。
热浪预估方法：一般用多个全球气候模式(CMIP3和CMIP5)考虑人类排放高、中和低情景，计算各个模式和所有模式集合平均对中国和分区热浪未来几十年相对于目前气候态的变化的预估。少量研究用中国区域气候模式考虑未来人类排放情景做热浪的预估。
综合多个研究结果：表1给出自2010年以来用CMIP3和CMIP5全球气候模式与区域气候模式做中国热浪预估的研究 [5] [6] [7] [8] [9] ，从表中注意到：1) 大约50个气候模式一致预估由于人类排放增加，未来中国暖日和暖夜将明显增加，冷日和冷夜将明显减少；2) 大约35个模式预估，随着人类排放增加，热浪日数将会增加且强度增强；3) 考虑人类中等排放情景，到2024年前，至少有50%的夏季气温比2013年更炎热；4) 由于气候模式模拟气温变化的能力较高，并且研究结论来自大量模式的模拟结果，因此对未来的中国热浪变化预估的可靠性很高。
3. 未来中国极端强降水变化的预估
极端强降水的指标和定义：中国地域辽阔，各个地区的地理环境差异大，降水变化随不同区域而有明显的不同，表征极端强降水的指标很多，有些以1日或5日降水量或强度表示，有些用日降水量大于25毫米(大雨)或大于50毫米(暴雨、大暴雨、特大暴雨)的日数表示，也有用降水百分率(如95%或99%，简称R95p或R99p)表示。
极端强降水的预估方法：一般用多个全球气候模式(CMIP3和CMIP5)考虑人类排放高，中和低情景，计算各个模式和所有模式集合平均对中国和分区强降水未来几十年相对于目前气候态的变化的预估。少量研究用中国区域气候模式考虑未来人类排放情景做极端强降水的预估。
综合多个研究结果：表2给出自2010年以来用CMIP3和CMIP5全球气候模式与区域气候模式做中国极端强降水变化预估的研究 [8] [10] - [15] 。从表中看到：1) 大约70个气候模式一致预估由于人类排放增加，未来中国极端强降水事件将有增加趋势；2) 长江流域降雨强度和最大5日降水总量频次的增加最强，洪涝灾害风险明显增加；3) 东北地区、华北地区、华南与东南沿海地区以及西北地区和青藏高原极端强降水可能更加频繁并且强度更大；4) 由于气候模式对中国降水的模拟效果较差，特别是极端强降水的模拟存在更大的不确定性，因此，研究成果有待更多的研究进行进一步的验证。
4. 不同全球温升控制目标下中国热浪与极端强降水变化预估
不同全球温升控制目标的提出：2009年在丹麦哥本哈根召开的《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)第15次缔约方会议上，提出将全球平均温度相对于工业革命前的升幅控制在2℃以下，2℃温升控制目标已经被很多国家接受和采用 [16] 。2010年在墨西哥坎昆召开的第16次缔约方会议再次确认了2℃温升控制目标 [17] 。2015年在法国巴黎召开的第21次缔约方会议和联合国气候变化大会，继续明确提出与工业化前相比，将全球温升控制在2℃以下，并且更进一步提出尽可能争取将温升控制目标限制在1.5℃以下 [18] 。
不同全球温升控制目标下热浪和极端强降水的预估方法：利用多个全球气候模式(CMIP3和CMIP5)
Table 1. Studies on projections of heat waves in China by using CMIP3 and CMIP5 global climate models since 2010
表1. 自2010年以来用CMIP3和CMIP5全球模式做中国热浪预估的研究
Table 2. Studies on projections of extreme heavy rainfall in China by using CMIP3 and CMIP5 global climate models since 2010
表2. 自2010年以来用CMIP3和CMIP5全球模式做中国极端强降水预估的研究
考虑多种未来人类排放情景，计算未来达到某个全球温升控制目标如2.0℃出现的时间，由此进一步预估那个时段相对于目前气候态的热浪和极端强降水的变化。
综合多个研究结果：目前中国的研究多数是预估达到2℃温升控制目标时中国的气候变化，少量预估多种温升控制目标(如从1.5℃、2.0℃到5.0℃)下中国的气候变化 [19] - [25] 。表3给出自2010年以来用CMIP3和CMIP5模式对全球不同温升控制目标下中国气候变化预估的研究，从表中注意到：1) 100多个气候模式考虑中等排放情景(如A1B和RCP4.5)，全球增温达到2℃ (约在2040~2060年)时，中国年平均温度变暖约2.5℃~2.9℃；2) 2℃温升控制目标时，中国热浪日数增加，强度增强，强降水亦有增强和增多的趋势；3) 考虑RCP8.5高排放情景，在达到2℃温升控制目标(约2025~2045年)时，与目前气候(1971~2000年)对比，每年中国热浪日数将增加7天，中国极端强降水量(R99p)将可能增加38毫米；4) 当
Table 3. Studies on projections of climate change in China by using CMIP3 and CMIP5 under the different global warming targets since 2010
表3. 自2010年以来用CMIP3和CMIP5对不同全球温升控制目标下中国气候变化预估的研究
全球温升控制目标从1.5℃增加到5.0℃时，中国热浪与极端强降水随着温升控制目标的增加而增强、频次增多。5) 预估中国各个分区的热浪和极端强降水的变化有所不同，以江淮地区和华南最明显，例如当全球温升控制目标为1.5℃时，江淮地区和华南热浪日数分别增加7天和10天，极端强降水分别增加44毫米和49毫米；6) 不同温升控制目标下，相对应达到某个温升控制目标的时间随着选用的模式和情景的不同差异较大，中国热浪与极端强降水变化的预估也随着所选用的气候模式以及人类排放情景的不同而改变，因此存在较大的不确定性，有待更多的研究，通过进一步发展模式，给出更适合的人类排放情景，才有可能增加不同温升控制目标下气候变化结论的可靠性。
5. 结论和讨论
结论：做气候变化的预估需要利用全球和区域气候模式，使用最多的是CMIP3和CMIP5全球气候模式，评估表明，这些模式以及它们的集合有较强的能力模拟中国热浪的变化特征，对中国的极端强降水也具有一定的模拟能力。利用CMIP3和CMIP5模式，考虑人类排放增加的各种情景，如RCP的高中低情景：RCP8.5、RCP6.0、RCP4.5和RCP2.6，做中国热浪和极端强降水预估，主要结论有：
1) 气候模式考虑人类排放增加，预估中国暖日和暖夜将增加，冷日和冷夜将减少，中国热浪频次明显增加，强度增强，具有高的可靠性。值得注意的是，有研究利用26个CMIP5模式考虑人类中等排放情景，到2024年前，至少有50%的夏季比2013年更热；
2) 人类排放增加，中国极端强降水将可能频次增加，强度更强，尤以长江流域更明显，其降雨强度和最大五天降水总量频次的增加最强，洪涝灾害风险明显增加，具有较高的可靠性；
3) 计算不同温升控制目标下，例如UNFCCC提出的1.5℃或2.0℃，考虑中等排放情景，分别发生在大约2026年或2029~2047年，中国热浪频次将增加和强度增强，极端强降水的强度和频次也可能增强和增加。考虑高排放情景，在达到全球温升控制目标2℃，大约2037~2038年时，与目前气候(1971~2000年)对比，每年中国热浪日数将增加7天，中国极端强降水量(R99p)将可能增加38毫米。
讨论：需要强调指出的是，目前做热浪和极端强降水未来变化预估都是采用全球和区域气候模式，考虑未来不同的人类排放情景，由于气候模式的不确定性和人类排放情景的复杂性，造成未来气候变化的预估存在较大的不确定性，尤其是降水的预估，因此综述给出的中国热浪和极端强降水未来变化的预估只是趋势性的预估，有待更多的研究做进一步的验证。尚需提出的是，不同全球温升目标下的热浪和极端强降水变化的预估，对于不同气候模式出现同一全球温升控制目标的时间差异较大，因此也带来预估的不确定性，有待进一步提高模式的模拟能力。
基金项目
公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306019)，中国清洁发展机制基金赠款项目(121312)。