人类活动对轨道尺度全球季风区降水影响的模拟研究【封面文章】

目前，人类活动导致的温室气体增加是全球气候变化的主要驱动因素之一，但其在轨道尺度上对未来气候影响的研究却很少。利用海-陆-气耦合模式，对早全新世（距今10 ka前）、现代和未来10 ka后的气候进行了一系列敏感性数值试验，主要探讨了在轨道尺度上自然强迫和人为温室气体对全球季风区气候变化的可能影响。模拟结果表明：在自然强迫驱动下，未来10 ka后的地球气候与早全新世类似，北半球的地表温度和降水将高于工业革命前的水平，而南半球则相反。在人类活动驱动下，未来10 ka后全球地表温度将显著增加，除北美季风区外，所有季风区雨季的降水都将增加。受人类活动的影响，与工业革命前相比，极端降水和大气有效降水也将增加。在自然强迫下，雨季大气有效降水的增加主要是由于动力作用引起的大气环流增强，而人类活动引起的现代和未来10 ka后大气有效降水的增加主要是由于热力作用引起的大气水汽增加所致。     

近33 a西北太平洋极端海表温度事件的变化特征及与ENSO的关系

使用1982~2014年美国国家海洋和大气管理局（national oceanic and atmospheric administration,NOAA）最优插值1/4度逐日海温分析资料,分析西北太平洋极端海表温度（sea surface temperature,SST）事件的变化特征,探讨极端SST事件与ENSO（El Ni?o-southern oscillation,ENSO）之间的关系。结果表明:极端高温事件的频率明显增大,20世纪80年代为2~5 a一遇,20世纪90年代为1~4 a一遇,21世纪以来,除2004和2011年外,其余年份均有发生。极端高温发生天数呈线性增加趋势,增长速率为30 d/10 a。单次极端高温事件持续时间逐渐增长,增长速率为0.56 d/次,且平均温度和最高温度也呈上升趋势,上升速率分别为0.032℃/次和0.049℃/次。相反的是,极端低温事件的频率明显减小,1982~2000年为1~2 a一遇,21世纪以来,发生次数明显减少。极端低温发生天数和单次事件的持续时间均明显减少,减少速率分别为-27 d/10 a和-1.6 d/次。单次极端低温事件的平均温度和最低温度呈线性上升趋势,增长速率分别为0.0087℃/次和0.017℃/次。极端高温事件呈现1~4 a和4~7 a周期的高低频震荡,低温事件呈现多尺度周期变化,主周期尺度为3~4 a。Nino 3.4区下半年ENSO指数与西北太平洋极端高温呈显著负相关,与极端低温事件呈显著正相关。意味着在La Ni?a年份,极端高温事件更容易发生。反之,在El Ni?o年份,极端低温事件容易发生。     

红原泥炭腐殖化度记录的全新世气候变化

腐殖化度作为气候代用指标首次用于我国泥炭的古气候研究 ,较好的记录了红原地区全新世的气候变化。对红原泥炭14 C测年和腐殖化度分析 ,获得了距今 12 0 0 0年较高分辨率红原地区气候变化记录 :11.815～ 10 .9kaB .P .,气候干冷 ;10 .9～ 5 .6kaB .P .,气候湿暖 ;5 .6～ 3.9kaB .P .,气候干冷 ;3.9～ 1.7kaB .P .,气候干冷、湿暖波动 ;1.7～ 0kaB .P .,气候干冷。总体而言 ,大约 5 .6kaB .P .是红原地区由早中全新世的湿暖气候向晚全新世干冷气候变化的转折点。同时 ,红原泥炭记录的降温事件在北半球具有普遍性 ,反映了青藏高原对全球气候变化的响应。     

温度三区间理论评价气候变化对作物产量影响

传统平均温度法往往无法表征极端温度事件对作物产量的作用,导致气候变化对产量影响的评估结果与实际情况存在较大偏差.鉴于此,论文提出了温度三区间理论.该理论基于作物生长发育各阶段的生物量指标以及最终产量随温度变化呈现出三区间的响应关系,分别评价正常温度、极端低温以及极端高温对产量的影响.为了验证温度三区间理论的科学性和可行性,论文以黑龙江省玉米为例,通过构建包括三区间积温指标和降水量指标的统计模型来评价气候变化对玉米单产的影响,并将此结果和平均温度法相比较,研究发现温度三区间评价法更能客观全面地评价气候变化对作物产量的影响,为这方面的研究提供了新思路.     

河南马沟洞石笋记录的早中全新世气候和环境变化

基于河南省禹州市马沟洞2支石笋(MG-1与MG-40)24个~(230)Th年龄和1988个氧同位素数据,建立了研究区13.1—4.9 ka BP分辨率为2—14 a的石笋氧同位素时间序列。马沟洞石笋δ~(18)O的时间序列揭示季风降水在11.2—9.1 ka BP时段在波动中逐渐增加,9.1—4.9 ka BP季风降水显著波动但无明显长期趋势变化。YD事件、9.3 ka事件、8.2 ka事件记录与其他石笋δ~(18)O记录的一致性揭示末次冰消期—早全新世百年—千年尺度气候突变事件的大范围存在和共同的驱动因子。马沟洞全新世大暖期的δ~(18)O记录中检测出的13个数十年尺度的弱季风事件进一步证实全新世大暖期气候的不稳定性。与大气⊿~(14)C记录、NGRIP冰芯δ~(18)O记录的对比及周期分析揭示,太阳活动引起的太阳辐射变化和北半球高纬气候状况共同影响着亚洲季风的变化,ENSO活动及气候系统内部的相互作用也对东亚夏季风降水产生重要的影响。     

中国全新世气候变化研究进展

全新世气候变化研究是古气候研究的一个重点。中国全新世气候变化的研究也是全球变化研究中重要的一部分。大量的研究工作为恢复中国全新世气候做了重大贡献。中国地形地貌复杂 ,又处在具有复杂时空变率的东亚季风控制范围内 ,这使得不同的研究工作者在一些问题上存在意见分歧。比较统一的意见是 :中国全新世始于约 10 .5kaBP ;在约 9～ 8kaBP左右为一段降温期 ;7～ 4kaBP为一段温暖期 ,通常称之为全新世大暖期 ;大约 3kaBP左右开始降温 ,至近代才又升温 ;约 130 0aA .D .左右进入小冰期 ,到 185 0aA .D .左右结束 ,其间又有几次比较明显的温度振荡。 185 0aA .D .至今为温度的上升期。对于气候变动的驱动因素 ,不同的学者看法不一 ;从长时间尺度看 ,太阳辐射变化是气候变化的主要驱动力。     

最近和未来欧洲气候变化的特征

为了从日温度和日降水变化的层次来研究欧洲未来的气候,进行了6个区域气候模型的试验,研究了上述变量概率分布的变化.研究发现,这些分布的非对称性随地点和季节的变化各不相同.夏季中欧、东欧、南欧极端最高温度的大幅度变化之后,通常会出现暖季高于平均的温度升高,与此类似,东欧和北欧寒冷日温度的升高也显著大于冬季平均温度的升高.将冬季温度的模型模拟值与历史观测资料值进行比较,结果表明模拟值与观测值在日变率方面是相似的.特别地,和历史上寒冷时期相比,观测到的温暖时期平均温度在增加,而较这种增加强烈得多的寒冷日温度增加也被模型模拟了出来.在欧洲绝大部分地区和所有季节,强降水事件在模拟中的作用增加.     

报告称过去130年来全球平均升温0.85℃

正从1880~2012年,全球地表平均温度升高了0.85℃,其中北半球高于南半球,冬半年升温高于夏半年.这是记者从中国气象局11月24日召开的IPCC(政府间气候变化专门委员会)第五次评估报告综合宣讲会上获悉的.根据这份报告,近百年全球气候变暖体现在全球气温升高、海洋变暖、冰雪大范围融化、海平面持续上升等诸多方面.1880~2012年,全球地表平均气温大约上升了0.85℃.在北半球,1983~2012年可能是过去1400年中最暖的30     

梵净山世界自然遗产地全新世以来的古气候变化

全新世是距离人类最近的间冰期,其气候变化受到广大学者的关注。中国东亚季风区全新世以来的气候变化对于揭示全球气候变化的驱动机制、预测未来气候变化具有重要意义。本研究通过对地处西南季风与东南季风过渡区的贵州梵净山世界自然遗产地九龙池湿地冰蚀湖相沉积JL15柱芯样品剖面孢粉、烧失量、碳氮含量的分析,结合加速器质谱(AMS)14C测年结果,建立了该地区全新世以来的古环境演变序列。结果表明,梵净山地区全新世以来经历了冷干期、过渡期、暖湿期、暖干期和冷干期5个阶段,其中第Ⅲ阶段(8. 0～4. 6 cal ka BP)可能为全新世大暖期的鼎盛期。总体而言,全新世早中期由干冷转为暖湿,后期气候逐渐转为寒冷干燥,但存在变暖的趋势。JL15柱芯共记录了全新世以来5次较明显的降温事件:2. 6、3. 4、4. 2、9. 4和10. 0 cal ka BP,其中与北大西洋浮冰碎屑(IRD)事件有联系的是4. 2和9. 4 ka事件。与西南地区其他气候记录相似,梵净山JL15柱芯所反映的冷事件与IRD事件存在一定联系,但也存在差异性,这可能与全球气候变化驱动机制的复杂性有关,需要后续研究的进一步探讨。     

全新世哈尼泥炭地碳积累速率及影响因素

本工作研究了全新世中国东北地区哈尼泥炭地的碳积累速率与气候变化的响应机制。综合多指标腐殖化度、有机碳含量、干容重和纤维素碳氧同位素重建了哈尼地区全新世气候变化历史,并且基于定年、有机碳含量和干容重得到碳积累速率数据。哈尼泥炭时间加权平均碳积累速率28.3gC/(m2·a)。B/A暖期后期温暖湿润气候有利于碳积累,出现碳积累高峰。相对寒冷的新仙女木期碳积累速率有所降低。温暖湿润早中全新世虽有高泥炭分解,但高初级生产力还是占据主导作用,出现高碳积累速率。期间有两次火山碎屑层扰动了泥炭发育,导致碳积累速率下降。高碳积累速率一直持续到4ka BP左右大暖期结束。4.0~1.6ka BP太平洋季风减弱,泥炭表面偏干,加之降温导致低初级生产力,最终导致此阶段碳积累速率显著降低。之后季风不断增强,碳积累速率也随之增加。八次IRD降温,小冰期和新仙女木降温在哈尼都是冷湿气候组合。冷湿气候虽使有机物分解降低,但更大程度的抑制了初级生产力发展,导致低碳积累速率。     

Hot bats: extreme thermal tolerance in a desert heat wave

Climate change is predicted to increase temperature extremes and thus thermal stress on organisms. Animals living in hot deserts are already exposed to high ambient temperatures (T _a) making them especially vulnerable to further warming. However, little is known about the effect of extreme heat events on small desert mammals, especially tree-roosting microbats that are not strongly protected from environmental temperature fluctuations. During a heat wave with record T _as at Sturt National Park, we quantified the thermal physiology and behaviour of a single free-ranging little broad-nosed (Scotorepens greyii, henceforth Scotorepens) and two inland freetail bats (Mormopterus species 3, henceforth Mormopterus) using temperature telemetry over 3 days. On 11 and 13 January, maximum T _a was ～45.0 °C, and all monitored bats were thermoconforming. On 12 January 2013, when T _a exceeded 48.0 °C, Scotorepens abandoned its poorly insulated roost during the daytime, whereas both Mormopterus remained in their better insulated roosts and were mostly thermoconforming. Maximum skin temperatures (T _skin) ranged from 44.0 to 44.3 °C in Scotorepens and from 40.0 to 45.8 °C in Mormopterus, and these are the highest T _skin values reported for any free-ranging bat. Our study provides the first evidence of extensive heat tolerance in free-ranging desert microbats. It shows that these bats can tolerate the most extreme T _skin range known for mammals (3.3 to 45.8 °C) and delay regulation of T _skin by thermoconforming over a wide temperature range and thus decrease the risks of dehydration and consequently death.     

全球变暖背景下中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山气候变化研究进展

中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山山脉（HKT）是气候变化敏感区,其在全球变暖背景下的气候变化对区域生态和经济系统的稳定性及可持续发展有重要意义。目前对中亚高海拔地区的研究多集中于局部区域,有关HKT地区气候变化的综合对比分析较为缺乏。本文对HKT地区现代气候变化的相关研究成果进行简单梳理和回顾,重点总结了HKT地区气候变化特征、影响机制及其与全球变暖的联系。结果表明：（1）近60 a,HKT地区不同区域气候的时空特征存在差异,从时间上看,天山的年均温及年降水量均呈上升趋势,而兴都库什-喀喇昆仑山的年均温呈不显著增加趋势,其年降水量变化趋势不稳定;从空间上看,HKT地区山脉南坡气温高于北坡,但北坡降水量高于南坡,且天山南北坡年降水均呈上升趋势。（2）HKT地区的气候变化除了受西风环流、南亚印度季风及局地条件等影响外,还受到北大西洋涛动和厄尔尼诺-南方涛动等大尺度气候模态的调制,如兴都库什-喀喇昆仑山脉在NAO正（负）位相和ENSO暖（冷）位相降水趋于增加（减少）。     

生物炭添加对土壤温室气体排放影响的长短期效应研究进展

人类活动引起的大气温室气体浓度增加是气候变暖的主要原因,全球变暖已经成为了当今人类社会所面临的严峻挑战,应对气候变暖的关键是减少温室气体排放和增加生态系统碳汇,由于生物炭特有的理化和生物学特性,将其施入土壤被认为是一种有前景的减排增汇措施.因此进行生物炭对土壤温室气体排放的影响研究对于减缓温室效应和实现“碳中和”具有重要意义.通过综述生物炭对土壤温室气体排放影响的长短期效应及其影响机制,发现生物炭添加对土壤温室气体排放的影响因生物炭原料类型、热解温度、添加量、土壤和植被类型的不同而不同.此外,因老化时间、老化方式和培养方法的不同,老化生物炭对土壤温室气体的减排效应可能增强或减弱甚至消失.同时,在总结现有研究不足的基础上,对未来生物炭影响土壤温室气体排放研究的方向和重点进行了分析和展望,提出了今后应加强CO₂、 N₂O和CH₄排放影响的同步研究、减排与固碳效应的同步研究、不同老化方式生物炭和不同培养方法的联合研究和利用¹³C和¹⁵N示踪技术从过程层次上揭示影响机制.     

To use or not to use torpor? Activity and body temperature as predictors

When food is limited and/or environmental conditions are unfavourable, many mammals reduce activity and use torpor to save energy. Nevertheless, reliable predictors for torpor occurrence, especially in the wild, are currently not available. Interrelations between torpor use and other energy conserving strategies are also poorly understood. We tested the hypothesis that reductions in normothermic body temperature (T _b) and the period of activity before torpor events could be used as predictors for torpor occurrence in sugar gliders, Petaurus breviceps (body mass, ∼125 g), known to display daily torpor in the wild. Occurrence of torpor was preceded by significant (∼10–25%) reductions of the duration of the activity phase. Moreover, the normothermic resting T _b fell by an average of 1.2°C over 3 days before a torpor event, relative to individuals that did not display torpor. Our new findings suggest that before entering torpor, sugar gliders, which appear to use torpor as an emergency measure rather than a routine energy saving strategy, systematically reduce activity times and normothermic resting T _bs to lower energy expenditure and perhaps to avoid employing torpor. Thus, reduced activity and normothermic T _b may provide a predictive tool for the occurrence of daily torpor in the wild.     

河南信阳市近62年来极端气温变化特征及周期分析

通过对河南省信阳市每日气温资料的搜集和整理,运用线性拟合及累积距平、Morlet复数小波等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。研究了信阳地区近62年来极端气温变化特征及周期性。结果表明,近62年来信阳地区的极端最高气温几乎没有变化,极端最低气温在波动变化中有小幅上升趋势,夏日、热夜、暖夜天数呈现波动上升,冰日、霜日、冷夜、冷日天数呈下降趋势。极端最高气温、极端最低气温、冷夜、暖夜、冷日、暖日都存在35 a左右的周期。夏日、冰日、热夜、霜日存在37 a左右周期。冰日的变化存在着5个左右的周期,极端最低气温、冷日与冷夜的变化存在4个左右的周期。其中极端最低气温、霜日、冰日、冷夜、冷日、暖夜都有5 a以下的周期。冷夜和暖夜、冷日和暖日、夏日和冰日以及热夜和霜夜存在负相关的关系,其中冷夜和暖夜以及热夜和霜日的变化幅度较大,它们之间有负相关关系。冷日和暖日以及夏日和冰日的变化较小,负相关的关系不太明显。总体来说,近60年来,信阳地区极端天气热指数呈上升趋势,极端天气冷指数呈下降趋势,整体气温呈现上升的趋势,其中近二十年气温上升更明显。     

Diagenesis of Upper Carboniferous rocks in the Ouachita foreland shelf in mid-continent USA: an overview of widespread effects of a Variscan-equivalent orogeny

Diagenesis of Upper Carboniferous foreland shelf rocks in southeastern Kansas took place at temperatures as high as 100–150° C at a depth of less than 2 km. High temperatures are the result of the long distance (hundreds of kilometers) advection of groundwater related to collisional orogeny in the Ouachita tectonic belt to the south. Orogenic activity in the Ouachita area was broadly Late Carboniferous, equivalent to the Variscan activity of Europe. Mississippi Valley-type Pb-Zn deposits and oil and gas fields in the US midcontinent and elsewhere are commonly attributed to regional groundwater flow resulting from such collisional events. This paper describes the diagenesis and thermal effects in sandstone and limestone of Upper Carboniferous siliciclastic and limestone-shale cyclothems, the purported confining layer of a supposed regional aquifer. Diagenesis took place in early, intermediate, and late stages. Many intermediate and late stage events in the sandstones have equivalents in the limestones, suggesting that the causes were regional. The sandstone paragenesis includes siderite cement (early stage), quartz overgrowths (intermediate stage), dissolution of feldspar and carbonates, followed by minor Fe calcite, pore-filling kaolinite and sub-poikilotopic Ca ankerite (late stage). The limestone paragenesis includes calcite cement (early stage); megaquartz, chalcedony, and Fe calcite spar (intermediate stage); and dissolution, Ca-Fe dolomite and kaolinite (late stage). The R _m value of vitrinite shows a regional average of 0.6–0.7%; Rock-Eval T _maX suggests a comparable degree of organic maturity. The T _h of aqueous fluid inclusions in late stage Ca-Fe-Mg carbonates ranges from 90 to 160° and T _mice indicates very saline water (>200000 ppm NaCl equivalent); ¹⁸O suggests that the water is of basinal origin. Local warm spots have higher R _m, T _max, and T _h. The results constrain numerical models of regional fluid migration, which is widely viewed as an artesian flow from recharge areas in the Ouachita belt across the foreland basin onto the foreland shelf area. Such models must account for heating effects that extend at least 500 km from the orogenic front and affect both supposed aquifer beds and the overlying supposed confining layer. Warm spots indicate either more rapid or more prolonged flow locally. T _h and T _mice data show the highest temperatures coincided with high salinity fluids.     

近50 a来海南岛不同气候区气候变化特征研究

利用均匀分布在海南岛的7个国家标准气象站1959-2008年温度和降水资料以及海南岛气候区划成果,研究海南岛近50 a来不同气候区的气候变化特征,结果显示:近50 a来海南岛各气候区的温度总体呈上升趋势,并以东北区及西南区温度上升最为明显,其次是中部山区、东南区和西北区。在年际尺度上,不同温度指标的增幅大小排列为:年平均最低温度(T_min)>年平均温度(T_mean)>年平均最高温度(T_max)。在季节尺度上为:秋季和冬季>春季和夏季。不同气候区各季节的增温幅度地区间差异与年际尺度相似。各气候区的年平均温度都有突变发生。其中,西南区的突变时间为1972-1974年,西北区为1979年,东北区为1987年,东南区为1985-1990年,中部山区为1990年。各气候区累年平均降水量差异较大,以中部山区降水最为丰沛,西南区相对较少;各气候区在年际尺度上的降水波动较大,除西南区外,年降水量距平都未通过P<0.05的显著性检验。干季和湿季的降水量对年降水总量的贡献率以湿季最大,为80%,干季较小,为20%;干季多小雨,湿季多大雨。在干季,中部山区降水的贡献率最大,其他气候区相对较小,而湿季却相反。各气候区大雨和暴雨的降水量约占年降水总量的50%;西南区为大暴雨及特大暴雨多发地区。     

Somatic and genetic effects of the increase of carbon dioxide and other trace gases in the atmosphere through changes of radon and thoron exhalation rates and other factors

Somatic and genetic effects of the increase of greenhouse gases are investigated. The exhalation rates of radon and thoron are affected by the climate change through the temperature rise itself, melting of snow and ice and the change of soil moisture, and the lung cancer rate is affected by these changes. On the other hand the greenhouse warming of the troposphere leads to cooling of the stratosphere, which protects the O₃ layer and reduces skin cancer. In the genetic side the temperature rise is harmful for sperm. The Rn increase leads to an increase of chromosome aberrations. Crude estimates of these effects show that the soil moisture effect is probably the largest, but the O₃ protection effect may also be significant.     

模拟酸雨对福州平原水稻田温室气体排放的影响

农田生态系统是温室气体的重要排放源,研究酸雨对水稻田温室气体排放及其综合增温潜势的影响,对我国酸雨背景下农田生态系统固碳减排具有重要的现实意义.本文以福州平原水稻田为研究区,通过模拟酸雨探讨其对水稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量及其综合增温潜势的影响.结果表明:模拟酸雨并未显著改变早、晚稻田CO_2、CH_4和N_2O排放的季节变化规律,但降低了其排放通量.与对照组相比,pH=4.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量依次降低11.54%、133.33%和22.22%,晚稻田CO_2和N_2O平均排放通量依次降低39.53%、156.00%,而CH_4平均排放通量与对照组差异不显著;pH=3.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量分别降低10.82%、75.00%、54.00%,晚稻田平均排放通量分别降低17.32%、20.00%和197.67%.综合增温潜势表明,CO_2的增温潜势显著高于CH_4和N_2O,是稻田生态系统中温室效应的主要温室气体,在pH=4.5和pH=3.5的酸雨作用下,早、晚稻田生态系统温室气体综合增温潜势均降低.     

The response of a mid- and high latitude peat bog to predicted climate change: methane production in a 12-month peat incubation

There are fears that global warming will lead to degradation of peatlands, higher emissions of greenhouse gases from peat, and accelerated warming. Anaerobic decomposition of organic soils produces methane (CH₄), a potent greenhouse gas. Two peat bogs differing in mean annual temperature, Velke Darko (VD, Czech Republic, 7.2 °C), and Stor Åmyran (SA, Sweden, 4.0 °C), were selected for a comparative study of how organic soils in different climatic zones will respond to warmer and drier conditions. Twenty peat cores from each bog were incubated in growth chambers. Under present-day summer conditions, VD produced 14 times more CH₄ than SA. Two different warming scenarios were used. Peat-core replicates were kept at temperatures of 11 versus 16 °C, and 11 versus 22 °C. From 11 to 16 °C, the CH₄ production slightly decreased at SA, and slightly increased at VD. From 11 to 22 °C, the CH₄ production increased 9 times at SA, but slightly decreased at VD. After an 8-month incubation, peat cores under drying conditions (water table at ?14 cm) were compared to samples with original water table (?2 cm). Drying conditions led to a steeper reduction in CH₄ production at VD, compared to SA. The CH₄ production decreased more than 100 times at VD. Then, the combined effect of simultaneous warming and drying at 11 and 22 °C was studied. We did not find any significant effect of interactions between increasing temperature and decreasing water table level. Overall, the warmer site VD responded more strongly to the simulated climate change than the colder site SA.