柴达木盆地气候变化的区域显著性及其成因研究

利用1961—2013 年柴达木盆地气温、降水等气象资料和高原季风、西风环流等相关大气环流及植被覆盖数据分析了柴达木盆地气候变化时空规律,揭示了其区域气候变化显著性的成因.研究表明:近53 a 来柴达木盆地气候变化呈显著增暖趋势,年平均气温气候倾向率达0.48 ℃/10 a,增幅明显高于整个青藏高原乃至全国和全球平均水平;滞后于变暖,柴达木盆地气候趋于明显变湿,其降水量和降水日数均呈增多趋势,达到95%以上信度的显著性水平;气候暖湿化具有明显的经向地带性分布规律,气候变暖显著的区域气候变湿相对不甚明显,反之亦然;在全球变化背景下,太阳辐射减小、高原季风趋于强劲、西风环流略弱和盆地植被覆盖恢复并具有明显的经向地带性变化特征,是造成柴达木盆地气候变化具有上述区域特征的气候成因.     

长江源区降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源

基于长江源区冬克玛底流域2014年5～10月连续采集的73个降水同位素数据,结合相关气象资料,分析了降水中δD、δ~(18)O及氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ~(18)O与气温、降水量的关系,利用HYSPLIT模型追踪流域降水的水汽来源并估算不同水汽来源对降水量的贡献比例.结果表明:研究区降水中δ~(18)O和δD变化范围分别为-26.5‰～1.9‰和-195.2‰～34.0‰,且δ~(18)O和δD值随时间变化波动较大,与不同来源水汽输送有直接的关系;区域降水线的斜率和截距均大于全球大气降水线,与青藏高原北侧地区的降水线相近;不同降水类型中的δ~(18)O和δD的关系差异显著,主要与水汽来源和形成降水时的气象条件有关;由于受局地蒸发水汽及水汽输送过程影响,流域大气降水d-excess值整体上相对偏大;研究区的降水同位素存在显著的降水量效应,但不存在温度效应,表明降水量对大气降水中稳定同位素含量的控制作用更强;水汽来源轨迹表明,研究区大气降水水汽来源主要有西南季风携带的海洋性水汽、局地蒸发水汽及西风输送水汽,对降水量的贡献比例分别为43%、36%和21%.该研究结果有助于进一步了解长江源头区冬克玛底流域的大气环流特征及水循环过程.     

夏季风水汽输送对云南夏季旱涝的影响

利用欧洲中期天气预报中心的1961-2002年逐月再分析资料(ERA-40),计算夏季80°E~130°E, 0°~35°N区域内水汽通量及其散度,并使用EOF分解和小波分析等统计方法,对云南夏季水汽通量及其散度的时空特征进行诊断分析,结果表明:云南夏季风降水有两支水汽来源,最强一支来自越赤道气流转向后在孟加拉湾北上形成西南水汽输送,其水汽源地为印度洋、孟加拉湾,反映南亚季风对云南的影响;另一支为副热带高压南侧的东风气流,其源地是西太平洋、南海,反映东亚季风对云南的影响;云南夏季降水的主要水汽通道是南亚夏季风水汽输送。夏季风水汽通量矢量的第一特征向量分布型大致呈反气旋式水汽输送,对应云南夏季降水的一致偏多;水汽通量矢量场第二特征向量的分布大致为气旋式水汽输送,对应云南夏季降水偏少;第三特征向量为气旋式－反气旋式,造成云南夏季降水南北分布差异,反映云南夏季降水的南北差异。第一模态的水汽通量有很强的年际变化,在年代际变化上13~15 a周期较为显著,在年际变化上2~3 a的周期较显著;1960年以来水汽通量呈减少趋势为-0.105 kg(m·s)^-1/a。第二模态的水汽通量呈增加趋势,为0.566 kg(m·s)^-1/a,在年代际变化上11~15 a周期最为显著,从1970年代中期后水汽通量呈2~3 a的周期振荡。夏季异常旱涝年与来自孟加拉湾和南海地区的西南水汽输送的强度及位置有关,并且对流层中层的水汽输送起决定因素。     

1956—2012年三江源区河流流量变化及成因

为研究三江源区河流流量变化及其可能成因,在1956—2012年水文气象资料基础上,借助Mann-Kendall趋势检验、流量历时曲线等数理统计方法,分析了该区域流量的年际和年内变化,并通过双累积曲线、相关分析和贡献率分析等方法对影响流量变化的因素进行了探讨.结果表明:①近57 a来澜沧江源区和长江源区的年均流量均呈增加趋势,变率分别为0.47和2.12 m³/(s·a),黄河干流流量轻微减少〔-0.60 m³/(s·a)〕,部分支流流量有所增加;河流流量的年内分布有从双峰型向单峰型过渡的趋势.黄河源区高流量和低流量都减少,长江源区高流量和低流量均增加,而澜沧江源区高流量减小、低流量增加.②气温和降水的共同作用导致河流流量的年内分布呈双峰型或单峰型的特点,降水为主导因素,秋季降水量减少导致部分河段流量分布从双峰型向单峰型过渡.③河流流量和降水量的变化基本保持一致.黄河源区和澜沧江源区流量主要受东亚季风和西风控制,而长江源区流量主要受到青藏高原季风和东亚季风的影响.20世纪80年代以来,三江源区0 ℃等温层高度(16.28 m/a,P<0.001)和>0 ℃年积温(7.30 ℃/a,P<0.01)均呈显著增加趋势.在区域快速增温背景下,冰川和积雪消融给河流流量造成的短期增加效应不可持续,由此对水源涵养功能构成严重威胁.     

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。     

近30 a青藏高原夏季空中水资源时空变化特征及其成因

综合考虑高原大地形以及南亚季风、中纬西风带的影响,利用1979-2010 年NCEP/NCAR再分析资料,从高原整体空中水资源分布以及区域可降水量与水汽收支变化等方面剖析了青藏高原夏季（6-8 月）空中水资源时空变化特征及其机制。分析表明：除高原西北部外,其它4 个分区多年平均水汽净收支为汇。1979-2010 年,高原中南、东南与西北部可降水量与水汽净收支均呈递减趋势,东北部相反,中北部水汽净输入减弱但可降水量增加。高原空中水资源变化与中纬西风带和南亚季风水汽输送关联密切,区域西风、南亚季风活动减弱分别反映了高原中东部纬向水汽、30°N以南经向水汽输送的减少;而高原特有的地形分布加剧了各分区水汽净收支变化格局。     

青藏高原东北部气候变化的异质性及其成因

利用1961-2016年西宁等青藏高原东北部13个气象台站气温、降水等气象资料以及国家气候中心发布的南海季风指数、西伯利亚高压指数等大气环流特征量数据,分析近56年来气候变化与高原主体的差异性及其可能的气候成因。研究表明：近56年来青藏高原东北部气候变暖趋势十分显著,年平均气温气候倾向率高达0.39 ℃/10 a,呈现出三次明显的阶梯性增高态势,并于1994年前后发生了由冷到暖的突变,同时具有明显的空间差异性;年降水量及四季降水量均没有明显变化趋势,虽然经历了2002年左右由少到多的变化,但并未出现明显突变,年降水量具有3年、5年的准周期,而年降水日数微弱减少,降水强度呈增加趋势;该区域气候变化的年际波动主要受到东亚季风、高原季风和南海季风的年际振荡及其相互作用的影响,而西风环流的作用并不明显,植被覆盖的恢复既是对2002年以来降水量增加的具体反应,同时也对于气候变暖趋势起到了一定的缓和作用。     

黄河源区玛曲极端气候变化及生态环境影响研究

基于黄河源区玛曲1967-2014年的日气温和降水资料,利用时间变异性和相关性分析方法,对近几十年来玛曲极端气温和降水的变化进行了研究.结果表明:近几十年来研究区极端降水时间变化趋势不明显,但气温极端化趋势较为明显,极端气候的突变开始于1980年代;所有极端气温指数均呈现一致的显著增加或者减少趋势,极端降水指数在1980年代和1990年代间存在显著的波动特征,2000年后变化较为平稳;研究区极端气候变化与大尺度环流因子相关性较弱.极端气候变化将导致黄河源区涵养水源能力降低、草地退化沙化、湿地面积萎缩、水土流失加剧、生态难民增多.     

黄河源区玛曲极端气候变化及其生态环境影响研究

基于黄河源区玛曲1967—2014年的日气温和降水资料,利用时间变异性和相关性分析方法,对近几十年来玛曲极端气温和降水的变化进行了研究。结果表明:近几十年来研究区极端降水时间变化趋势不明显,但气温极端化趋势较为明显,极端气候的突变开始于1980年代;所有极端气温指数均呈现一致的显著增加或者减少趋势,极端降水指数在1980年代和1990年代间存在显著的波动特征,2000年后变化较为平稳;研究区极端气候变化与大尺度环流因子相关性较弱。极端气候变化将导致黄河源区涵养水源能力降低、草地退化沙化、湿地面积萎缩、水土流失加剧、生态难民增多。     

青藏高原隆升对我国西南地区气候的影响——从季风角度研究

青藏高原隆升作为新生代最重要的地质事件,对亚洲乃至全球气候演化产生了深刻的影响。我国西南地区因紧邻青藏高原、地形地貌复杂,该区青藏高原隆升的气候效应至今仍存在许多需要探讨的问题。本文通过整理总结青藏高原隆升与亚洲季风各子系统形成与发展的相关性,从季风的角度分析了高原隆升对西南地区气候的影响。主要结论如下：（1）对西南地区气候起控制性作用的东亚季风、南亚季风以及高原季风的形成与青藏高原的隆升密切相关。虽然东亚夏季偏南风在约22 Ma就因海陆差异形成,但冬季风却是在约7.2 Ma因青藏高原隆升才出现;南亚夏季风（西南季风）约在12 Ma因喜马拉雅山脉及临近山脉形成而出现,而其冬季风形成时间及原因与东亚冬季风相似,同样离不开青藏高原的隆升;高原季风形成的直接因素就是高原隆升,其约在36 Ma青藏高原主体隆升至约1500 m时才开始形成。（2）亚洲季风各子系统对西南地区的气候演变有重要影响。尽管东亚冬季风不能直接影响西南地区,但青藏高原隆升增强了海陆差异及其热源作用,在一定程度上扩大了东亚夏季风的影响范围,并给西南地区带来水汽;南亚冬季风使得西南地区变得相对寒冷干燥,而南亚夏季风因青藏高原的隆升得到进一步加强,其通过形成南北向的水汽通道成为西南地区温暖湿润气候的主导者;高原冬、夏季风随着青藏高原隆升使得西南地区季节性干冷与湿润气候的差异更加显著。     

三江源地区极端气候事件演变事实及其成因探究

利用三江源地区14个气象台站1962-2005年逐日气温、降水资料分析了该地区冷暖干湿极端气候事件的演变规律，探讨了其变化成因。研究表明：近44a来三江源地区气温等级由冷向暖转变，极端高温事件频繁发生，而极端低温事件则逐年减少，致使气温不断向着更高的均值状态持续增暖；尽管降水量干湿变化不甚显著，但降水的极端状况即严重干旱或暴雨事件均呈减少趋势，降水量的变化趋于稳定，降水变率减小；地形对极端气温、降水事件频次变幅的空间分布均有着较为显著的影响，且对后者的影响更为显著；高原季风、厄尔尼诺事件及高原积雪等因子的年际振荡是三江源地区极端气候事件发生频次波动的主要原因。     

2014—2018年冬季长三角强霾事件及天气形势影响分析

利用2014-2018年环保部空气污染监测资料以及同期NCEP/NCAR再分析资料,统计分析了冬季长三角地区强霾污染过程中大尺度环流背景场及气象要素对强霾污染的影响.结果表明：2014-2018年冬季长三角地区共发生5次强霾污染过程,每年冬季的12月和1月是强霾污染事件发生的高频时期.当大气中相对湿度维持在较高的水平并且维持较小的风速时,更有利于污染物的累积从而导致强霾污染事件的发生.雾霾天气的发生发展与大气环流有着密切联系,在强霾污染过程发生初期,污染物大多伴随冷空气由北向南输送至长三角地区,对流层中层500 hPa的大尺度环流形势多以纬向环流为主.严重污染发生时,长三角地区受平直西风气流影响,对流层低层850 hPa等压线较为稀疏,长三角地区受均压场或高压控制频繁,稳定的大气层结使污染物更易在近地层累积,随后大风伴随冷锋过境将污染物快速清洁导致PM_2.5浓度迅速降低.     

过去300a长江中下游异常丰梅事件变化与洪涝灾害

2016年6—7月,长江流域发生重大洪涝灾害,给社会生产和人民生活带来严重损失。而该时段内梅雨因其强降水过程频繁、持续时间长、雨量集中等特点成为主要致灾因子。论文利用历史文献和观测资料,构建了1736年以来异常丰梅事件年表,分析了其长期变化特征及与El Ni?o事件的统计关系,并诊断了El Ni?o造成异常丰梅事件的大气环流背景。结果表明:1736—2016年间共发生44次异常丰梅事件(含21次特大梅雨事件),其中1900年代、1910年代、1990年代是异常丰梅事件最为频繁的3个时段;与2016年梅雨特征相近的特大梅雨事件有21次。过去300 a间,异常丰梅事件与El Ni?o存在较好的对应关系,44次异常丰梅事件中37次发生在El Ni?o的当年或次年;在21次特大梅雨事件中16次伴随El Ni?o出现。伴随El Ni?o事件而发生的异常丰梅事件环流特点是中高纬经向环流偏强,我国境内水汽输送通道偏西、偏北,大量水汽滞留在长江流域,并与南下的冷空气交汇,从而形成持续性降水;而在El Ni?o次年,低纬存在较强且稳定的副热带高压,水汽输送路径偏北,长江中下游水汽输送通量显著增强,更容易导致异常丰梅事件的发生。     

2015/2016年海洋和大气环流异常对中国夏季降水的影响

利用1981年1月-2016年8月中国160个气象站降水量资料和NCEP/NCAR资料,对比分析了2015/2016年的主要海洋和大气环流异常及其对夏季降水的影响。结果表明：1）2015和2016年夏季降水异常分布有着明显的差异。2015年夏季降水呈南多北少特点;2016年夏季降水明显增多,尤其是北方地区,且呈现经向型分布。2）热带印度洋-太平洋海温状况监测显示,2015年海温异常表现为El Niño发展年、热带印度洋全区一致模态海温偏暖、印度洋偶极子正位相;2016年海温异常表现为El Niño结束年、热带印度洋全区一致模态海温偏暖、印度洋偶极子负位相。3）2015年,受热带印度洋-太平洋海温异常影响,使得夏季西太平洋副高偏强、偏南,再配合中高纬冷空气活跃,西风急流轴位置偏南,导致我国降水北少南多。4）2016年,受El Niño衰减、印度洋偶极子负位相影响,副高偏北;叠加印度洋海温偏暖的“充电器”效应,副高偏强;同时冷空气偏北偏弱,西风急流轴位置偏北,导致长江中下游及以北区域降水偏多。     

树轮记录的黄河源区过去390 a流量变化

论文利用采自黄河源区的两个样点的祁连圆柏树轮样本建立了区域树轮宽度年表,分析了树木生长与流量的关系,结果表明1—7月的平均流量与树轮宽度密切相关,相关系数达0.73。由此重建了黄河源区过去390 a来的流量变化,统计检验结果表明,重建方程方差解释量高达53.6%。重建序列大体经历了7个丰水期和10个枯水期。周期分析结果表明,重建序列存在着42、18和2~4 a左右的显著变化周期。区域对比结果表明,重建结果与周边其他基于树轮资料的重建序列的干湿变化有较好的一致性,证明了论文重建序列的准确性。     

长江口及邻近海域异戊二烯的浓度变化及海-气通量研究

于2014年2月(枯水季)和7月(丰水季)对长江口及其邻近海域海水中异戊二烯的浓度分布、季节变化及影响因素进行了研究,并计算了其海-气释放通量.分析结果表明:枯水季和丰水季表层海水中异戊二烯平均浓度(范围)分别为(6.28±2.33)((2.96～13.68))和(57.01±80.60)((6.82～432.6)) pmol·L~(-1),季节变化明显,但两个季节浓度高值均出现在长江口东侧及浙江东南部海域.丰水季异戊二烯在不同盐度梯度的浓度分布表明,海水中异戊二烯主要来源于浮游植物的原位生产,而不是直接由陆源输入.相关性分析中,仅发现枯水季温度与异戊二烯浓度存在一定的相关性.此外,枯水季和丰水季异戊二烯海-气通量平均值(范围)分别为(3.82±5.29)(0.07～27.18)和(12.29±16.61)(0.08～61.14) nmol·m~(-2)·d~(-1),表明长江口海域是大气中异戊二烯的源.     

Simulating global soil-CO2 flux and its response to climate change

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＧｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｍｏｄｅｌｓｐｒｅｄｉｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｄｕｅｔｏｅｎｈａｎｃｅｄｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｗａｒｍｉｎｇｉｎｔｈｅｎｏｔ ｔｏｏ ｄｉｓｔａｎｔｆｕｔｕｒｅ (Ｈｏｕｇｈｔｏｎ ,1990 ) .Ｉｔｈａｓｂｅｅｎａｒｇｕｅｄｔｈａｔｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇｗｉｌｌｂｅｔｏａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ,ｔｈｅｒｅｂｙｒｅｌｅ…     

Simulating global soil-CO2 flux and its response to climate change

It has been argued that increased soil respiration would become a major atmospheric source of CO2 in the event of global warming. The simple statistical models were developed based on a georeferenced database with 0.5° × 0.5° longitude/latitude resolution to simulate global soil-CO2 fluxes, to investigate climatic effects on these fluxes using sensitivity experiments, and to assess possible responses of soil-CO2 fluxes to various climate change scenarios. The statistical models yield a value of 69 PgC/a of global soil CO2 fluxes for current condition. Sensitivity experiments confirm that the fluxes are responsive to changes in temperature,precipitation and actual evapotranspiration, but increases in temperature and actual evapotranspiration affect soil-CO2 fluxes more than increases in precipitation. Using climatic change projections from four global circulation models, each corresponding to an equilibrium doubling of CO2, it can be found that the largest increases in soil-CO2 fluxes were associated with the boreal and tundra regions. The globally averaged soil-CO2 fluxes were estimated to increase by about 35 ％ above current values, providing a positive feedback to the greenhouse effect.     

京津冀和长三角地区一次重霾过程气象成因及传输特征

基于气象数据和空气质量数据,研究了2016年12月29日~2017年1月8日京津冀与长三角地区一次大范围重度污染过程的特征及成因.结果表明,均压场、低边界层高度、静小风是本次重污染过程的主要气象特征,重污染过程的结束得益于后期气压梯度变大,水平扩散条件转好.此外,基于WRF-CMAQ（气象研究与预报建模系统及区域多尺度空气质量模型）模式情景分析法评价了区域传输和局地累积对本次重污染过程的作用,分析显示重污染前期当中东部地区受南风控制时,京津冀地区受长三角地区传输影响较大（15%~20%）,长三角地区以本地贡献为主;累积阶段,长三角地区本地贡献显著下降,受到京津冀地区的贡献明显上升（20%~30%）,京津冀地区主要受本地排放影响.传输通量结果显示长三角向京津冀输送的净通量峰值发生在重污染前期（-21.52t/d）,京津冀向长三角输送的净通量峰值发生在累积阶段（17.29t/d）,区域传输作用在1001~1478m之间最为活跃.     

长江黄河源区冰川变化及其对河川径流的影响

以位于青藏高原长江源头的各拉丹冬地区和黄河源区的阿尼玛卿山地区冰川为例,利用两期遥感影像资料(长江源为1969年和2000年,黄河源为1966年和2000年),在地理信息系统技术的支持下分析研究区典型冰川作用区小冰期(LIA)、1969年(1966年)和2000年的冰川范围变化、冰川进退情况,在此基础上,运用由点到面的研究方法,外推整个长江和黄河源区近几十年来的冰川变化情况,并以沱沱河流域为例,分析了冰川变化对河川径流的影响。结果表明,长江源各拉丹冬地区1969～2000年冰川总面积减少了1.7%,而黄河源阿尼玛卿山地区冰川面积减少是长江源区的10倍,同期,长江源区冰川末端的最大退缩速率为每年41.5m,而黄河源区每年为57.4m,与黄河源区相比,长江源区冰川退缩速度不是太大,基本上处于稳定状态,且有前进冰川存在。20世纪60年代以来,江河源区冰川虽呈长期退缩的总趋势,但也出现过明显的前进,长江源区在1969年～1995年,黄河源区在1966年至1981年,大多数冰川处于前进状态或稳定。长江源区冰川转入退缩阶段的时间要比黄河源区晚约10a左右。冰川退缩使长江源区和黄河源区年均各自损失冰川水资源约0.7×108m³。由于长江源区冰川变化幅度小,虽冰川退缩使冰川融水径流量有所增加,但对径流的影响程度相对较小。