亚洲季风变迁与全球气候的联系

通过研究冰期-间冰期至百年尺度亚洲季风的演变特征,阐明了季风变化同南北半球冰量、太阳辐射、大洋环流、热带辐合带等气候系统内外部因子的动力联系。在海-陆-气相互作用的框架下提出了"冰期-间冰期印度季风变化动力学"新理论,揭示大西洋经向环流对东亚季风突变事件的影响和动力过程,探讨了全新世亚洲季风变化的时空特征和控制因素。该项成果以亚洲季风变迁历史和机理为主线,从地球系统科学的视角,将亚洲古季风研究拓展为多尺度与多动力因子、区域与全球相结合的集成研究,推动了与季风相关的过去全球变化科学的发展。     

亚洲季风的多尺度变化规律及其与全球气候变化的关系

在科技部"973"计划和国家自然科学基金委的资助下,西安交通大学全球环境变化研究院程海教授带领研究团队利用中国、印度、乌兹别克斯坦等地的洞穴石笋,重建了目前全球最长的,有绝对年代控制的高分辨率亚洲季风和中亚核心区气候变化的石笋记录,深入研究了不同时间尺度上亚洲季风的变化规律、影响机制及其与全球气候变化的关系。直接验证了10万年的冰期循环是4—5个岁差周期的平均,发现了高低纬气候系统之间的"简洁"关系,进一步证实亚洲季风与太阳辐射变化在岁差尺度上没有显著的相位差,揭示了亚洲季风与西风带气候模态之间的耦合分异,研究了历史时期百到十年尺度的季风降水变化并尝试预估未来变化趋势。以上成果为全球气候变化研究提供了重要标尺,加强了对于气候系统相互作用、强迫因子及其响应机制的理解,为全球气候事件研究和模拟工作提供了重要的新线索,也为相关政府部门制定水资源的长期规划提供了科学依据。     

长江源区水文气象要素变化及其与大尺度环流因子关系研究

长江源区水文气象要素变化及其归因研究一直备受全球关注,现阶段研究多侧重于水文气象要素时空变化特征分析,针对长江源区水文气象要素与大尺度环流因子相互关系的研究不足。论文利用Mann-Kendall法、去趋势波动分析法和小波分析法,探究长江源区1957—2012年水文气象要素趋势性、波动性和周期性变化规律,分析水文气象要素与大尺度环流因子的相关关系,通过研究水汽通量揭示大尺度环流因子对水文气象要素变化的驱动机制。结果表明：20世纪90年代,长江源区气候暖干化,进入21世纪后,长江源区气候暖湿化趋势明显;长江源区水文气象要素序列具有正长程相关性,长江源区气候未来会继续呈现暖湿化变化趋势。长江源区水文气象要素都存在着1~5、10~24和25~45 a三种时间尺度周期变化规律。南亚季风是影响长江源区降水量和流量较为重要的大气环流因子,南亚季风驱动下的西南方向气流是长江源区主导气流和水汽来源。     

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.     

轨道尺度下东亚夏季风降水的北方主导演变模态

众多古气候记录的分析表明：轨道尺度气候变化下我国北方地区的季风降水变化显著，该现象的理解对于深入认识东亚夏季风降水的长期演变模态具有重要意义。本文基于瞬变古气候模拟的分析发现：在轨道尺度气候变化下，东亚夏季风降水的变化中心位于季风区北边界附近的半干旱区，是季风环流整体性演变及季风区北边界摆动的综合作用结果。东亚夏季风降水的轨道尺度演变模态与古气候记录的指示相一致，但与当前观测记录给出的以年际尺度变化为主的模态显著不同，说明东亚夏季风降水对气候变化的响应与气候变化的时间尺度有关。进一步的分析表明：轨道尺度气候变化下东亚夏季风北方降水的响应幅度取决于气候变化的驱动因素，其中轨道辐射的影响最为显著。     

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。     

大气环流模式CAM4对亚洲气候的高分辨率模拟

中小尺度地形不仅在区域尺度上影响降水和环流形势分布,还会影响季风、西风急流等大尺度的天气系统。新的全球模式分辨率得到明显提高,本研究通过对比分析CAM4高分辨率配置下的模拟结果与高分辨率APHRO降水和ERA-Interim再分析资料,评估高分辨率CAM4对亚洲地区气候系统的模拟性能。结果表明,该模式不仅对亚洲季风-干旱气候系统的大尺度分布特征有良好的模拟能力,还能很好地模拟出季风区和内陆干旱半干旱区年均和季节平均降水的高、低值中心以及水平风场、地表温度和海平面气压的区域差异性特征,尤其是山脉地形附近的降水极值和风场变化。此外,CAM4与气象资料间在不同空间尺度上的空间相关性均很好,其中地表温度的相关系数在0.9以上,降水在亚洲地区超过0.7。     

长江三角洲地区大气污染物输送规律研究

采用NCEP全球再分析资料运行MM5获得研究区域2004年代表月份的气象场模拟结果,运用HYSPLIT4.8模式,计算代表城市的后向及前向气流轨迹.结果表明,不同季节,气流轨迹的分布差异明显,影响范围各不相同.影响长三角地区低层大气的输送气流主要来源于蒙古、华北或东北地区,途径黄海海域或东部沿海的山东、江苏或上海等地抵达长三角地区.受夏季西南季风的影响,西南方向也是比较重要的输送途径.长江三角洲地区对外界的中尺度污染传输主要受东亚季风活动的影响,其中冬季季风是长三角污染物向华南和西太平洋地区传输的一个主要机制;影响长三角污染物输送的重要系统还包括春夏控制我国东部沿海地区的西太平洋副热带反气旋环流,该系统主要向西影响我国内陆地区.     

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。     

PM_(10)浓度时间序列多时间尺度分析的小波方法

文章利用Morlet小波函数进行小波变换,以乌鲁木齐市的大气污染物时间序列为例,分析了当地PM10的多时间尺度的演变特性。研究结果显示,其年际变化和季节性变化的时间尺度在尺度空间中分布不均匀,受气象和污染源因素影响,具有较明显的局部化特征。