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。     

基于空间聚类的中国东北气候分区及其气象干旱时间变化特征

近50年来,中国东北地区干旱化趋势明显,越来越频繁的干旱事件对该区域人民的生产和生活造成了严重的影响。基于1961-2016年中国地面降水和气温月值0.5°×0.5°格点数据,利用空间系统聚类方法对中国东北进行气候分区,通过标准化降水指数探讨了中国东北各亚区气象干旱的时间演变规律,并结合小波功率谱和小波全谱分析了各亚区干旱的周期变化特征。结果表明：（1）空间上,可将东北地区分为8个气候亚区,即西辽河平原半干旱农牧区、吉辽东部山地湿润农林区、呼伦贝尔高原半干旱牧业区、东北中部半湿润—半干旱农牧区、黑吉东部山地湿润农林区、大兴安岭北部湿润林业区、呼伦贝尔—黑河湿润—半湿润农林区、三江平原湿润农业区;（2）不同亚区的干旱事件时间演变特征存在明显差异,但大致都经历了3个干旱时期：1960s后期、1970s中后期至1980s前期、1990s后期至2000s;2000-2010年间东北地区干旱发生频率和影响范围最大,尤其是中、西部;（3）不同亚区干旱变化主要存在11年和3~8年的显著周期,第一主周期差异明显。研究结果对于弄清楚中国东北各亚区特有的气候变化驱动因素、制定气候均质区域干旱监测计划和水资源的管理具有重要的现实意义。     

Seasonal variation of nitrogen-concentration in the surface water and its relationship with land use in a catchment of northern China

Surface waters can be contaminated by human activities in two ways: (1) by point sources, such as sewage treatment discharge and storm-water runoff; and (2) by non-point sources, such as runoff from urban and agricultural areas. With point-source pollution effectively controlled, non-point source pollution has become the most important environmental concem in the world. The formation of non-point source pollution is related to both the sources such as soil nutrient, the amount of fertilizer and pesticide applied, the amount of refuse, and the spatial complex combination of land uses within a heterogeneous landscape. Land-use change, dominated by human activities, has a significant impact on water resources and quality. In this study, fifteen surface water monitoring points in the Yuqiao Reservoir Basin, Zunhua, Hebei Province, northem China, were chosen to study the seasonal variation of nitrogen concentration in the surface water. Water samples were collected in low-flow period(June), high-flow period(July) and mean-flow period(October) from 1999 to 2000. The results indicated that the seasonal variation of nitrogen concentration in the surface water among the fifteen monitoring points in the rainfall-rich year is more complex than that in the rainfall-deficit year. It was found that the land use, the characteristics of the surface river system, rainfall, and human activities play an important role in the seasonal variation of N-concentration in surface water.Keywords: non-point source pollution; nitrogen concentration; seasonal variation; land use; Yuqiao Reservoir Basin, China     

2015年中国地区大气甲烷排放估计及空间分布

CH₄是仅次于CO₂的重要温室气体,也是重要的化学活性气体.定量估算我国甲烷的排放量及分析其空间分布特征,对于控制温室气体排放,减缓温室效应具有重要意义.本文以2015年中国官方统计年鉴资料为基础,利用IPCC排放清单指南、国内外排放因子研究结果及动力学模型方法,从能源活动（煤炭开采和油气系统）、农业活动（反刍动物、稻田排放和秸秆露天燃烧）、自然源排放（自然湿地和植被排放）、废弃物处理（固体废弃物、工业污水和生活污水）和人工湿地等几个主要方面,对中国地区的CH₄排放进行定量估计.结果表明：中国地区2015年CH₄排放总量为61.59 Tg,其中以农业活动和能源活动为主要排放源,排放量分别达到20.42 Tg和20.39 Tg,占总排放量比例分别约为33.2%和33.1%.CH₄自然源考虑了植被和自然湿地排放,排放量为11.77 Tg,占比为19.1%;废弃物处理产生的CH₄排放量为8.64 Tg,占比为14.0%;人工湿地排放量为0.37 Tg,占比为0.6%.从空间分布来看,CH₄排放具有较明显的不均匀性,大值区主要集中在华北、西南及东南地区,而西北地区的排放量则相对较低,主要与各地的资源环境、人口密度和经济情况密切相关.     

1951~2014年中国北方地区气温突变与变暖停滞的时空变异性

基于1951~2014年中国北方及周边地区357个气象站点平均最低气温、平均气温和平均最高气温年（月）数据,采用M~K检验等方法,分析了中国北方地区3类气温突变和变暖停滞特征的时空变异性.结果表明：研究区3类气温整体突变年（1978~1999年、1981~2002年、1981~2005年）、分布广泛的普遍突变年（1988年、1989年、1997年）及范围（3a）均依次变晚.整体上,突变年随纬度降低变晚,东北突变早于西北和华北地区.变暖停滞集中于1998和2007年及其前后,3类气温亦依次变晚（1994~2007年、1995~2009年、1998~2010年）,由黄河流域中段向其他方向越来越晚.突变至变暖停滞周期整体随纬度降低缩短（3~30a）,突变越早周期越长.西北地区突变与变暖停滞前后各时段均值温差最大（2.4℃）,温差在1℃左右站点分布最广泛.各时段升（降）温速率整体依次在0.01℃/10a、0.05℃/10a、-0.03℃/10a左右站点分布最广泛,突变后升温最快（0.02~0.16℃/10a）,且西北地区对升温贡献最大,变暖停滞后东北地区对降温贡献最大,2时段按平均最低气温、平均最高气温、平均气温顺序升（降）温速率递减.3类气温波动程度减弱,整体随纬度降低.高纬度、高海拔和山地地区突变和变暖停滞较周边地区偏早或偏晚,特征值较大.整个北方地区3类气温突变、变暖停滞、突变与变暖停滞时间及各时段特征值各自具有自身一致性的普遍规律.     

华南地区大气传输过程中黑碳的湿清除比例及其来源的影响

黑碳(black carbon,BC)的湿清除对其大气寿命和环境气候效应的评估至关重要。本研究使用黑碳仪(Aethalometer,AE-33)在南岭地区对BC开展了三次观测,结合指数衰减方程评估了传输过程中累计降雨量(accumulated precipitation along the trajectory,APT)对华南地区BC传输效率的影响。此外,将BC来源区分为生物质燃烧源(biomass burning,BB)和化石燃料燃烧源(fossil fuel burning,FF),探讨了不同排放源BC湿清除比例(wet scavenging ratio,WSR)的差异。结果表明：基于指数衰减方程结果和W_SR的结果指出华南地区的BC受到湿清除的影响要明显大于日韩等偏远地区,可能反映了更高拟合的BC老化程度。A_PT在5—30 mm范围内的增加对BC的湿清除有显著的影响。不同来源BC的W_SR存在显著差异：BC_BB的W_SR(44%—62%)高于BC_FF(35...     

Changes of DOM and its correlation with internal nutrient release during cyanobacterial growth and decline in Lake Chaohu, China

The seasonal changes in dissolved organic matter (DOM), and its correlation with the release of internal nutrients during the annual cycle of cyanobacteria in the eutrophic Lake Chaohu, China, were investigated from four sampling periods between November 2020 and July 2021. The DOM fluorescence components were identified as protein-like C1, microbial humic-like C2, and terrestrial humic-like C3. The highest total fluorescence intensity (F_T) of DOM in sediments during the incubation stage is due to the decomposition and degradation of cyanobacteria remains. The lowest humification of DOM and the highest proportion of C1 in waters during the initial cyanobacterial growth indicate that fresh algae are the main source. The highest molecular weight of DOM and F_T of the C2 in sediments during cyanobacterial outbreaks indicate the concurrent deposition of undegraded cyanobacterial remains and microbial degradation. The components of DOM are affected mainly by the dissolved total phosphorus in waters, while the temperature drives the annual cycle of cyanobacteria. The decreasing C1 in sediments and increasing nutrients in waters from the cyanobacterial incubation to outbreak indicate that mineralization of algal organic matter contributes importantly to the release of internal nutrients, with the strongest release of phosphorus observed during the early growth of cyanobacteria. The humic-like C2 and C3 components could also affect the dynamics of internal phosphorus through the formation of organic colloids and organic–inorganic ligands. The results show that the degradation of DOM leads to nutrients release and thus supports the continuous growth of cyanobacteria in eutrophic Lake Chaohu.     

粤港澳大湾区植被CUE变化及与气候变化的关系

基于MOD17数据,采用趋势分析和相关分析法,研究了2000~2019年粤港澳大湾区植被生产力和植被碳利用率（CUE）变化及其与气候变化的关系.结果表明,粤港澳大湾区总初级生产力（GPP）和净初级生产力（NPP）均值分别为1.80和0.89kg·C/m²,呈中部低四周高的空间格局,CUE均值为0.51,呈中部和东南部略高于四周的空间格局;GPP和NPP总体呈增加趋势,其年际变化率均值分别为0.01和0.001kg·C/（m²·a）,GPP年增长率远高于NPP年增长率,不同植被类型GPP和NPP也呈增加趋势.植被CUE则呈逐年下降趋势,其年际变化率均值为-0.002a^-1,由于气候因子变化对光合作用速率和呼吸作用速率产生的不同程度影响,从未来发展趋势看,68.22%的区域表明CUE仍呈下降趋势,植被碳固定能力减弱;不同植被类型CUE存在差异,其中农田CUE平均值最高,为（0.511±0.014）,森林和草地CUE分别为（0.500±0.019）和（0.501±0.020）,从变化趋势看,不同植被类型CUE呈极显著下降趋势（P < 0.01）;GPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体呈正相关关系,其所占比例分别为94.52%、53.36%和90.58%,NPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体上也表现为正相关关系,其所占比例分别为86.86%、71.10%和85.97%.然而,CUE与气候因子的关系却有所不同.CUE与气温和累积降雨呈正相关关系,但与累积太阳辐射呈负相关关系,不同植被类型GPP、NPP和CUE与气温、累积降雨量呈正相关关系,GPP和NPP与累计净太阳辐射呈正相关关系,但CUE与累积太阳辐射却呈负相关关系.     

中国东北末次冰期松原黄土的释光测年及其古气候意义初探

本文以中国东北松原黄土为研究对象,通过光释光测年建立其末次冰期年代标尺,并探讨磁化率和平均粒径这两个黄土研究中常用的气候替代性指标的可能指示意义。采用成熟的细颗粒石英单片再生(SAR)光释光(OSL)测年技术获得了松原剖面顶部5.5 m年代6个,并获得了2 cm间距的低频磁化率和平均粒径这两个常规参数。石英OSL测年相关检验证实了该技术测量松原黄土的可靠性。测年结果表明,松原剖面顶部5.5 m主要沉积于末次冰期的中晚期,即约5.5—1.8 m((52.18±3.47)—(27.76±1.77)ka)主要堆积于深海氧同位素阶段(MIS)3中晚期,而顶部1.8—0.4 m((27.76±1.77)—(20.61±1.31)ka)堆积于MIS2早期。磁化率自52.18±3.47 ka到27.76±1.77 ka经历了先小幅降低又小幅升高,波动幅度较小,而自27.76±1.77 ka以后,磁化率值呈整体下降并呈现大幅度摆动。平均粒径则自52.18±3.47 ka到46.80±3.13 ka呈明显变小趋势,自46.80±3.13 ka到约20 ka变化不大,自约20 ka以后,平均粒径由约40μm陡然增加至约140μm,并在之后稳定在这一水平。测试结果对比显示,磁化率和粒度的变化不具有明显的相位关系,且同黄土高原渭南剖面末次冰期磁化率和平均粒径的变化也表现出明显的不一致现象。因此,在对松原黄土剖面的研究中,将磁化率和平均粒径分别作为东亚夏季风和冬季风的替代性指标使用时要慎重。     

1961-2010年中国降水时空变化特征及对地表干湿状况影响

开展气候变化背景下中国降水时空变化特征及对地表干湿状况影响研究,对揭示陆地表层系统对气候变化的动态响应与变化规律以及防灾减灾具有重要意义。基于1961-2010年地面气象观测资料,分析我国降水与地表干湿状况时空格局;在此基础上,采用敏感性与贡献度分析,定量评估降水变化对干湿状况的影响。结果表明：过去50年间我国年降水量呈轻微增加趋势,其中,青藏高原（高原亚寒带、高原温带）、西北（中温带西部、暖温带西部）和南方地区（亚热带、热带）呈增加趋势,东北（寒温带、中温带东部）和华北地区（中温带中东部、暖温带东部）呈减少趋势。就地表干湿状况而言,华北和东北地区以干旱化趋势为主,西北、青藏高原及南方地区主要呈湿润化趋势。地表干湿状况对降水变化响应较为敏感（全国多年平均敏感系数：-1.13）,干湿指数和降水呈负相关。内陆干旱地区降水对干湿状况变化的贡献高于湿润地区,局部地区降水贡献度超过60%。     

黄土高原中尺度流域基流变化驱动因素分析

针对黄土高原基流的动态变化特征和驱动因素问题,以昕水河流域为例,采用数字滤波法（3次,α=0.925）分割基流,利用Mann-Kendall、Pettitt、小波分析和Hurst法分析该流域基流的趋势性、突变性、周期性和持续性特点,采用双累积曲线法对基流变化驱动因素进行分析。结果表明,昕水河流域多年平均基流量为0.45亿m³,基流指数为0.368;流域年基流量呈显著下降趋势（P<0.01）,在1985年发生突变;基流变化周期为27年,预计未来基流仍有进一步减少趋势（H>0.50）。流域降水和人类活动是基流变化的根本原因,人类活动通过植被覆盖度的变化、地下水的开发、煤矿开采和水土保持措施等方式影响基流。与第一阶段相比,第二、第三阶段降水和人类活动对基流的影响比例分别为25.89%、74.11%和0.37%、99.63%。进入21世纪,人类活动逐渐成为影响基流变化的主要因素。