大西洋多年代际振荡对东亚气候影响的综述

本文综述了近年来有关大西洋多年代际振荡(AMO)及其对东亚气候影响的研究进展,主要包括AMO的形成机制与指数定义、AMO对东亚夏季和冬季气候的影响、AMO与其他大洋的协同作用。目前,关于AMO的形成机制仍有不同意见,传统观点认为AMO是气候系统内部过程尤其是大西洋经向翻转流造成的,但近期有工作指出AMO是气溶胶、火山喷发等外强迫驱动产生或是海洋对大气随机强迫的一种响应。AMO可以通过三种途径调制东亚夏季气候,当AMO处于正位相时,东亚夏季风加强、降水增多、气温升高,反之亦然。同时,AMO正位相有利于东亚冬季风偏强,欧亚大陆中纬度及中国北方偏冷;负位相时则大体相反。鉴于AMO的重要作用,加深理解AMO形成机制及其对东亚气候影响有益于提升东亚气候的年代际预测水平。

兰州市区低空大气温度层结特征及其与空气污染的关系

利用 1988～ 1992年兰州市气象站逐日 0 8h(北京时 ,下同 )常规气象探空观测资料及同期兰州市环境监测站空气污染物浓度监测资料 ,统计分析了市区低空大气温度层结变化特征及其与3种主要空气污染物 (SO2 ,CO和 NOx)浓度之间的关系 .结果表明 :兰州市区低空大气温度层结全年以弱稳定为主 ,一年四季皆有逆温层存在 ;在冬季 ,逆温层发生频率最高 (95 .8% ) ,贴地逆温层厚度最厚 (平均 74 0 m)、强度最强 (平均 0 .5 3℃ / 10 0 m) ,脱地逆温层底相对高度最低 (平均 935m) ;同时 ,贴地大气层结温度递减率与空气污染物浓度呈显著反相关 .由此表明 ,兰州市区低空大气温度层结状况是影响该市空气污染程度的重要因素之一 .

SRES A2情景下中国气候未来变化的多模式集合预测结果

采用政府间气候变化委员会资料中心的模式预测结果 ,本文分析了SRESA2温室气体和气溶胶排放情景下中国大陆 2 1世纪前 30年的 10年际气候变化趋势 .研究揭示 :大陆冬季和夏季表面温度、表面最高温度和最低温度分别升高 0 .3～ 2 .3℃、0 .1～ 2 .0℃、0 .5～ 2 .7℃ ,增幅大体上呈现东西向带状分布 ,由南至北升温逐渐加强 ,且增幅随时间加大 .此外 ,上述三气候要素冬季升温幅度要大于同期夏季、表面最低温度升幅要强于同期表面最高温度 ,冬季和夏季表面温度的季节内变化范围减小 .冬季东亚地区海平面气压异常幅度在 - 1.0hPa至 0 .4hPa之间变化 ,呈东西向带状分布 ,表现为南正北负、随时间推进异常幅度有所加大 ,正负交界面向南扩展 ;同时 ,东北、华北和西部海平面气压负异常较大 .夏季海平面气压异常空间分布与冬季相似 .2 0 0 1～ 2 0 30年 ,青藏高原大部、大陆东南部和河套大部分地区降水量增加 0 .1～ 0 .8mm/d .

新疆气候的干湿变化及其趋势预估

利用新疆气象局提供的90个气象台站的连续观测记录,计算了1961-2003年新疆地区年平均和季节平均自适应Palmer干旱指数的气候态及其变化趋势,表明新疆地区气候就平均态而言整体上属于正常的气候条件,研究时段内年平均和季节平均气候以湿润化趋势为主要变化特征,定性的分析显示地表气温的持续上升倾向于引起干旱化,而降水的增加则有利于气候的湿润化趋势。在SRES A2温室气体和气溶胶排放情景下,21世纪90年代新疆地区地表气温的升高会导致干旱化的发生,而降水的增加则有利于湿润化,在二者的联合作用下,新疆地区的干湿状况可能将发生一定程度的变化。

全球变暖背景下东亚气候变化的最新情景预测

在最新的SRESA2和B2温室气体排放情景下 ,利用国际上 7个气候模式针对未来全球变暖的数值模拟结果 ,本文着重分析了东亚区域气候 2 1世纪的变化趋势 .研究揭示 :中国大陆年均表面气温升高过程与全球同步 ,但增幅在东北、西部和华中地区较大 ,且表现出明显的年际变化 ;全球年均表面气温增幅纬向上大体呈带状分布 ,两极地区最为明显 ,并在北极地区达到最大 ;此外 ,2 1世纪后半段北半球高纬度地区的年平均强升温幅度主要来自于冬季增温 .在 2 1世纪前 5 0年 ,温室气体含量的增加除在一定程度上会增加青藏高原大部分夏季降水量外 ,不会对中国大陆其余地区的年、季节平均降水量产生较大影响 ;

沙漠化扩展对区域气候影响的数值模拟研究

利用GCM -SSiB全球大气环流谱模式 ,设计两组数值模拟试验 (即控制试验 (CE)和沙漠面积扩大试验(DE) ) ,研究了大陆沙漠化对我国区域气候变化的影响。模拟结果表明 :沙区扩展后 ,大陆年平均地表温度降低 ,海平面气压上升 ,纬向风速、季风加强 ,夏季低空上升运动减弱 ,冬季下沉运动增强 ,降雨量显著减少 ,地表蒸发、感热和潜热通量亦显著减少。我国区域气候随大陆沙漠化扩展趋向冷干、风速加大 ,沙漠扩展与区域气候恶化存在正反馈。

末次盛冰期气候模拟及青藏高原冰盖的可能影响

在国际古气候模拟比较计划设定的边界条件下 (其中包括 :海洋表面温度、陆地冰盖、CO2 浓度、地球轨道参数等变化 ) ,本文汇报了利用中国科学院大气物理研究所的 9层全球大气环流格点模式对末次盛冰期气候进行数值模拟的研究成果。结果表明 :末次盛冰期全球年平均温度比现在低 5 .3℃ ,降雨量下降 9% ,其中大陆年平均降水量仅为目前的 71 %。通过与其他模式模拟结果和重建古气候资料的对比表明 ,该模式捕捉到了末次盛冰期干、冷的冰期气候特征。在此基础上 ,我们根据刘东生等的科研成果 ,初步探讨了青藏高原在末次盛冰期倘若存在一定范围的冰盖 ,那么该冰盖会对东亚区域古气候模拟结果产生怎样的冲击。

沙区绿化对区域气候影响的数值模拟研究

利用GCM-SSiB全球大气环流谱模式,设计两组数值模拟试验(即控制试验(CE)和绿化面积扩大试验(GE))。研究了大陆绿化对我国区域气候变化的影响。模拟结果表明:沙区绿化后,年平均地表温度升高,海平面气压下降,纬向风速减弱、夏季风增强,冬季风减弱,夏季低空上升运动加强,冬季下沉运动减弱,降雨量显著增加,低层大气比湿、地表蒸发量、感热及潜热通量亦增加。绿化后气候趋向暖湿,极有利于生态环境建设和荒漠化的进一步治理。

2℃全球变暖背景下中国未来气候变化预估

相对于工业化革命前期,全球年平均地表气温上升2℃的时间和相应的气候变化受到了广泛关注,特别是包括欧盟成员国在内的许多国家和国际组织已经将避免2℃全球变暖作为温室气体减排的首要目标。为此,本文作者基于16个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRESB1、A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟试验结果,采用多模式集合方法预估研究了2℃全球变暖发生的时间、对应的大气中主要温室气体浓度以及中国气候变化情况。根据模式集合平均结果,三种排放情景下2℃全球变暖分别发生在2064年、2046年和2049年,大气二氧化碳当量浓度分别为625ppm、645ppm和669ppm(1ppm=10-6)。对应着2℃全球变暖,中国气候变暖幅度明显更大。从空间分布形势上看,变暖从南向北加强,在青藏高原地区存在一个升温大值区;就整体而言,中国区域平均的年平均地表气温上升2.7～2.9℃,冬季升温幅度(3.1～3.2℃)要较其他季节更大。年平均降水量在华南大部分地区减少0～5%,而在其余地区增加0～20%,中国区域年平均降水增加3.4%～4.4%,各季节增加量在0.5%～6.6%之间。

耦合模式长期积分中东亚夏季风与ENSO联系的不稳定性

通过对挪威卑尔根全球大气 -海洋 -海冰耦合模式 30 0a控制积分结果进行交叉子波分析 ,揭示了东亚夏季风 (EASM )与同期Ni no3区 (90 °W～ 15 0 °W ,5 °S～ 5 °N)海洋表面温度异常的相关关系在长期变化中是不稳定的 ,呈现出明显的阶段性特征 .气候要素场在二者联系的紧密 (HCP)和微弱 (LCP)时期差别显著 ,在HCP时期 ,西北太平洋对流层低层出现一对耦合的异常气旋和反气旋性环流系统 ;东南亚地区对流层低层表现为强东风异常 ,风速的年际变率加大 ;热带西太平洋对流层温度和位势高度场的年际变率普遍加强 .此外 ,中国夏季降水与同期Ni

关于末次盛冰期青藏高原大范围冰盖存在可能性的再研究

通过 4组数值敏感性试验 ,利用BIOME3生态模式对末次盛冰期中国大陆植被分布状况进行了数值模拟 ,再次研究了该时期青藏高原大范围冰盖存在的可能性问题。结果表明 ,末次盛冰期大陆植被发生了大规模的变化 ,总体呈退化趋势 ;在降温 5℃、降水减少 1 0 %、二氧化碳下降 1 45× 1 0 - 6和地球轨道参数轻微变化的情况下 ,青藏高原约 1 /2的地区已经被冰覆盖 ;

末次盛冰期东亚气候的成因检测

在国际古气候模拟比较计划设置的标准试验方案下，首先利用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式（IAP—AGCM）模拟了末次盛冰期东亚气候状况，然后通过4组数值敏感性试验逐一模拟了大气CO2浓度、海洋表面温度（SST）和海冰、陆地冰盖和地形、东亚植被变化4项强迫因子的单独气候效应，进而对末次盛冰期东亚气候的成因进行了检测。结果表明，末次盛冰期除华南局部略有升温外，中国年均地表气温显著降低，降温幅度总体上向北增大，青藏高原处存在一个降温中心。其中，SST和海冰变化是华南局部略偏暖的主因，它同时导致了东亚其他区域地表气温的显著降低，特别是在东北亚地区；陆地冰盖和地形变化对于东亚地表气温的显著冷却作用主要体现在东亚的西北部；大气CO2浓度降低会引起东亚地区0．2—0．9℃的普遍降温；相对而言，东亚植被的降温作用（0．5—1．0℃）主要显现在中国40°N以南的区域。与此同时，SST和海冰变化能引起中国东部年均降水一定程度的减少，而大气CO2浓度、陆地冰盖和地形、东亚植被单独变化均不会显著影响东亚年均降水的分布状况，然而，上述四项因子的共同变化会通过协同作用引起中国东部年均降水的显著减少，西部地区降水则与现在差别不大。此外，末次盛冰期东亚夏季风的显著减弱源于SST和海冰变化，冬季风变化则可归因于SST和海冰、陆地冰盖和地形的变化。

国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0503古气候模拟与动力学

为了深入推进新时代自然科学基金改革,2019年大气科学学科率先对2008年版的申请代码进行了优化调整,形成了“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三大有序板块。特别是,2020年新版申请代码设置了“古气候模拟与动力学(D0503)”,实现了大气科学从“分钟、小时直至地史”时间尺度的全覆盖。本文从D0503代码的增设背景、学科内涵、研究方向、关键词、未来发展等方面进行解读和展望,并对近三年该代码下“面青地”项目的申请和资助情况进行了分析。希望本文能够帮助科研人员充分理解D0503研究方向与关键词的内涵和逻辑关系,及时把握该代码的发展趋势,服务古气候研究方向的基金项目申请和评审。

对IPCC第六次评估报告中有关干旱变化的解读

政府间气候变化专门委员会(IPCC)于2021年8月发布了第六次评估报告(AR6)自然科学基础卷的决策者摘要,主要对自2013年第五次评估报告(AR5)以来的气候变化科学研究进展进行了系统的评估,并使用新一代气候模式在新的共享社会经济路径情景下对未来气候变化进行了预估。本文基于AR5和AR6相关章节素材,解读了干旱变化的评估结论。

IPCC AR6报告解读:水循环变化

水循环在全球和区域气候变化中扮演重要角色,与全球变暖背景下水循环变化密切相关的淡水资源短缺、副热带干旱区扩张、极端旱涝灾害频发等问题日益突出,严重制约生态系统和人类社会的可持续发展。在IPCC第六次评估报告中,第一工作组首次单独设立一章,即第八章,用于系统性评估全球水循环变化。评估显示,自20世纪中叶以来,人类活动已经显著地改变了全球水循环,包括大气湿度和降水强度的整体性增加,全球干旱模态改变,南半球风暴轴向极地移动等。已经发生的水循环变化受到温室气体、气溶胶、土地利用在内的多种人类强迫的影响,而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导。

上新世中期中国气候的数值模拟分析

使用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式,曾就上新世中期(距今约3百万年前)气候进行过数值模拟试验,在已有针对全球气候进行分析的工作基础上,集中研究了该地质时期我国气候的变化特征。数值试验结果表明,除了青藏高原地区由于地形海拔高度变化而引起的局地冷却现象以外,上新世中期我国约100°E以东地区地表气温上升4～8℃,升温中心位于江淮流域下游地区;该经度线以西地区地表气温升幅相对要弱一些,在1～4℃之间。上新世中期年均降水在我国东部地区显著减少,平均减幅在0.5mm/天以上,特别是在长江中游地区;新疆北部、青海和西藏大部年均降水略有增加,而新疆中部和南部年均降水略有减少。在对流层低层,上新世中期东亚冬季风系统减弱,夏季风系统总体上略有减弱;在对流层中层,冬季东亚大槽显著减弱,夏季中高纬度地区500hPa位势高度升高。在以上结果中,上新世中期我国气候相对于现在偏暖、东亚冬季风强度减弱得到了代用资料的支持。

大样本初始化十年际预测试验(CESM-DPLE)对东亚夏季气候预测的评估

基于气温和降水观测资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)大气再分析资料,系统评估了大样本初始化十年际预测试验(CESM-DPLE)对1959-2016年东亚夏季气候预测的能力。结果表明,CESM-DPLE能较好地模拟东亚夏季气候以及相关主要大气环流系统的基本态特征,在年际尺度上对东亚气温有很高的预测技巧但对降水几乎没有预测能力。CESM-DPLE再现了北大西洋多年代际振荡(AMO)经由激发遥相关波列所引起的中高纬度大气环流、东亚夏季风和气候的异常。20世纪90年代末之后,北大西洋多年代际振荡由冷位相转为暖位相,遥相关波列位相调整,东亚受异常低压控制,东亚夏季风偏强,夏季气温偏高、降水偏多。总体上,尽管还存在着不足,但CESM-DPLE对东亚夏季温度年际变化以及与20世纪90年代末北大西洋多年代际振荡位相转变相联的东亚夏季气候年代际变化具备一定的预测能力,是目前研究和预测东亚气候变化的一套较好试验数据。

兰州市区最大混合层厚度变化特征分析

根据Holzworth干绝热曲线法求最大混合层厚度的基本原理 ,提出了两种计算最大混合层厚度的方法———求解二元一次方程组法和逐步逼近法。利用此方法和兰州市气象站1 988～ 1 992年逐日的气象观测资料 ,计算并分析了兰州市城区最大混合层厚度的时间变化特征 ,其月平均值的年变化呈单周期型 ,即 1 2月最低 ( 71 6m) ,5月份最高 ( 2 0 74m) ;旬平均值的年变化趋势基本上与月平均值的年变化一致 ,只是在 4月下旬和 6月下旬分别出现两个峰值。冬季兰州地区处于不同天气系统控制时 ,其最大混合层厚度也有一定变化 ,其中冷锋过境前平均最大混合层厚度最低 ( 735m) ;冷锋过境后受蒙古高压前部控制时 ,平均最大混合层厚度最高为 ( 946m)。兰州城区SO2 、CO和NOX 三种污染物月平均浓度值的年变化也呈单周期型 ,但与月平均最大混合层厚度年变化曲线的位相几乎相反 ,即 1 2月份的浓度峰值对应平均最大混合层厚度的谷值 ,呈显著的反相关关系 ;其旬平均值的相关系数分别为 - 0 .774、- 0 .82 7和 - 0 .743,这表明最大混合层厚度是影响城市空气污染的重要因素。

“一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险

“一带一路”区域国家经济、政治发展极不平衡,随着全球气候变暖,区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化,并且干旱、洪涝等多种气候灾害是“一带一路”区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前,“一带一路”倡议已经进入实质性建设阶段,沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎“一带一路”倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下,2016—2018年中国科学院地球科学学部实施了“‘一带一路’区域气候变化问题”咨询评议项目,项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研,并开展了若干分析和研究。经过两年的努力,项目组完成了有关进展报告四份,包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。

CCSM4.0的长期积分试验及其对东亚和中国气候模拟的评估

本文利用通用气候系统模式CCSM4.0的低分辨率(T31,约3.75°×3.75°)版本进行了700年的长期积分试验,将中国地表气温、降水及东亚海平面气压、500hPa和100hPa位势高度、850hPa风场的最后100年模拟结果与观测和再分析资料进行了定性比较,并对前三个要素的不同统计量值进行了定量计算,系统评估了CCSM4.0对东亚及我国气候的模拟能力。结果表明,模式能够合理模拟各变量的基本分布形态,但幅度与观测有所差别,其中地表气温的模拟效果最好,降水的相对最差。具体而言,地表气温空间分布型与观测一致,但全年青藏高原地表气温模拟值偏高,位于塔里木盆地的暖中心未能模拟出来;降水空间分布型模拟较差,除冬季不明显之外,我国中南部全年都存在一个虚假降水中心,并在夏季达到最强;冬季东亚地区海陆热力对比大于观测,夏季海平面气压场整体模拟效果不如冬季;模式对冬、夏季500hPa东亚大槽和西北太平洋副热带高压的主要特征刻画较好,但模拟结果整体比观测偏强;夏季100hPa南亚高压强度与观测接近,但高压范围及中心位置存在偏差;850hPa东亚冬季风和夏季风环流模拟较好,但冬季西北气流偏强,夏季索马里越赤道气流偏弱、我国东部西南气流偏强。总的来说,CCSM4.0对东亚和我国大尺度气候特征具备合理的模拟能力,尽管在定量上还存在着不足。