全球气候指标、气候影响驱动因子与全球变暖

在地球系统气候变化研究中,经常考虑全球气候指标,在研究气候影响时,经常用到气候影响驱动因子[1-2],本文简述全球气候指标和气候影响驱动因子,并给出它们与全球变暖和人类强迫的关系。1全球气候指标在气候研究中,使用了许多指标来表征和量化由于自然变化或由于系统的长期变化而发生的气候现象的一个或多个方面。

全球变暖与季风

全球很多地区是季风气候,季风带来风和雨对人类生产和生活以及社会与经济发展有明显影响,因此,长期以来,季风是热门研究课题。根据有关研究,本文简述观测到的全球和区域季风变化,人类活动的影响,以及预估未来全球变暖背景下,全球和区域的季风变化。

人类排放情景的设计与全球变暖预估

1气候变化的原因全球气候变化除地球系统内部变率外,自然强迫和人为强迫是重要的外部驱动力。其中自然强迫包括太阳活动和火山活动。人为强迫即人类活动,包括大量化石燃料燃烧排放温室气体、土地利用,以及气溶胶与污染排放等,其强度取决于人口发展与变化、社会经济发展、技术变化及其内部的协调性等。本文重点给出人类强迫的影响。IPCC第六次评估报告明确表明,近百年特别是近几十年来观测到的全球变暖归因为人类活动的影响。

全球变暖与城市

城市(city)、城镇(town)和都市(urban)都是城市的考虑范围。城市的界定是一个复杂的问题,直到目前为止,没有一个确定城市边界的国际标准。一般以大量人居住与生活和工作的地方,政府、商业与运输的枢纽为城市,考虑“城市本身”“城市聚集”“大城市区”等作为界定。世界上超过一半人口生活在城市,处在气候变化的前沿。据联合国统计,2022年城市人口占54.5%,预计到2030年将可能达到60%,2050年将可能达到68%。城市的分级也很复杂,一般城市分级从万人极小城市,到千万人特大城市,城镇人口则可能小到仅有百十人。据联合国统计,人口至少101万的城市,在2022年全球有512个,预计2030年全球将达到662个。观测到的不利影响特别集中在经济和社会边缘化(低收入或无收入)的城市居民中(高信度)。人口1000万或以上的特大城市群(megacity)是人为造成的,更值得注意[1-2]。

全球变暖背景下融合思政教育的《地球科学概论》课程教学策略探讨——以自然灾害与减灾对策为例

本文通过分析全球变暖对自然灾害和环境的影响,首先强调在地球科学教育中融合思政教育元素的重要性,然后通过对我校大气科学学院《地球科学概论》课程章节内容的分析,针对自然灾害与减灾对策教学中思政教育的融合策略进行了探讨。预期通过本部分内容的学习,培养学生的自然灾害应对、环境和地球保护意识,以及社会责任感和使命感。

中国降水再循环率对全球变暖的响应

中国地域广阔,涵盖了多种气候类型和地形特征,这为降水再循环过程提供了复杂的环境条件,使得在研究降水再循环率特征时难以对区域进行划分和比较。本文利用优化后的降水再循环率评估模型计算中国地区降水再循环率,研究了中国地区降水再循环率的变化特征及其对全球变暖的响应。结果表明,1979—2020年,中国降水再循环率具有明显的区域和季节性差异,其中青藏高原的再循环率最高,降水再循环率的大值区和线性增长的区域主要位于非季风区的内陆湿润地区;但在干旱半干旱的西北地区东部,降水再循环率整体偏低的情况下,其线性趋势增加非常显著。通过经验正交函数(EOF)分解的结果发现,降水再循环率的第一模态在2000年之前以负位相为主,而2000年之后以正位相为主,且从九年滑动平均来看降水再循环率呈先增加再减少的趋势。本研究依据降水再循环率的大小和气候倾向率的正负,将中国分出四类降水再循环率区域:降水再循环率较大且呈上升趋势(Ⅰ类),降水再循环率较大且呈下降趋势(Ⅱ类),降水再循环率较小且呈上升趋势(Ⅲ类),降水再循环率较小且呈下降趋势(Ⅳ类),并在四类区域中筛选出八个典型区域来研究降水再循环率对全球变暖的响应。在Ⅰ类和Ⅱ类区域的典型区域中的降水主要受到本地蒸发的影响,在Ⅲ类和Ⅳ类区域的典型区域中,降水与外来水汽输送之间的关系更为密切。在同一类型区域中内外循环各变量对全球变暖的响应值不同,蒸发量和水汽通量散度的变化会影响降水平流贡献和局地蒸发贡献对全球变暖的响应强弱。研究中国不同类型区域内外循环变量对全球变暖响应差异,有助于深化对气候变化影响的认识,为制定相应的气候适应策略提供科学依据。

全球变暖背景下中国海域风速长期变化趋势分析及风资源评估

采用第六阶段国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)数据对未来我国海域风速长期变化趋势进行分析,并评估风能资源分布的变化。研究表明SSP126、SSP245、SSP370和SSP585共四种代表性情景下,2015—2100年东海风速呈显著减小趋势;南海海域风速随外辐射强迫的增加呈显著增长趋势;黄海、渤海地区增长趋势较弱。未来南海北部海域风功率密度显著增加,相对历史数据最大增长12%,东海则有所下降,最大降幅为11%。4种代表性情景下,近岸风能总体变化较小,随着人为辐射强迫增加呈现略减小趋势,长江口附近海域风功率密度及年均风能随外辐射强迫增加而出现较为明显下降,黄海、渤海、南海沿岸大多基本维持不变。

基于分位数回归模型和经验模态分解的全球变暖问题研究

利用分位数回归模型和经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)方法对气候及其变化进行分析和预测.首先,采用全球热力图对气温数据进行描述统计,并采用经验模态分解方法降噪获取趋势项来引入全球气温周期概念,探究全球气候变暖趋势;然后,基于多元线性回归模型及分位数回归模型寻找全球气温的影响因素,并对气温进行建模及预测.研究结果可为全球气候分析提供统计学支撑.

全球变暖背景下北京面临极端天气影响的风险考量

极端天气气候事件是造成全球重大自然灾害的主要根源,并且在近年来有加重的趋势。在我国范围内,近年来极端天气气候事件也呈现增多增强的态势。在全球变暖仍将持续的情景下,随着全球变暖加剧,北京面临的极端天气事件可能会增加,这将给城市和居民带来了诸多风险。本文基于全球变暖背景下出现的极端天气的现状分析,对北京未来可能面临的极端天气的风险性进行思考,并提出相应的对策建议。

全球变暖背景下南海夏季风变化特征

南海夏季风的爆发和推进影响着中国夏季雨带的进程。采用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)再分析资料分析全球变暖前、后南海夏季风的演变特征。研究结果表明,全球变暖导致南海夏季风减弱,主要出现以下特征:(1)南海夏季风的平均建立时间提早,平均撤退时间推迟,历时长度更长,持续时间有上升趋势。(2)南海夏季风爆发后(6—9月),南海西北部对流层低层(700 hPa以下)由海陆热力差异导致的局地环流在全球变暖后有减弱趋势,进入中国华南和西南地区的西南夏季风有所减弱。(3)夏季风盛行期间,西南风携孟加拉湾水汽经过中南半岛进入中国南海的水汽呈减少趋势,且从南海输入华南的水汽减少,导致中国东部降水变化趋势存在空间差异。(4)南海夏季风指数表明,南海夏季风对南海中南部以及华南东部的影响加强,而对南海北部和西南地区的影响强度明显减弱。

全球变暖下南大洋吸热的季节变化特征

本文基于第六次耦合模式比较计划的未来高排放情景试验模拟结果,研究全球变暖背景下未来南大洋吸热的季节变化。发现在未来变暖气候下南大洋占全球海洋累积吸热的近一半。未来南大洋海洋吸热有明显季节变化:南半球春、秋季吸热峰值大致位于63°S,夏季70°S附近吸热最小,冬季58°S附近吸热全年最大。秋、冬季海洋吸热的空间结构由湍流热通量主导;春、夏季高纬度海洋吸热主要受辐射通量影响。进一步研究发现,南大洋60°S以南海区净热通量变化趋势与海冰变化有关。春、夏季海冰消融通过海冰-反照率反馈机制产生较大的海洋吸热,而秋、冬季海冰消融加强了海洋向大气放热,造成海洋吸热减少,年平均下二者显著抵消。在南大洋30°S—60°S海区,海洋吸热主要受湍流热通量变化影响,夏、秋季吸热较少,冬、春季吸热较大,这与气候态混合层深度的季节变化有显著关系。此外,本文研究还发现,南大洋上层海洋热量的经向输送对全球变暖的响应也存在显著的季节变化,冬、春季经向热输送的增强范围相较于夏、秋季向赤道和向下延伸,与气候态混合层深度和西风增强的季节变化有关。

内部变率和全球变暖对春季北太平洋维多利亚模态增强的相对贡献

【目的】讨论北太平洋维多利亚模态(Victoria mode,VM)在1900—2021年(122 a)内时空分布变化,研究内部变率和全球变暖对春季VM在122 a年际变率增强的相对贡献。【方法】利用英国Hadley海表温度资料和第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)模式资料,采用多元线性回归方法分析内部变率和全球变暖对春季VM在122 a年际变率增强的相对贡献。【结果与结论】1)VM模态的解释方差从1900—1960年的9.3%增长到1961—2021年的13.1%,东北-西南方向的偶极子型结构变得更明显,且强VM事件年发生频率得到明显提高。2)定量分析得到全球变暖对1900—2014年春季VM的年际变率增强的相对贡献占46.67%,内部变率对1900—2014年春季VM的年际变率增强的相对贡献占34.38%。

全球变暖背景下高温热浪对飞机起飞性能的影响

在全球变暖的背景下,高温热浪事件显著增多且对飞机性能的影响日益显著。利用机场气象站点观测数据、通用地球系统模式版本2(CESM2,community earth system model version 2)和波音性能软件(BPS,Boeing performance software)分析了中国1973—2022年期间机场高温热浪发生的趋势,并定量评估了未来高温热浪事件对B737-800飞机最大起飞重量和起飞滑跑距离的影响。结果表明,1973—2022年期间平原机场纬度越低,高温日数上升趋势越明显,高温热浪事件在1989年后显著增多,而高原机场在此期间未发生高温热浪事件;2096—2100年期间4个机场的飞机最大起飞重量全部受到高温影响的限制,相较于2010—2014年减载天数明显增多,其中高原机场受影响程度最大;当飞机满载飞行时,飞机在3个平原机场的起飞滑跑距离随温度升高并呈非线性变化,温度越高,增长趋势越明显。该结论可为未来改造或新建机场跑道及航空公司制定飞行计划提供重要的参考依据。

全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风关系的变化及其机制

为了进一步了解全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风的关系及其变化,本文选用东亚冬季风北模态及南模态作为东亚冬季风指数,利用滑动相关分析、回归分析及合成分析研究了全球变暖背景下1953—2021年北极海冰密集度与东亚冬季风关系的变化特征及其机制。结果表明:11月巴伦支海海冰密集度与东亚冬季风北模态之间的关系发生了显著变化,从1962—1977年显著正相关转为1983—1999年显著负相关,2000年以后两者无显著关系。1962—1977年11月巴伦支海海冰偏多对应东亚冬季风偏强,这是大气环流影响海冰的结果,11月的大气环流异常特征维持到了冬季,使得欧亚大陆上空大气呈现出北极涛动(Arctic Oscillation,AO)负位相,在增强东亚冬季风的同时将中高纬大陆干冷空气输送至巴伦支海,在表面风应力的作用下巴伦支海海冰增多。1983—1999年则由前一时期的大气环流影响海冰变为海冰影响大气环流,11月巴伦支海海冰显著减少在冬季激发出了北极涛动负位相,加强东亚大槽及东亚高空西风急流,从而使得东亚冬季风偏强。2000年以后北极海冰与东亚冬季风北模态的关系明显减弱,此时东亚冬季风与北极涛动的负相关关系更为显著。

全球变暖对我国北极航线设计的影响

21世纪全球气候的飞速变化使北极地区海冰消融速度加剧,为北极航线的通航带来了诸多机遇与可能,研究其航线设计对世界航运的发展尤其是对我国的能源与运输战略有着巨大的现实意义。本文首先对北极各海区的气候特征进行阐述与资料分析,给出全年最佳航行时段;针对北极航线常见且影响较大的气候因素分别展开探讨,提出在诸多气候要素变化下海上航行的注意事项与航线设计之初应当考虑的问题;最后综合考虑全球变暖对航线设计的现实影响,从时间线上列出自北极首行到未来全年无冰这一过程中的航线设计方法,重点对当下海冰消融期通过极区各海区、海峡及群岛的航行方法开展案例研究,旨在讨论全球变暖下北极航线设计的考虑因素并对相应航线设计方法做出建议。

海洋沉积物碳储存量对全球变暖的指示作用

文章通过分析海洋沉积物碳储存形式与分布,揭示沉积物碳储量对古气候和当代全球变暖的指示作用,指出有机碳、无机碳含量和埋藏通量的变化能反映大气温室气体和地表温度的波动。研究基于海洋碳汇机制,提出加强保护、发展碳捕集技术、完善监测预测系统、推动低碳转型等应对全球变暖的策略,旨在为缓解气候变化提供科学依据。

全球变暖与旱涝事件

进入21世纪以来的20来年,全球变暖更加显著[1],随着全球变暖,观测到的各地发生旱涝的情况与未来预估的变化趋势,是政策制定者和公众关心的问题,本文简述最新的研究进展[2]。1全球降水与旱涝在分析全球降水量时,最关注的是旱涝事件。主要包括以下内容。

全球变暖和厄尔尼诺事件

厄尔尼诺事件与全球冷暖和旱涝密切联系,因此一直是受到关注的问题[1]。本文综述在全球变暖背景下,观测到的厄尔尼诺变化和与人类活动的关系以及预估未来在全球变暖背景下的变化。

全球变暖与热带气旋

2023年西北太平洋台风杜苏芮、海葵和玛娃以及东北太平洋飓风希拉里与地中海飓风丹尼尔等带来人员伤亡和严重经济损失,引起广泛关注。本文综述观测到的全球变暖与热带气旋变化特征,分析人类活动的可能影响以及预估未来全球继续变暖情况下热带气旋的变化。

全球变暖与沙尘暴

沙尘暴是一种灾害性天气现象,全球每年大约有20亿t的沙尘排放到大气中,包括自然和人为因素造成。世界气象组织(WMO)从2017年开始每年发布《大气浮尘公报》,介绍自2016年以来每年全球沙尘变化[1-2]。全球变暖对沙尘暴的发生和变化有什么影响,是公众关心的问题,本文综述观测到的沙尘暴的变化特征和未来在全球变暖的背景下对沙尘暴变化的预估与展望。