过去2000a中国和北半球温度变化及其外部强迫因子重建研究进展

对过去2 000a气候变化的研究是解决20世纪气候变暖归因问题的关键途径之一,近年来取得了重要进展。从北半球和中国区域温度变化重建、外部强迫变化及其对温度影响等方面回顾了过去2 000a气候变化的研究历程,论述了代表性的研究成果并总结了新的科学认识。主要认识有:(1)在十年至百年尺度上,过去千年北半球中高纬地区的夏半年温度变化基本同步;(2)在百年尺度上,太阳活动在北半球温度变化中可能扮演了重要角色,而在年际到十年尺度上火山活动是北半球温度变化的主要驱动因子,但频繁的大型火山喷发事件也会造成百年尺度上气候冷暖平均态的转变;(3)温室气体是工业革命以来气候变暖的主导因素之一,但其中的年代际波动受到气候系统内部变率的影响。今后,将模拟与重建结果结合起来量化各驱动因子对气候变化的影响,进而揭示气候变化的机制是过去2 000a气候变化研究的热点。

20世纪90年代末东亚冬季风年代际变化的外强迫因子分析

使用NCEP/NCAR、英国气象局哈德莱中心(Met Office Hadley Center)Had ISST以及NOAA提供的再分析资料分析了海温、海冰及雪盖异常对20世纪90年代末我国冬季气温和东亚冬季风(EAWM)年代际跃变的外部强迫作用,同时也对比分析了20世纪90年代EAWM年代际跃变与20世纪80年代EAWM年代际跃变特征和成因的一些差异。结果表明:20世纪80年代中期EAWM的年代际变化特征主要表现为全国一致偏冷型,同时中国近海的海温也偏低;该年代际变化的主要原因来自大气内部动力过程,而海温和海冰的作用不显著。20世纪90年代末EAWM年代际变化的特征表现为东亚北方气温显著偏冷而南方偏暖的南北反相变化分布;EAWM在20世纪90年代末的年代际变化受北大西洋海温和热带太平洋海温的共同影响。北大西洋显著的异常暖海温,激发一个向下游传播的波列,使得西伯利亚高压加强,EAWM加强,从而导致我国北方气温下降;同时,秋冬季北极海冰异常偏少和秋季欧亚雪盖偏多对东亚冬季风的增强也有一定的作用。此外,热带西太平洋的暖海温异常会导致在海洋性大陆地区有异常的辐合和对流增强,引起大气环流的Gill型响应,对流西侧的异常气旋在孟加拉湾至我国西南地区出现南风异常,使得东亚南部地区温度偏高。因此,20世纪90年代末之后东亚温度呈现南暖北冷的分布特征。

The dry and hot American Southwest under the present and future climates

由于正在持续的特大干旱,更频繁的洪水,热浪以及导致空气污染的山火,美国西南部目前正在经历气候危机.这些气候危机主要与水文气候过程相关,尤其是气候系统各圈层之间的水汽通量.本研究主要讨论目前一些水文系统的科学基站以及物理驱动因素,比如北美夏季风以及太平洋北美遥相关.本研究指出降水以及气温对于干旱的相对作用的理论和工具.确定内部变率和外部强迫对于美国西南部水文气候系统的相对作用尤为重要.展望未来,需要研究高分辨率模拟系统,加强降水以及温度对于水文气候系统相对作用的理解,外部强迫的作用以及通过科学家以及其他利益相关者之间的合作.

2011−2020年间南大洋印度洋扇区冬季水的年际变化特征及其成因

已有多个研究证实南大洋自海表到底层的海水特性存在长期变化特征,并指出其与大尺度外部强迫的改变紧密相关。然而,截至目前海洋学界对各水团的更高频年际变化特征及其影响原因依然了解甚少,其中包括了近海表最易受外部强迫影响的冬季水(Winter Water,WW)。本文结合2011−2020年间每年1月沿110°E断面采集的重复观测资料和再分析气象资料,研究季节性冰区内WW层10年间的年际变化。结果发现,该海域WW特性具有显著的时空变化特征。WW核心温度距平与前一年的南极涛动(Antarctic Oscillation,AAO)指数距平具有显著正相关关系(R=0.69),而AAO指数与局地纬向风转向所在纬度呈负相关关系(R=−0.61),说明AAO指数越大(小)时,辐散带会向南(北)移动,季节性冰区的WW核心温度升高(降低)。局地净降水量距平变化与WW核心盐度距平的变化相反,2016年之后负的净降水量距平(大气向海洋输送淡水减少)促使WW核心盐度距平增大。另外,局地涡动能距平与WW厚度距平呈负相关关系(R=−0.70),据此推测该海域持续存在的气旋式涡旋的强度增强(减弱),引发向上抽吸作用增强(减弱),导致绕极深层水的深度变浅(加深),进而引起其上层WW层厚度的变化。通过本研究工作,有助于深入理解南大洋海洋水柱对外部强迫高频变化的具体响应。

全型涡度方程和经典涡度方程比较

在简要回顾经典涡度方程和全型涡度方程推导的基础上 ,比较了两种涡度方程的异同。集中讨论全型涡度方程新的物理内涵 ,证明了与稳定度和斜压性变化 (锋生、锋消过程 )相联系的内部强迫以及与摩擦耗散和非绝热加热相联系的外部强迫所诱发的涡度发展的机制。最后 ,指出了全型涡度方程的天气和气候应用前景。

Impacts of internal climate variability on meteorological drought changes in China

干旱受气候内部变率和外部强迫共同影响。本文利用地球系统模式CESM对历史时期和RCP8.5下的40个集合模拟的降水资料,并结合实际观测,研究了上述两因子对气象学干旱–标准化降水指数变化的贡献。通过对干旱频率、强度、持续时间、及最长持续时间的变化分析发现:在历史时期,气候内部变率对干旱变化起主要影响,而在未来(RCP8.5)情景下,外部强迫变得更为重要。本文建议,在利用模式模拟结果研究干旱变化时应考虑气候内部变率的影响。

全球变暖停滞的研究进展回顾

1998—2012年,全球平均地面增温速率较之前明显趋缓,出现全球变暖停滞现象,该现象的成因与机制是当前气候变化研究的一个热点领域。主要从外部强迫和内部变率2个角度回顾全球变暖停滞产生机制的研究进展。从气候系统外部强迫影响来说,全球变暖停滞主要受到太阳活动、火山爆发、气溶胶以及平流层水汽等的影响。从气候系统内部调控作用来看,全球增温速率减缓主要受到太平洋、大西洋、印度洋和南大洋自然变率以及相应的热量再分配过程的影响。全球变暖停滞期间气候系统内部能量并没有减少,其中一部分能量被转移并储存在了海洋中深层,从而对全球增温减缓产生影响。同时,重点回顾了针对部分耦合强迫作用的"起搏器"试验,该类试验是研究全球变暖停滞的特征、成因及机制的有力手段。此外,也总结了全球变暖停滞现象对气候系统能量收支平衡、资料、模拟以及相关政策制定等方面带来的挑战,展望了未来的研究重点。