年际-年代际尺度中国气候区类型变化与影响因素研究

气候类型作为一个地理学概念包含了综合性的气候信息,同时研究气候类型变化也是研究气候变化的重要方式。本文使用气候类型面积变化这一地理学指标来探讨中国1961-2010年年际和年代际气候变化特征,气候型的划分基于国际通用的柯本气候分类法,计算了东亚夏季风指数(EASMI)、南亚夏季风指数(SASMI)、夏季西风指数(SWI)、东亚冬季风指数(EAWMI)等指数,分析这些气候要素的强弱对各气候型面积变化的影响。研究结果显示:1中国大陆主要气候型为草原气候(Bs)、沙漠气候(Bw)、常湿温暖气候(Cf)、冬干温暖气候(Cw)、冬干冷温气候(Dw)和苔原气候(ET);2气候变化最为敏感的区域主要分布在天山以北地区,青藏高原西部,400mm等降水量线附近以及梅雨边缘区,年代际尺度的气候类型变化表现为整个中国出现变暖趋势,除南方地区外都出现变干趋势,年际尺度的各气候类型面积变化表现出明显的升温趋势,而未表现出明显的降水变化趋势;3东亚夏季风(EASM)主要影响沙漠气候(Bw)、常湿温暖气候(Cf)、夏干温暖气候(Cs),南亚夏季风(SASM)主要影响沙漠气候(Bw)、常湿冷温气候(Df)、夏干温暖气候(Cs),夏季西风(SW)主要影响苔原气候(ET)、常湿冷温气候(Df),东亚冬季风(EAWM)主要影响冬干冷温气候(Dw)、草原气候(Bs)、热带疏林草原气候(Aw)、夏干温暖气候(Cs),而其中对中国大陆气候影响区域最广,影响程度最明显的是东亚冬季风。

中国南方旱涝年际年代际变化及成因研究进展

基于气候变暖背景下中国南方旱涝时空格局发生变化的基本事实,回顾了中国南方降水的主要模态和旱涝年际年代际尺度变化特征及其成因的主要研究进展。研究指出,El Nino发展年,中国南方大部地区降水偏少,尤其在长江及其以南地区,而El Nino衰减年则相反。强调热带印度洋海盆一致偏暖使西太平洋副热带高压增强,位置偏南,导致西北太平洋反气旋异常的形成和维持,有利于中国南方降水加强。青藏高原冬春季积雪多,春夏季高原感热和上升运动较弱,导致夏季风偏弱,有利于长江流域降水偏多易涝,反之亦然。关于多因子协同作用对南方旱涝影响,指出南方旱涝是多因子协同影响的结果,如菲律宾反气旋受冬季青藏高原积雪、El Nino与前期春季印度洋海温等多因子协同影响。南方旱涝与影响因子发生了年际关系的年代际变化,在气候变暖背景下,随着后者的年代际转型,其对前者的影响关系也发生了年代际变化。因此,提出了应该关注南方旱涝的预测策略与方法,提高旱涝预测技巧。

季风的季节、年际和年代际变化

区域季风和全球季风的分布依赖于季风的定义。基于“季风是热带大气水汽中心随越赤道气流向赤道外季节扩展”的定义总结并讨论了东亚季风的区域特征、亚洲季风的季节进程和全球季风的分布以及季风的年际和年代际变化。最后对季风研究的潜在方向作了适当的讨论。

近500年南极涛动指数重建及其变率分析

南极涛动是南半球大气环流的主要模态,在多种尺度上对南半球及北半球部分地区的气候系统产生重要影响。在对树轮、珊瑚、冰芯等多种代用资料进行挑选与主成分分析的基础上,重建了公元1500年以来南半球夏季(当年12月-次年2月)的南极涛动指数。重建序列的解释方差(r2)、误差减少量(RE)平均值分别为59.9%、0.47,较高的r2、RE表明重建具有了较高的可信度;而整体呈减少趋势的标准误差(SE)表明代用资料的增多可以减少重建序列的不确定性。重建结果与其它研究给出的南极涛动指数有着较好的一致性。重建序列的功率谱分析表明,过去500多年南极涛动年际变率突出的周期有2.4a、2.6a、6.3a,年代际变率突出的周期有24.1a、37.6a,均达到95%显著性水平。进一步的小波分析表明南极涛动在不同时间尺度上的变率及其周期有着随时间而演变的特征。

半个世纪来热带海洋风暴对中国大陆的影响

本文利用美国海军台风警报中心(JTWC)提供的1945～2002年热带风暴路径资料统计分析了西北太平洋(NWP)和中国南海(SCS)风暴生成及登陆中国大陆热带风暴的时空演变特征.季节变化上,NWP风暴登陆主要集中于6～11月,SCS风暴影响主要集中在6～9月,但后者登陆总数比前者少.西北太平洋风暴在东南沿海(27°N,120°E)附近登陆的频次最高,在此以北随纬度急剧下降.年际变化时间尺度上,登陆大陆的风暴年总数与来自南海的年风暴数成正比.登陆我国的热带风暴年频数有明显的区域差异和显著的2～7年振荡.长期趋势上,两个海域的风暴年生成频数和登陆大陆的年风暴频数在58年中总体呈线性增长趋势,其中登陆频数增长趋势相对缓慢,但近几年登陆风暴数与生成风暴数都表现出减少的趋势.生成频数和登陆频数都呈现出年代际变化,其年代转换发生在1960、1970年和1990年前后.

中国北方季风边缘区过去530年降水的时空变化及其驱动机制研究

中国北方季风边缘区位置的移动影响着整个西北地区的旱涝变化和生态建设的发展.树轮和历史文献记录可以为该地区过去几百年气候环境变化和季风变化提供重要的信息.本文选取了8条树轮序列结合31条中国历史文献记录和实测降水量资料,重建了中国北方地区近530年的年降水量演化特征,对比分析了不同特征时期400rmm等降水量线空间位置的差异及其可能的驱动机制.结果表明,在年际尺度上,降水量最丰年400mm等降水量线位置都比近30年平均位置偏北,而干旱事件时期400mm等降水量线位置比近30年平均位置更偏南,且干旱时期的波动要比湿润年份的波动幅度更大;在年代际尺度上,最湿润10年和最干旱10年400mm等降水量线位置同样比最近30年偏北和偏南,但是其空间位置的变化没有年际尺度显著.研究区降水量空间位移变化主要是受北大西洋涛动（NAO）和厄尔尼诺南方涛动（ENSO）的影响.

北半球冬季温带反气旋活动的统计特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过客观判定和追踪反气旋的方法统计分析了1948~2013年北半球冬季温带反气旋的时空分布、周期和生命史等气候特征。结果表明,北半球冬季温带反气旋主要活动在东北太平洋、北大西洋、北美落基山脉东部和加拿大、美国东部、欧洲、亚洲中部和东亚地区。太平洋和大西洋上反气旋的生成区分布较分散,于大洋西部生成,在中、东部达到成熟期,最后主要在大洋东部和大陆西岸消亡。大西洋上反气旋消亡区域的大值区从大西洋中部到欧洲西海岸呈西南—东北带状分布,而太平洋上的反气旋消亡区域的两个大值区独立分布。大陆上反气旋多生成于较高纬度和极地地区,主要向东、向东南方移动。北半球各区域反气旋数均具有显著的2~3年周期变化特征,欧亚地区则具有显著的16~18年周期的年代际变化特征。除了欧亚大陆,其他三个区域的反气旋偏强时,其运动轨迹偏北。北美地区反气旋越强,其运动的纬度范围越大;而欧亚大陆反气旋越强,其运动的纬度范围越小。生命史越长的反气旋数比例越少,只有不到10%的反气旋生命史超过一周。

Predicting climate anomalies:A real challenge

过去几十年,气候变化和极端气候事件造成的经济损失和灾害显著增加.虽然全球的科学家在理解和预测气候变异方面做出了巨大的努力,但当前在气候预测领域仍然存在几个重大难题.2020年,依托于国家自然科学基金基础科学中心项目的气候系统预测研究中心(CCSP)成立了,该中心旨在应对和处理气候预测领域的三大科学难题:厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)预测,延伸期天气预报,年际-年代际气候预测,并为更加准确的气候预测和更加有效的灾害防御提供科学依据.因此,本文介绍了CCSP的主要目标和面对的科学挑战,回顾了CCSP在季风动力过程,陆-气相互作用和模式开发,ENSO变率,季节内振荡,气候预测等方面已取得的重要研究成果.未来CCSP将继续致力于解决上述领域的关键科学问题.

季节性海冰驱动的冰期北大西洋“电容器”效应

第四纪冰期的千年尺度气候突变事件——Dansgaard-Oeschger Event (D-O事件),一直是古气候学领域关注的重点。近年来,数值模拟的研究发现,北大西洋副极地地区年际-年代际气候变率的振幅在D-O事件中的冰阶冷期远大于间冰阶暖期,这一现象为理解该区域海温代理指标的气候学意义提供了重要参考价值,但其动力机制尚不清晰。本文利用海气耦合气候模型(COSMOS),通过模拟氧同位素(MIS)3阶段的一个典型D-O事件过程,探讨了冰阶冷期北大西洋气候变率的放大机制。结果显示,北大西洋副极地海域的季节性海冰通过调控海气间热量交换,影响当地气候变率的幅度。冰阶期,热带暖水向北输送导致海洋次表层逐渐升温,削弱了表层-次表层海水的密度层结,有利于次表层暖水上涌,促进海冰融化及海表温度升高。这将激发出海平面气压的负异常,引起气旋式风切变,并通过Ekman抽吸作用加速表层-次表层海水的垂直混合,进一步促进次表层暖水的上涌。这一正反馈机制造成海洋次表层热量的迅速释放,海表温度快速升高。当次表层热量释放结束后,海表将无暖水补充,导致海表温度下降,海冰增多。该过程激发的海表气压正异常(即反气旋式风切变)将抑制垂直混合发生,促进次表层热量积累,为下一次放热过程提供条件。在间冰阶暖期,随着北大西洋季节性海冰消失,海气间热交换不再受海冰变化影响,海洋次表层与大气间的热交换始终处于准平衡态,气候变率的振幅显著下降。本研究结果显示,北大西洋季节性海冰的存在可以调控海洋次表层热量积累-释放的过程,产生“电容器”效应,这对理解冰期年际-年代际气候变率放大现象有重要启示意义。

现代气候条件下降水变化的“西风模态”空间范围及其影响因子初探

全新世轨道-千年-百年-年代际尺度上中纬度亚洲内陆干旱区的湿度/降水变化与东亚季风区呈现出错/反位相的变化,简称为中纬度内陆干旱区气候变化的＂西风模态＂,但至今对气候变化＂西风模态＂的适用空间范围及其影响因子缺乏深入研究.针对整个中纬度欧亚大陆（30°-60°N,0°-130°E）,使用1960-2010年GPCC,CRU和CPC三个降水数据集的逐月降水资料,分别对冬、夏季降水的年际、年代际信号进行EOF分析,发现现代气候背景下的降水变化＂西风模态＂在夏季年代际尺度表现最为显著,亚洲中部内陆干旱区部分区域的年代际夏季降水与其东部的中纬度东亚季风区和西部的地中海周边地区均呈现出相反变化的空间格局,在中纬度欧亚大陆表现出＂-＋-＂的空间变化模态.据此划分出气候变化＂西风模态＂核心区域,即西部以里海（约50°E）为界,东部到河西走廊西界（约90°E）,南北界限与亚洲中部干旱区南北界线吻合（约36°-54°N）,整体相当于中亚和中国新疆干旱区,本文将其命名为＂西风模态核心区＂.依据逐月NCEP/NCAR再分析数据,探讨了亚洲中部干旱区气候变化＂西风模态＂的成因,发现其不但与中纬度大气环流的纬向波动传播及印度夏季风降水异常之间的共同作用有直接联系,而且与大西洋多年代际振荡（AMO）也密切相关.