中全新世气候突变对青海东北部史前文化的影响

青海东北部自然环境对全球变化响应敏感,且本区史前文化发达、序列完整、遗迹丰富。因此本区是我国研究气候变化对史前文化影响的典型区域。利用气候和考古研究结果,采用GIS和数学分析方法,发现:4kaBP本区气候向干冷化突变,齐家文化在3.9kaBP突然衰弱,在干冷形势基本稳定的3.6kaBP,出现辛店文化和卡约文化,遗址数猛增;齐家文化是农耕文化,辛店文化继承了齐家文化的生产活动,其地域范围缩小,向低海拔和向东部的低山丘陵、河谷、沟谷地带退缩;而卡约文化在适应气候突变后,改变了原有的生产方式,产生了一种新的经济方式——畜牧业,并向西和更高海拔的中山地、高山地等扩展,地域范围达到史前文化最大。因此气候突变,史前居民采取了不同的应对策略,进而形成不同的文化,气候突变是本区史前文化由单一向多元分异的重要驱动力,也是本区大型聚落难以维系,文明进程受挫的重要原因。

青海高原不同生态功能区气候突变时间的比较分析

根据地理位置和地貌特征将青海省划分为东部农业区、环青海湖区、三江源区和柴达木盆地4个生态功能区,利用这4个生态功能区1961—2010年的月平均气温和降水量资料,对年和四季的平均气温及总降水量进行了突变检测.结果表明:4个生态功能区年平均气温和四季气温都呈显著的上升趋势,其中冬季气温上升最明显,其次为秋季,春季和夏季相对较小.气温突变时间检测表明,年平均气温为柴达木盆地的突变时间最早,其次为东部农业区和环湖区,三江源区突变时间最晚.不同生态功能区四季气温突变时间不尽相同.年降水量除柴达木盆地上升趋势明显外,其余三个地区变化趋势都不明显;四季降水量变化趋势除冬季降水量变化明显(除东部农业区)外,其余三季变化趋势基本不明显.降水量突变信号较气温突变信号弱,只有个别地区的个别季节降水量发生了突变.

三江平原气候突变分析

采用累积距平法、Jy参数法和Mann-Kendall法联合检测1955～2000年三江平原气候变化过程中的突变现象,讨论了引发三江平原气候突变的可能原因。分析发现,三江平原年降水量在20世纪60年代发生了减少突变;而三江平原在20世纪70年代和80年代连续两次经历的增温突变,使其气温变化与东北北部平原其它地区明显不同;年日照时数和平均风速的减少突变均发生在20世纪80年代。总体来看,三江平原气候变化在20世纪80年代最明显。

宁镇及宜溧地区全新世中晚期典型沉积相与5700 a B.P.前后的气候突变事件

分析宁镇及宜溧地区中晚全新世典型剖面的地层划分与特征,采用R-Q型因子分析方法估算气候变化值,揭示5 700 a B.P.前后发生在本区的干燥降温异常气候突变事件。气候曲线与沉积相序列的对比分析表明,宝华山浅棕黄色砂土夹角砾层洪-坡积相是该突变事件背景下的产物,且该突变事件还具有全球变化区域响应的征候,林峰桥同期淤泥质层中Fe3+/Fe2+比和粘土百分含量异常值进一步印证了这一论断。

青藏高原与中国其他地区气候突变时间的比较

基于1961～2006年中国地面观测气温和降水资料,对青藏高原地区以及中国其他6个地区地表气温、降水的变化趋势和突变时间进行了检测和比较。结果发现,(1)地表气温:1961～2006年青藏高原地区年和四季的地表气温都呈增加趋势。年平均地表气温在20世纪80年代中期开始变暖,但显著快速增暖的突变发生在90年代中期,该时间比东北、华北、西北和淮河地区晚,与长江中下游和华南地区接近,不同季节青藏高原地区与其他地区变暖突变时间的差别也各有不同,但所有季节快速变暖突变的时间都比东北地区晚,中国东部陆地地区年和冬季平均地表气温表现出北早南晚的经向差异;(2)降水:1961～2006年青藏高原地区年降水量没有检测到显著的变化趋势,冬春降水量显著增加,而夏季降水有微弱的减少,秋季降水显著减少。降水突变的信号明显比温度突变的信号弱,年降水量和春季降水都没有检测到突变的发生,降水突变方向(增或减)和突变时间在区域与区域之间以及不同季节之间都存在较大差异。由上可见,青藏高原气候的显著快速变化比中国东部长江以北地区有明显的滞后现象,尤其是冬春温度变化,这可能是由于青藏高原地区积雪增加导致的反照率增加和冰川融化吸热对青藏高原变暖的减弱作用所致。

1961—2004年新疆气候突变分析

利用1961—2004年新疆53个气象台站逐日平均最高气温、平均最低气温和降水数据,采用Mann-Kendall法分别对北疆、天山山区和南疆气温、日较差和降水年序列进行了突变分析,同时利用滑动t检验和Yamamoto法对突变点的真伪做了验证.结果表明:1961—2004年北疆、天山山区和南疆年平均最低气温上升速率均明显高于年平均最高气温,年平均日较差均呈显著下降趋势,年降水量均有增加趋势.北疆年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1988年、1979年和1984年发生了突变;天山山区年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1985年、1983年和1992年发生了突变;南疆年平均最高气温、年均最低气温及年平均日较差分别在1993年、1991年和1981年发生了突变.20世纪80年代中期以来北疆、天山山区、南疆均进入增温多雨时期.这些结果对进一步研究和预测新疆气候有着重要意义,为研究全国甚至全球气候变化提供重要依据,同时也为决策者提供决策依据.

三江源地区气候突变及未来演变趋势分析

利用墨西哥帽小波分析方法,检验了三江源地区近50年的气候突变情况,并根据FVGCM全球模式嵌套20km分辨率Regcm区域气候模式,对21世纪后期三江源地区气候的平均状态进行了预评估。结果表明,温度、降水量在不同时频内均有多次突变发生,温度突变发生次数有逐步递增的趋势,20世纪60年代只有三次,而90年代为9次,并且高频区突变多于中、低频区,在20世纪90年代初和21世纪初均有明显的突变。预计21世纪年平均气温、年降水量均呈增加趋势。

气候突变与古文明衰落

世界不同地区的古代文明在其发展过程中大多经历过衰落,其原因一直是人们关注的焦点。近几十年来,随着测年精度的提高、全新世较高分辨率气候变化研究的进展、古代文明衰落时间的相对精确考证以及对全新世气侯突变现象认识的不断深入,气候突变在古代文明衰落过程中的作用越来越受到学术界的重视。介绍了目前古代文明衰落的气候因素作用研究的进展,包括人们对气候突变、全新世气候变化以及气候突变在文明衰落中的作用的认识。深入了解气候突变与古代文明衰落之间的关系,不仅有助于理解这些古代文明衰落的原因,而且也将为人类对未来气候突变的适应提供有益的借鉴。

气候突变:史实与意义

利用国际上有关气候突变研究的最新结果，综述了冰期与间冰期气候突变的史实，重点探讨了近２０００年以来的气候突变问题。结果表明：无论是冷期或是暖期，气候均存在突变。特别是发生于Ｅｅｍｉａｎ期间和近２０００年以来的气候突变，为暖期气候也存在突变提供了非常重要的证据。同时还发现：发生于１２３０ＡＤ年的气候突变，虽然其幅度较冰期与间冰期气候突变要小得多，但同样具有全球性。这些结果动摇了过去认为“气候只在冷期发生突变及全新世以来气候基本稳定”的结论，也预示着下一世纪气候不稳定的可能性将可能会增加，对全球气候和气候预测研究具有非常重要的意义。

全球变暖与气候突变

1气候突变、翻转点和不可逆在古气候和历史时期气候变化中有时会发生气候突变,近几十年全球明显变暖,引发人们对是否会发生气候突变的关注。对气候突变与翻转点和不可逆有许多定义,根据IPCC报告,气候突变(abrupt climate change)是指气候从一种稳定态(或稳定持续的变化趋势)跳跃式和快速地(几十年或更短)转变到另一种稳定态(至少稳定几十年或稳定持续的变化趋势)的现象,对人类和自然系统产生严重干扰。它表现为气候在时空上从一个统计特性到另一个统计特性的急剧变化,或地球系统非线性响应。

小波气候突变的检测——应用范围及应注意的问题

气候突变及其检测是气候变化研究的一个重要方面。气候突变的表现多种多样,目前也有许多检测气候突变的方法,但这些方法能否准确地检测出气候突变现象,他们的适用范围如何,是一个值得注意的问题。研究表明,尽管小波分析方法在检测序列突变方面具有严格的数学意义,但因为其检测到的是序列的均值突变,因此,在应用于气候突变的检测方面应该特别注意,数学上的严格并不等同于气候意义上的严格。因为某些情况下有些突变点并没有一定的气候意义。

周期 2 ,3,5及其气候突变点预测

一个混沌气候时间序列含有各种各样的周期 ,其中周期 2 ,3和 5是最基本的周期 ,它们又是气候突变时间层次映射的主要角色。根据周期 2 ,3和 5的突变时间规律 ,它基本符合子波变换所导得的微分方程的解 ,由周期 1的突变时间可以预测周期 2 ,3和 5的突变时间。文中对北半球气温和中国气温的突变时间做了预测 ,预测效果较好。

前汛期惠州市强降水气候突变及其环流特征分析

惠州市地处气候年际变化显著的东亚季风区,近几十年来前汛期强降水事件频繁,尤其自20世纪90年代以来有很多暴雨灾害发生。为了客观地分析惠州前汛期强降水事件的异常情况,利用1967-2009年惠州市降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了前汛期惠州强降水的气候变化及其环流特征。结果表明:前汛期惠州市总降水量和暴雨量大,暴雨日数多;它们的年际变化一致,无明显趋势变化。但自1990年代中期至今,强降水异常有增多且强化的趋势。进一步对比惠州前汛期强降水异常事件突变前后的环流特征,强降水偏多(少)年,突变前后低纬地区均呈现偏南(东北)气流异常,而引起强降水偏多(少)年突变的环流形势差异,主要表现为突变后冷空气作用明显,低层北风分量增强;突变前后物理量的差异则主要表现为,突变后强降水偏多年高、低层散度梯度加大,垂直上升运动偏强,对流性不稳定加大,强降水偏少年上述物理量的变化相反;以上差异特征均导致突变后强降水偏多年更易引发或加剧强降水异常,强降水偏少年更不易于强降水的发生。

冰芯记录中末次间冰期-冰期旋回气候突变事件的研究进展

冰芯记录中的气候变化是古气候研究中的重要组成部分 .极地、中低纬度和热带地区的冰芯记录表明 ,在冰期间冰期旋回大尺度气候变化背景下 ,全球经历了一系列数百年至千年时间尺度的快速气候突变事件 ,诸如末次间冰期的干冷事件、末次冰期的Dansgaard Oeschger事件、Heinrich事件和YoungerDryas事件等 ,虽然这些穿插在冰阶中的暖湿气候事件、间冰阶中的干冷气候事件的成因、机制和影响范围还存在明显的不确定性 .主要介绍不同区域冰芯记录中末次间冰期冰期旋回这些气候突变事件发生的时间、过程和机制等的研究进展 .

基于中等复杂地球系统模式的全新世气候突变事件模拟试验

全新世暖湿气候背景下的代表性气候突变是发生在约8.2kaB.P.和4.2kaB.P.的气候突然变冷变干的事件。对于气候突变事件的出现,海洋环流被普遍认为是其中的关键环节。科学家们利用不同类型的气候模式进行过个例和机理模拟试验,但还未能对气候突变机理做出合理的解释。本研究使用一个中等复杂程度的地球系统模式EMIC(Earth-system Models Intermediate Complexity)MPM-2,模拟研究了全新世气候背景下北大西洋区域,淡水强迫机制作用对温盐环流以及全球气候的可能影响、气候系统响应和恢复时间特征以及南北半球的差异。模拟结果表明海洋对北大西洋淡水通量异常的强度响应敏感,海洋环流对热量和盐份的输送与淡水通量异常强度之间的平衡决定了温盐环流能否对淡水强迫产生不可逆转变,当淡水通量异常达到某一阈值后可能引起海洋和气候平衡态的改变。同时还发现,在气候变化过程中,两次淡水通量异常对海洋和大气系统的强迫作用是不同的,首次淡水通量异常对气候平衡态的影响要远大于其后的淡水通量异常。模拟结果还表明,北大西洋海洋的异常状况可以通过海洋、大气等各圈层相互作用传递到不同圈层和空间区域,在南北半球出现不同的响应特征。上述模拟结果对于认识全新世气候变化特征、不同突变事件之间的关系及其对现代气候的可能影响具有启发意义。

气候突变对水库汛期分期及调度的影响

鉴于传统汛期分期方法较少考虑气候变化和极端天气等因素的问题,为更加科学合理地进行汛期分期,以张家庄水库为例,统计分析了研究区降水的时空分布特征,确定了研究区汛期为6～9月,并以1962～2008年介休市降水量(P)、平均气温(T)、日照时数(SD)等气象因子的年数据序列为指标,运用主成分分析法降维得到研究区气候评价综合指标,再采用Mann-Kendall法、滑动T检验法及Yamamoto法对比分析,检测到研究区气候突变年为1988年,以此突变年为分界点,采用PCA-Fisher最优分割法进行汛期分期,并分析了不同主汛期对水库调度的影响。结果表明,气候突变对汛期分期结果有一定影响,气候突变年后较整个时间序列得到的主汛期少11d,在水库调度过程中可有效改善水库下游水资源利用条件,缓解水库供水压力。

1980—2005年海南岛尖峰岭热带山地雨林区气候突变与异常的初步研究

海南尖峰岭热带山地雨林作为典型的热带雨林生态系统之一,其长期的气候动态变化研究对全球变化研究有着重要的作用。采用1980—2005年海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站天池气象站地面常规气象观测资料,利用累积距平法和Mann-Kendall检验法分析了尖峰岭热带山地雨林区气候突变和气候异常。结果表明:近26 a来,该区年平均气温、年平均地温、年平均最高最低气温、年积温和平均水汽压在1990年前后经历一次由低到高的突变,年平均风速在1993年经历由大到小的突变。在高强度ENSO事件发生的1998年,气温、地温均出现异常偏高,这些都表明该林区的森林气候变化正是对全球气候异常的明显响应过程。

气候突变点前后无锡站年际降水序列历史演化特征

为推动中长期预报工作,在发现气候突变点的基础上,采用历史演变法对无锡站年际降水序列的5种特征进行分析。研究表明:①由于认知上的缺陷,以前的序列分析方法不能真正完成其历史使命,必须与气候突变理论及相关辅助方法配合使用,才能弥补其分辨率较低的弱点;②1978年前后无锡站年际降水过程线的5种特征差异显著,进一步证实了“气候成因不同特征不同”的猜想,也是气候突变点存在的有力证据;③无锡站的突变点可分为2个量级,分别为周期性突变点和气候突变点,这是旱涝演化的自然选择。本研究首次完成了气候突变的应用研究和单站单要素年际序列特征的精细化分析,为历史演变法注入了新的活力,也为太湖及周边地区开展中长期预报工作打下了坚实的基础。

从地球系统的观点看气候突变

在地球的气候史中,经历了许多次气候突变事件。这些突变对地球表层系统的演变与进化产生了巨大影响。随着全球气候变暖的持续发展,人类赖以生存的气候环境正在经历重大变化。如何科学地理解和认识这些变化,尤其是气候突变,是人类寻求对策,应对气候变化,保护自己持续发展的科学基础。文中从地球系统的角度对气候突变的科学问题进行了探讨,认为对气候突变的研究不应仅局限于大气圈,而应该对地球系统的整体变化进行研究。

超熵产生作为气候突变判据的一个例子

本文给出了含参量一维气候模式,根据Liapunov稳定性理论,以超熵产生作为气候突变的一个判据。提出了综合参数L=I_0μ(d)(da)/(dT),并求出了该模式下的临界值L_m。最后,讨论了大气的光学厚度、地表反照率及太阳辐射与气候突变的关系。