对冰期和小冰期气候变化因素的探讨

本文综述了影响冰期和小冰期气候变化的主要因素、不同观点争论的焦点和最新研究进展,并对全球变暖问题作进一步讨论.科学的研究方法不仅需要相关数据的统计分析,而且需要相关机制的能量计算.海洋锅炉效应、地磁层漏能效应和臭氧洞漏能效应比温室效应有更显著的增温效果.历史记录表明,全球变冷导致干旱、沙漠化、瘟疫、粮食减产、民族大迁移和战争动乱,人类必须作好防范气候变冷的准备.     

过去2000年全球典型暖期的形成机制及其影响

通过对中国不同地区气候序列重建与暖期气候特征、气候驱动因子变化分析与典型暖期成因机制模拟诊断、暖期气候对中国社会经济的影响与人类适应、北半球温度变化及典型暖期协同特征等问题的研究,发现:(1)20世纪气候增暖在过去2000年中并非空前,但20世纪气候增暖在北半球几乎同步,而中世纪增暖在空间上则存在幅度和位相差异;这主要是因为20世纪全球增暖主要受温室气体增加驱动的"大气稳定机制"、而中世纪增暖主要受太阳短波辐射变化驱动的"海洋恒温机制"所致.(2)与2008年初中国南方"雨雪冰冻"相似的极端寒冷事件可能对温度年代际变化有早期预警意义,当前的"增暖停滞"可能是自然变率导致的气候由暖转冷的一个早期信号.(3)中国历史上的社会经济波动与气候变化之间存在"冷抑暖扬"的对应特征;但与暖期相伴的社会经济发展与人口膨胀也增加了对资源与环境的压力,使得在出现温度下降、降水减少等重大气候转折时,容易导致人地关系失衡、甚至触发社会危机.这些结果增进了对年代至百年尺度气候变化特征与机制的理解,也对我国适应未来气候变化具有参考价值.     

青藏高原中东部2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势

分析了根据树木年轮资料重建的青藏高原中东部过去2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势, 发现研究区极端气候事件与全球同步出现, 如中世纪暖期、小冰期和20 世纪增温等. 历史上最大的温度变幅和速率都发生在“东晋事件”(343~425 AD)期间, 而非20 世纪后半期. 过去青藏高原中东部地区温度序列存在显著的1324, 800, 199, 110,2~3 a 的准周期 (P < 0.01), 其中, 1324, 199 和110 a 周期与太阳活动有关. 温度变化在很大程度上受控于太阳活动: 千年尺度周期决定了温度变化趋势长期走向, 百年尺度周期控制了温度变化幅度, 而太阳活动极小期对应冷期出现. 预估结果显示未来这一地区温度将下降, 到2068 AD 前后温度下降到谷底, 2068 AD 后再次升温.     

青藏高原气候变暖是温室气体排放加剧结果的新证据

过去数十年间青藏高原气候变暖已经被许多研究所证实, 但迄今为止还缺少能将其与人类活动联系在一起的证据. 通过对历史观测资料的分析, 本文发现高原气候变暖的同时伴随有显著的气温日较差的减小. 另外, 欧洲中期数值预报中心的高空再分析资料还表明高原上空对流层顶附近也有明显的气温上升趋势, 而平流层低层则是变冷的趋势. 这些特征在两个参与国际间气候变化委员会第四次气候变化评估的耦合气候模式的20世纪CO₂浓度情景试验中成功再现, 而两个模式的工业化前情景试验中都没有这样的特征. 这意味着最近数十年青藏高原的气候变暖很可能主要是由与人类活动有关的温室气体排放加剧所引起, 并且温室气体排放加剧对青藏高原气候变化的影响可能比全球其他地区更显著.     

近千年中国东部夏季气候百年尺度变化的模拟分析

利用全球海气耦合模式ECHO-G 近千年积分模拟试验结果, 通过Lanczos 滤波器滤去100 年以下的年际-年代际变化信号, 保留百年尺度的气候变化信息, 分析了近千年来中国东部夏季气候在百年尺度上的时空变化特征并探讨了影响其变化的主要原因. 结果表明: (1) 近千年中国东部经历了暖-冷-暖3 个阶段, 由暖期进入冷期相对由冷期进入暖期缓慢, 暖期降水多冷期降水少, 降水的峰谷变化滞后于温度. 有效太阳辐射和太阳辐照度分别是影响温度和降水变化最显著的因子, 现代暖期之前火山活动的增强对极端低温的出现有明显影响, 火山活动与降水在1400 AD之前为正相关, 在1400 AD 之后为负相关, 温室气体浓度与现代暖期温度和降水有一致的变化趋势. (2) 温度的百年尺度与年际-年代际尺度的第一特征向量的空间分布型都为全区一致分布, 高纬的变率大于低纬, 这一分布型主要受有效太阳辐射和温室气体的共同影响. 降水第一特征向量的空间分布型在百年尺度与年际-年代际尺度上存在着显著差别, 百年尺度为全区一致的分布, 而在年际-年代际尺度上长江和黄河中下游与其两侧的区域呈反相分布, 太阳辐照度和温室气体共同影响了降水百年尺度上的这一空间分布型.     

树木年轮记录的青海乌兰地区近千年温度变化

过去1000 a气候变化历史是评价当今气候变暖的重要背景资料. 作为全球变化的敏感地区, 青藏高原过去千年高分辨率气候变化重建还很少. 对采集于青海省乌兰地区祁连圆柏林上限的树轮样本进行了气候响应分析, 揭示了上限祁连圆柏生长主要受温度变化限制, 即与上年9, 11月和当年2, 7月的平均温度相关显著(P<0.05), 而与降水量之间不存在显著的相关关系. 基于以上分析, 重建了过去1000 a来上年9月至当年4月平均温度的变化, 转换方程的方差解释量为40.8%. 重建结果显示, 20世纪是过去千年中最暖的百年, 20世纪90年代是最暖的10 a. 重建与邻近地区的树轮、湖泊沉积记录的温度变化具有较好的一致性, 表明该重建是可靠的. 与北半球千年温度变化对比表明, 中世纪暖期时该地区的气候变化存在明显的区域特殊性, 最近400 a来, 该地区对北半球气候变化有较好的响应.     

青海都兰地区1835a年轮序列的建立和初步分析

历史时期气候变化研究的一个重要方面,是获取高分辨率的古气候数据资料,弄清气候变化的事实,并建立历史气候的长序列.在我国,竺可桢利用物候资料和历史资料恢复了过去5000a来我国东部地区的温度变化曲线.吴祥定等在拉萨利用不同时期树木年轮资料衔接的方法,恢复过该地区2000a来的气候变化历史.姚檀栋等根据古里亚冰芯资料,给出了青藏高原近2000a来气候和环境变化的证据.本文将根据青海都兰地区树木年轮资料来讨论这一地区1835a间的气候变化趋势.本研究是我国目前在树木年轮气候研究方面资料较为完整和时间序列最长的一个.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明:近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段.尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识.以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究简

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明：近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段. 尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识. 以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

从降水的时空特征检证季风与中国朝代更替之关联

利用历史资料、季风指数和气候记录对最近发表的由石笋古气候记录提出的东亚季风强度与中国朝代兴亡的关联性进行检证, 指出这种关联性与中国历史事实有许多矛盾. 大量的器测和历史气候记录表明中国东部的降水在1~10年尺度上存在明显的空间差异; 季风强度与降水的关系也随地区的不同而异. 因此, 不能以单个地点的古气候记录来反映整个中国东部的干湿状况并进而得出东亚季风强弱是影响中国朝代变更的关键因素的结论. 在1~10年尺度上, 用石笋δ¹⁸O记录作为季风强度的指标还值得商榷.     

80年代全球气候突然变暖

由于气候变化对经济及社会有重大影响,因此受到国内外学者的广泛关注。过去100年来全球气候变暖是气候变化研究的热门话题之一。许多学者认为20世纪全球变暖,特别是80年代的全球变暖,可能是由于温室气体(如CO_2等)增加使温室效应加剧造成的。我们根据全球及中国的温度资料,对80年代气候的突然变暖进行专门的分析,这种分析将有助于对温室效应的检测。     

用天山雪岭云杉年轮最大密度重建新疆伊犁地区春夏季平均最高温度变化

为了研究新疆伊犁地区过去温度变化, 利用该区雪岭云杉6个样点的年轮最大密度年表(MXD)和年轮宽度年表(TRW), 分析了其年表特征和气候响应特点. 结果表明, 该地区不同样点的雪岭云杉树轮最大密度年表对气候变化有较为一致的响应, 与4~8月平均温度和平均最高温度均具有很好的正相关关系. 利用逐步回归分析方法筛选出的3个样点的树轮最大密度序列重建了该地区1848~2000年春夏季平均最高温度距平, 重建方程方差解释量达到56.2%, 且方程稳定. 重建结果揭示, 在伊犁地区, 20世纪50年代初到70年代初存在近153 a春夏季最显著的冷期, 并且在重建的时段内, 4~8月平均最高温度距平并没有表现出明显的上升趋势.     

1960～2008年中国二十四节气气候变化

采用非平稳时间序列分析技术——集合经验模分解(EEMD)方法,基于1960~2008年中国549站近地面气温观测的均一化序列,确定了全国平均温度的二十四个气候节气的阈值温度和时间,分析了各节气平均温度及其在季节循环中的时间节点的演变趋势.全国平均而言,小寒、大寒天气减少,近10年(1998~2007年)达到大寒的天数比20世纪60年代减少56.8%;大暑天气增多,近10年达到大暑的天数比20世纪60年代增加81.4%;季节性升温阶段的气候节气显著提前6d以上,其中雨水节气提前最多,达15d;而季节性降温阶段的气候节气则都显著推迟5~6d.这主要是由于在变暖的大背景下整个季节循环趋于整体抬升所致,但在二十四节气中,位于春季位相者的增温趋势普遍大于位于秋季位相者.其中雨水、立春、惊蛰节气的增温最快,全国平均在1961~2007年间分别增暖了2.43,2.37和2.21℃.惊蛰、清明、小满和芒种这4个反映物候的气候节气在全国各地普遍提前,尤其在北方半干旱区均显著提前,分别达12~16,4~8,4~8和8~12d.这些定量化的节气气候变化分析结果,可为适应气候变化、适时调整相应农事活动和节能措施等提供决策依据.     

历史旱涝振荡谱的演变

功率谱分析是气候变化研究之常用手段.很多作者以此确定气候变化之显著周期,乃至进而对未来气候作周期性外推.由于作者们往往只强调与他人结果之相似处,而使人们忽略了不同序列分析结果间的重要区别.很少有人对气候变化显著周期的观念作过认真讨论.这固然有限于多数气候序列短而不足以进行深人分析,但更深刻地是反映了线性动力学思想在气候分析界之根深蒂固的影响.     

全球沙化的生物学反馈

下一世纪全球气候很可能发生变化,陆地植被将出现大规模调整.热带地区特别是亚马逊流域的森林砍伐,会使"温室效应"进一步加剧.有人预测,在大气CO_2倍增引起气候变化期间,世界沙漠面积将扩展17%.任何土地干化都会造成生物圈生产力的破坏.沙化的概念尚不明确.几百年来即是干旱的地区,到现在还受人类攫取,也不能说成"沙化".历史资料表明,自然气候模式存在旱期和雨期的循环过程.旱期的农业生产力丧失及相应的社会经济瓦解,也不要看成沙化,除非生态景观发生很大变化,在潮湿时期也不能完全恢复.旱地生态系统功能的长期变化,通常主要原因是人类直接干预,而不是气候影响.     

东亚35 kaBP气候模拟及变化机制探讨

预测全球变暖下的东亚气候变化, 由于难以对未来气候进行验证, 古气候模拟便是一个重要的途径. 而古气候模拟是否具有现实性, 须经过区域性地质资料的检验. 中国大部分地区显示了35000 ± 3000 aBP具有间冰阶暖湿气候特征, 是一个能够为未来温室效应引起气候变化提供历史参照的重要气候期; 同时由于中国积累了大量MSI3阶段晚期的地质研究成果, 为检验35 ka气候模拟提供了不可多得的历史标尺. 文中采用不同强迫因子对35 ka典型阶段进行气候模拟试验, 并采用地质资料验证模拟输出, 从而充实了模拟试验的边界条件, 使古气候模拟更逼近现实. 模拟结果显示35 ka东亚地区中低纬度温度增加和降水带北移, 同时模拟了高纬温度降低和水汽南北输移加强的气候特征. 35 kaBP距离北半球发展到LGM (21 kaBP)盛冰期气候仅万余年时间, 这些模拟也为认识全球变暖的极限、气候自然发展的趋势提供了科学依据.     

近三十年夏季气候变化的大尺度特征

关于十年际气候变化的研究是当今气候学界的一个重要课题。近几十年来北非Sahel地区的显著变干已广泛地引起研究人员的兴趣。对一些局地气候观测的分析表明,可能存在更大范围的变化。但目前对这种气候变化的空间结构的认识还很少。本文基于对全球1950—1980年间气候资料的分析,描绘出这30年夏季气候变化的某些大尺度特征,并指出各地气候在60年代出现较大变化,反映了某种“气候跃变”(climatic jump)的性质。     

中国过去2000年气候变化与社会发展

     在前人研究的基础上,系统梳理了中国过去2000年气候变化与社会的自然、经济、人文三大亚系统发展状况间的对应关系,从数百年至数十年的时间尺度上揭示了气候变化的过程在实质上也是社会结构重新构建的过程。具体有以下结论：①尽管并非所有的暖期社会都是繁荣昌盛的,但总体上说来,“冷抑暖扬”的文明韵律十分清晰;②气候变化对社会发展的影响,通过自然-经济-人文亚系统的各个环节而逐级传导,进而产生了五个层次的气候冲击与适应;③在过去2000年气候恶化阶段,与生态环境脆弱性密切相关的贫困人群生存问题是诱发社会动乱的重要原因;④气候只是社会发展的外部条件,人对生产关系的变革才是推动古代社会发展进程的根本动力;⑤随着科学技术的不断发展, 气候变化对古代社会发展的不利影响在总体上渐趋减轻。     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

气候和水稻

超音速运输机所产生的污染物可以破坏同温层中的臭氧层,结果将引起世界性的气候变化。应美国国会要求,运输部制定了气候影响评定说明书(Climatic.Impact Assessm ent Pro-gram),以评价同温层内这种污染物的威胁。由于主要目标是为食品生产,于是就气候变化对于世界及美国稻米生产的影响进行了估测,专此报告。根据气候和稻作