中全新世和末盛冰期东亚古气候的模拟

采用耦合了陆面过程的9层15波菱形截断全球大气环流谱模式（AGCM＋SSiB)，引入全球最新的6和21ka时陆面植被分布，并转换成模式格点值，开展了系统的6和21ka古气候模拟试验，结果表明，该模拟设计得出了较真实的气候特征，并揭示出太阳辐射和下垫面植被是中全新世气候格局的主控因子，而海温和北半球两大冰流则是末次盛冰期气候的主控因子，植被场改变对模拟结果影响的显著性检验表明，6ka时植被的改变对降水，温度和海平面气压场的模拟均有显著影响，而21ka时植被影响的显著性区域较大，且比较零散，说明寒冷气候时期对植物被迫改变的敏感性没有温暖气候时期大。     

6kaBP中东亚气候对植被变化的响应

选取PMIP2计划中ECBilt-CLIO-VECODE模式的结果,对比中全新世(6 kaBP)气候对于现代气候的变化,探讨了植被在中全新世气候变化中的意义.中东亚干旱区受西风环流影响,而东亚地区6 kaBP季风深入,不同大气环流的影响导致两区域大尺度气候特征差异大,同时该时期植被的变化增强了气候系统对轨道参数变化的响应:一系列气候要素对植被的动态响应导致气温、降水都因植被反馈而发生较大变化,但是该模式的结果存在低估6 kaBP升温幅度的缺陷,尤其是对冬季温度的模拟;即使耦合植被后有所改善,但对6 kaBP气候变化的驱动因子及其相互关系的研究仍需深入,同时对局地气候变化的物理机制还需改进.     

基于耦合气候系统模式的中全新世黄、东海海表通量分析

对中全新世(6,ka时期)海洋和气候的研究可加深人们对现阶段气候变化和海洋环境的认识,为预测未来海洋与气候环境变化提供一个重要参照.文章分析一个耦合气候系统模式FGOALS-s2.0的模式结果,首先对其工业革命前(0,ka时期)东亚地区夏季降水及冬、夏季10,m风场的模拟结果进行评估,然后进一步对中全新世和工业革命前黄、东海海表大气强迫的季节变化进行了对比.结果显示:模式模拟出0,ka时期东亚夏季降水从东南洋面至西北内陆减少的空间分布特点,冬、夏季10,m风场亦与观测大体一致;6,ka时期夏季,黄、东海风速较0,ka时期增大约0.8,m/s,16%左右;黄海风应力旋度值为正,东海为负,与0,ka时期相比旋度绝对值均增大;同时,两海区接收的太阳短波辐射较0,ka时期均增加,短波辐射的差异是中全新世夏季黄、东海海表的净热吸收增加的主要因子.6,ka时期冬季,黄、东海北风加强,东海增加量在0.5~1.0,m/s,幅度约为10%,较黄海更为明显;两海区在冬季的净热释放也较0,ka时期增大,东海释放更甚;冬季黄、东海风应力旋度较0,ka时期则无太大差别.研究表明,由于6,ka时期太阳辐射季节循环的改变,造成了黄、东海夏季风增强,海表净热通量也发生相应变化,该时期大气强迫场的变化可能会使黄、东海表层水温分布趋势发生较大改变,进而影响陆架环流格局.     

高寒草甸地区陆面过程耦合模式与辐射研究

本文论述了陆气相互作用的研究意义与现状.在原有研究工作基础上,针对中国科学院高寒草甸站地区陆气水热传输过程,提出了一个多层陆面过程耦合模式,特别给出了导水率的计算模型和修正后的根系吸水模式,对植物内部湍流交换的物理过程作了深入研究.本文还介绍了当地的气候概况和野外观测情况,利用本模式对中国科学院高寒草甸站地区陆气水热交换过程进行了数值模拟,模拟结果与实测值吻合较好,证明该模式成功地模拟了陆气相互作用过程,可为当地合理利用水热资源提供科学依据.为了解植被在陆气相互作用的影响,本文又进行了敏感性数值试验.     

植被—土壤—水文相互作用及生态水文模型参数的动态表述

植被与土壤、水文之间存在复杂的相互作用,是生态水文模型和植被变化生态水文效应评估研究的重点.虽然陆面植被指数等动态变化对流域截留、蒸散发等水量、能量平衡项影响已有较多研究,但植被地下生物量变化如何改变土壤结构和水力特性,进而影响入渗和径流等水文过程研究相对缺乏.本文综述国内外植被变化对土壤、水文动态变化特征研究成果基础上,分析植被变化水文响应的阈值效应和尺度效应、植被变化下的土壤水力参数时变特征定量表述及其与植被、土壤类型以及气候条件的关系.在生态水文模型中,考虑植被因子对土壤水力参数影响的动态表达可以提高植被变化下水文效应模拟和预测的可靠性.     

陆面资料精度对东莞地区WRF模拟结果的影响

为建立东莞地区空气质量模拟的气象场,基于WRF模式耦合Noah陆面过程,使用不同空间精度(3 s、30 s、120 s)的陆面资料,分析对东莞地区夏季气象场模拟结果的影响差异.结果表明:WRF模型提高陆面资料精度后,东莞地区近地面气温的模拟精度均有发生变化,白天的最高温度时间为下午16:00,最低温度时间为早上6:00.白天气温模拟值高于气象观测值(过大评估),而晚上地面气温处于过小评估.白天夜晚气温模拟效果产生差异原因是,建筑物外表对辐射的截留,白天热岛较强,地面2m高度处热岛范围扩大,同时建筑物的存在使得城市湍流动能扩大,导致模拟区温度升高;而傍晚到早上东莞地区地面风速较大平均值大于4.5 m/s以上,风向属于内陆风主要为北风和东北风,都促进地面温度快速下降,导致晚间地面气温过小评估.陆面资料对地面风速模拟的误差影响较大,提高陆面精度(30 s→3 s)后,模拟风速误差改善明显,但模拟风速值还是大于观测值处过大评估.因此,为提高东莞地区WRF模型气象场模拟效果,后期还需进一步研究多因子协同作用对WRF模拟效果的影响.     

应用一改进的模式对北京夏季风、温和湿度场的模拟

对北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式进行了适当改进,引入第2代陆面过程模式的参数化方案,在计算地表能量水分收支时更加注重植被的影响,根据植物生态和土壤的地理分布特征确定陆面参数。结果表明,改进后的模式在模拟夏季北京气温场、风场、湿度场时都取得令人满意的效果。模拟结果可为了解北京地区区域气候的形成、污染物的扩散及城市规划提供参考和帮助。     

应用一改进的模式对北京夏季风、温和湿度场的模拟

对北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式进行了适当改进,引入第2代陆面过程模式的参数化方案,在计算地表能量水分收支时更加注重植被的影响,根据植物生态和土壤的地理分布特征确定陆面参数。结果表明,改进后的模式在模拟夏季北京气温场、风场、湿度场时都取得令人满意的效果。模拟结果可为了解北京地区区域气候的形成、污染物的扩散及城市规划提供参考和帮助。     

基于耦合气候模式的始新世全球季风数值模拟

全球一半以上人口生活在季风区。为了研究温室气候时期全球季风气候的特征,利用耦合气候数值模式(Community Earth System Model),模拟了距今最近的温室气候时期——始新世(40 Ma B.P.)的全球季风气候特征。该模式全面考虑了大气、海洋、陆地、陆冰、海冰、植被等气候子系统的耦合作用,大气CO2含量设为工业革命前的4倍。模拟结果表明,在始新世时期,全球季风的范围、强度与现今大体相当,但是区域上,各季风区的特征与现今有明显差异。     

小冰期气候的模拟

利用含有陆面过程的全球大气环流模式AGCM SSiB进行了小冰期气候模拟.共设计了7个模拟试验,分析了模拟的温度和降水结果.主要结论是:(1) 温度:以太阳辐射减少为小冰期降温的假设机制对于季节的降温影响是不同的,夏半年的降温作用要较冬半年明显,同时由于其他反馈作用的存在,冬季温度的变化表现出区域差异.但全年平均温度降温是主要特征.火山灰对冬季降温的作用十分明显,且降温效应小于太阳辐射减小的作用.太阳辐射减少与火山灰光学厚度增加同时作用对大范围的降温有叠加增强效应.(2) 降水:在一定的太阳辐射减少情况下,有利于东亚地区夏季风降水的增加.火山灰光学厚度增加对欧亚大陆大部分地区年降水量未有显著影响.太阳辐射减少和火山灰增加的综合效果使中国东部地区的夏季风降水增加,而南亚地区的降水减少.叠加植被变化后的结果显示,降水变化存在区域差异.     

江淮东部平原晚更新世末植被演替及气候变化

在对位于江淮东部平原的江苏兴化蒋家舍地层剖面进行野外考察采样、AMS14 C年代测定和孢粉分析的基础上,初步探讨了研究区晚更新世末的植被演替及气候变化.结果表明:1)27.9-13.5cal.ka BP,剖面中孢粉含量高,植物的科属也丰富.其中,27.9-26.7cal.ka BP、14.5-14.2 cal.ka BP时段研究区植被为针阔叶混交林,反映气候温暖较湿润,而26.7-14.5 cal.ka BP期间地层出现沉积间断,气候寒冷干燥;14.2-13.5 cal.ka BP时段草本植物含量较高,总体为针阔叶混交林草原植被,气候温凉稍干.2)13.5-12.6cal.ka BP,剖面中孢粉含量较低,植物的科属也较贫乏,木本植物所占百分比较低,草本植物花粉含量相对较高.其中,13.5-12.8 cal.ka BP为覆盖度趋低的针阔叶混交林或草原植被,气候向干冷发展,12.8-12.6 cal.ka BP时段为针阔叶混交林植被,木本植物含量有所上升,反映气候稍暖湿.3)针叶乔木松属花粉和蕨类植物水蕨科植物孢子在剖面中自下而上均有不同程度的分布,常绿阔叶和落叶阔叶类出现率较低,这种现象跟当地现代植被的植物组合略有差异.     

若干土壤分类的中国气候—植被模型

在地理信息系统的支持下，将土壤作为限制因子、海拔高度作为影响因子引入到中国气候－植被的建模之中，不仅在总体上使模型精度由前人的４０％左右提高到７４％，而且也改善了单项植被类型的模拟精度，从而建立了可用于全球变化影响研究的中国气候－植被模型。     

WRF模式不同陆面过程方案模拟兰州新区低空气象场特征

利用WRF模式中3种陆面过程(Noah、RUC和SLAB)参数化方案对兰州新区2014年1月近地面温度场和风场进行了模拟,与兰州新区测风塔和区域气象站观测资料进行对比,研究了不同陆面过程参数化方案模拟低空气象场特征的差异.结果表明,3种陆面过程参数化方案都能较好地模拟兰州新区冬季温度场和风场特征,温度场模拟效果优于风场.3种方案对土壤湿度的不同处理,影响到感热通量、潜热通量和土壤热通量的分布,使得3种方案对近地面温度的模拟产生差异.统计分析结果表明,WRF模式陆面过程参数化方案为SLAB时模拟的兰州新区冬季近地面温度场和风场与观测结果最为接近.由于受温度模拟结果的影响,SLAB方案对大气稳定度的模拟效果最好,对兰州新区冬季近地面风场的模拟结果最稳定.     

洞庭盆地末次冰期中晚期以来黑褐色土壤剖面野火记录及气候关联

洞庭盆地澧阳玉成黑褐色土壤剖面记录了末次冰期中晚期以来火生态的演变过程.通过野外采样和分析测试,参照可靠AMS-14C测年和考古数据断代,利用沉积物中高分辨率炭屑和黑碳数据,探讨该区域末次冰期中晚期以来的野火发生和快速气候变化以及植被演替的相互作用.结果表明:该研究区域氧同位素MIS3(Marine Isotope Stage,56.0~23.0 ka BP)期间,气候冷干向暖干转变,野火发生十分有限;氧同位素MIS2(23.0~10.6 ka BP)阶段,气候冷湿,C_3木本植被明显增加.然而,随着百年-千年尺度气候冷事件发生,冬季风加强和可燃物干燥程度的增加,促使区域和本地野火普遍发生;氧同位素MIS1(10.6~7.0 ka BP)阶段,随着气温和降水的增加,植被由温带落叶阔叶混交林(C_3木本)所取代,致使区域野火明显下降.洞庭盆地野火发生与末次冰期快速突变气候事件(Heinrich and Younger Drays events)密切关联表明千年尺度野火机制模式受到北半球太阳辐射所控制的东亚夏季风强弱和全球冰量变化以及植被演替的共同影响.     

气候模式 数据聚焦分析

气候模式指依据已知的气候资料,如大气运动、表面洋流、温盐环流、大气化学、植被及土壤的变化、以及大气-陆地-海洋交互作用等设计出来的数理模式。气候模式可用于气候的模拟、预测或预报,是研究气候变化最有效的工具之一。目前所用的气候模式,尽管已经非常复杂,但仍无法包含所有可能影响气候的机制。一般而言,空间尺度越大,气候模式模拟气候现象的能力越高,     

陆面过程模式BATS中地气通量计算方案的一个改进试验

在原有的陆面过程模式BATS中,对地表通量的计算基于简单的经验公式,这个计算是十分粗略的．而地气通量对各个气象要素的模拟都很重要,如动量通量会影响大气中的风速分布,热量通量会影响垂直方向上的温度分布而改变大气的层结稳定度,水汽通量则会改变空气中的水分含量和潜热,因而改进地气通量的计算精度是有必要的．为了提高地-气间通量计算的精度,在模式中增加稳定度的分类,将近地层稳定度分为5类,用中尺度气候模式RIEMS,分别对短期和中期模拟作了对比实验．经过比较和分析模拟结果,可以看出在增加稳定度的分类以后,模拟的各个气象要素场都较原来的有了改善．     

CLDAS和GLDAS对中国区域土壤湿度的模拟与评估

土壤湿度是气候变化的重要影响因素之一,但是土壤湿度观测资料的缺乏严重制约了与之相关的研究,陆面模式模拟的土壤湿度资料可作为观测资料的重要补充,广泛应用于业务和科研.利用国家气象信息中心提供的2012年中国区域226个站点逐小时的土壤湿度观测资料,对中国气象局陆面同化系统(CLDAS)和全球陆面同化系统(GLDAS)四个陆面模式输出的土壤湿度产品进行了比较与评估,结果表明:①五个模式均可以模拟出中国区域土壤湿度的空间分布状况,但是从模拟值与观测值的偏差和相关系数来看,CLDAS的土壤湿度产品优于GLDAS;②从对选取的五个研究区域土壤湿度的模拟状况来看,CLDAS好于GLDAS,仅在江淮和西南地区的模拟存在轻微的偏差;③CLDAS在中国区域的土壤湿度模拟上存在一定的优势,这对于土壤湿度研究和业务应用都具有积极的意义.     

二叠纪-三叠纪野火间断事件对生物灭绝的响应——以浙江煤山剖面为例

二叠纪末期地球气候环境发生重大变化,导致陆地和海洋生态系统崩溃,发生了地质历史上最大规模的生物灭绝事件。大火(亦称野火)作为陆地生态系统的关键影响因子,以及气候环境变化的重要指标,在第四纪以前的历史研究中很少有报道。剖析了煤山二叠纪-三叠纪界线521 ka黑碳和燃烧源多环芳烃的沉积记录,恢复了生物灭绝前后的大火历史。研究显示,生物灭绝前的163 ka内大火频繁,在生物灭绝时则发生了最大规模的大火事件;生物灭绝线以上早三叠世地层中未发现燃烧的记录,出现了大火事件间断(时间持续约358 ka)。对比全球多个剖面,这种大火间断事件可能不是局部现象,而是全球性气候环境变化的响应。陆地植被为大火燃烧的原料,伴随着陆地植被的大规模消失和大气氧含量的快速下降,大火燃烧事件也将消失。因此,煤山剖面二叠纪-三叠纪界线的大火间断能用来指示生物的大规模灭绝事件。     

生态边界层水热交换模型及模拟研究进展

分析了1950年以来关于生态边界层水热交换及耦合模型的发展过程,并把生态边界层水热交换模型研究分为4个阶段,即水桶模式与陆面过程、考虑生态边界层的生物物理过程的植被微气象模式(BATS和SiB模式)、考虑植被的生物化学过程的模式、水热模式和气候模式及生态模式的初步融合.最后对该领域的研究存在的问题进行了综合分析,并提出了新的发展方向.     

长江浦口段江滩复绿对河道行洪能力的影响

为分析长江浦口段江滩复绿工程对河道行洪的影响,基于MIKE21 FM建立工程区段二维水动力模型,采用Moghadam淹没植被明渠糙率公式模拟植被阻水作用,研究植被对滩面糙率的改变及对行洪阻力的影响。选取水位和流速为观测指标,分析复绿前后滩地、主槽水面线变化和流速分布变化,研究不同流量条件下,植被带对行洪影响能力的影响。结果表明,江滩复绿后,河段上游水位壅高,滩地流速减小,主槽流速增大;滩面淹没水深小于临界水深（1.3m）时,上游壅高随流量增大而增大;滩面淹没水深大于临界水深时,上游壅高随流量增大而减小。