中国西部地区地表植被覆盖和积雪覆盖变化对沙尘天气的影响

自然正交(EOF)分解生成的80 km×80 km归一化植被指数(NDVI)显示, 自1982~1994年间中国西部区域地表植被覆盖率呈增加趋势, 1995年前后, 地表覆盖状况有下降趋势, 地表覆盖变化存在很大的空间差异. 其中第一、二特征向量时间系数可以很好地反映中国西部区域局地植被覆盖率的年变化. 通过NDVI与西部区域沙尘暴、扬沙、浮尘年发生频次相关分析得出, 地表植被的年变化是影响沙尘等灾害性天气发生的最主要地表特征因素. 同时, 相关分析显示, 在西部部分地区, 降雪量也是影响沙尘天气的重要地表特征因子. 采用遥感数据、气象观测数据, 通过数理分析方法, 直接证明了中国西部地区地表植被、积雪覆盖变化对沙尘天气发生频次的影响.     

新世纪以来青藏高原绿度变化及动因

青藏高原作为中国乃至亚洲生态安全屏障的重要载体,其生态系统变化已成为公众和学者关注的焦点问题之一。基于前人的研究结果,并结合相关数据分析,从气候变化和人类活动视角阐释了2000—2013年青藏高原植被绿度变化的时空过程及其原因。结果表明:2000—2013年青藏高原生长季植被覆盖度总体增加3%~5%,或称变绿了,但局部地区植被覆盖度出现下降。约98.34万km~2的区域植被覆盖度呈现增加趋势,其中显著增加的地区面积为16.85万km~2,主要分布在高原中东部;约5.73万km~2的地区覆盖度呈现下降趋势,其中0.18万km~2的地区显著下降,主要位于西藏中西部。气候暖湿化和生态建设是高原植被绿度增加的主要因素,但局部区域人类活动强度增加和气候暖干化导致的高寒植被退化也不容忽视。     

青藏高原生态变化

青藏高原是全球平均海拔最高的自然地理单元.近几十年乃至上百年来,在气候变化和人类活动双重影响下,青藏高原生态系统的结构和功能以及重要物种的种群数量和结构均发生了深刻的变化.近几十年的研究表明:青藏高原植被返青期提前,生长期延长,覆盖度和生产力增加,碳汇功能增强,青藏高原植被总体趋于向好,局部变差.气候变化是高原生态系统变化的主控因子,气候变暖对青藏高原生态系统的影响是正面的,但这种影响仍存在时间和空间上的不平衡性,尤其是降水在时间和空间上的变化对干旱和半干旱地区植被产生较大影响,在干旱的年份叠加人类放牧活动等会导致这些区域,尤其是青藏高原西部地区植被产生严重的退化,但随着青藏高原生态安全屏障保护与建设工程的实施,高原生态系统退化的态势得到了进一步遏制,人类对高原特有珍稀植物资源,如虫草、雪莲和胡黄连的过度采收以及对野牦牛、藏羚羊和藏野驴的盗猎等现象得到近一步缓解,近期高原的野牦牛、藏羚羊和藏野驴的种群数量得到恢复.青藏高原的隆起不仅对本区而且对其毗邻地区的气候与环境都产生着深刻的影响,其生态系统对全球变化的响应与影响研究具有特殊重要的地位,今后迫切需要加强生态系统结构和功能变化的地面监测和遥感技术的应用,加大大型生态保护工程建设的实施力度,整体提高高原地区应对全球变化的能力.     

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.     

新疆地区全新世植被演替与气候环境演变

综述了近20年来新疆地区全新世高分辨率的孢粉记录,通过时间序列和空间格局的对比,初步认识了新疆地区全新世气候环境的变化特征与荒漠植被格局的演变规律.早全新世气候温暖干旱,北疆地区出现荒漠植被,南疆地区发育荒漠草原和荒漠植被,但荒漠植被在不同区域出现和持续的时间有差异.中全新世气候环境逐渐改善,北疆地区植被由荒漠类型向荒漠草原和草原转变,南疆地区仍以荒漠、荒漠草原为主.晚全新世气候环境趋向干旱化方向发展,北疆地区以荒漠草原和草甸草原占优势,但是旱生成分明显增加,南疆地区覆盖荒漠植被.新疆不同区域全新世植被演替具有一定的可比性,也存在差异性,而研究地点的地理位置、地形地貌、海拔、天山山脉的阻挡和西风环流的演化等因素可能是导致这种差异的原因.     

青藏高原主要生态系统变化及其碳源/碳汇功能作用*

根据NOAA/AVHRR (National Oceanic and Atmospheric Administration/Advanced Very High Resolution Radiometer)卫星归一化植被指数(NDVI)数据和CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型的计算结果,过去30 年间(1982-2011 年),青藏高原生长季植被覆盖度和植被净初级生产力(NPP)呈总体上升态势, 植被总体变好。青藏高原生态系统碳汇功能增强,占全国增加碳汇的10%左右。气候条件的变化是青藏高原植被总体变好的最为重要的驱动因子,退牧还草等大型生态工程的生态效应也比较显著。青藏高原植被总体变好的同时,存在着区域不平衡。植被变差的区域主要集中在海拔较高的、生态更为脆弱的藏北高原、西藏“一江两河”和三江源的部分地区,尤其是藏北高原西部的高寒草原和高寒荒漠出现了较为严重的草地退化,其原因是气候变暖变干叠加人类活动(如超载放牧等)的影响。为了应对气候变化和人类活动对青藏高原植被的影响,应该加强青藏高原生态系统变化长期监测系统与平台建设,加大生态补偿和大型生态工程的实施力度。     

青藏高原21世纪气候和环境变化预估研究进展

本文回顾了21世纪青藏高原区域多种气候和环境要素变化预估研究的进展,包括气温、降水、极端天气气候事件、冻土、积雪、冰川、径流和植被等,预估结果主要来自于SRES和RCP情景下气候模式的预估以及物理统计模型的预估.结果表明,未来青藏高原地面气温将升高,21世纪后期增温更显著.总体来说21世纪高原降水以增加为主,极端天气气候事件增加.高原未来冻土面积缩小,冻土活动层厚度增加,积雪日数和积雪深度减少,冰川将以退缩为主.径流的未来变化较复杂,不同流域之间的差异较大,径流在不同流域表现为增加和减少并存.青藏高原植被对气候变化的响应敏感而脆弱,21世纪中后期青藏高原的生长季长度增加,常绿林/森林出现在高原东部和南部,灌丛植被类型将会扩展并入侵高寒草原.根据已有的研究结果,本文对这些气候与环境要素在21世纪中期(2030~2050年)和后期(2080~2100年)的变化进行了综合集成,给出了它们在21世纪中期和后期的可能变化范围.     

CMIP5模式对21世纪末中国极端降水事件变化的预估

利用CMIP5耦合模式结果对RCP4.5和RCP8.5情景下的中国降水和东亚大气环流未来演变特征进行了预估研究.结果表明,到了21世纪末,中国年降水量将显著增加.其中,中雨、大雨和暴雨发生频次都明显增加,强度增强,而毛毛雨发生频次在全国范围内明显减少.中国西北地区年降水量的增加主要是由于小雨增加的结果;东北和华北地区中雨的增加对年降水量增加的贡献最大;南方地区年降水量的增加主要是由于大雨和暴雨显著增加的结果,而小雨表现为负贡献.对东亚地区大气环流变化的分析表明,在全球变暖背景下,东亚夏季风环流在增强,而且大气层结不稳定性也在增加,这些都为中国降水和极端降水事件的增加提供有利背景条件.     

北方蒸散对气候变暖响应随降水类型转换特征

地表蒸散量是对全球气候变暖响应最显著的水分循环分量,但以往不同研究得出的气候变暖背景下各地地表蒸散量的变化趋势差异很大,有时甚至表现出相反的趋势.然而,对于地表蒸散对气候变暖响应的差异性具有怎样的规律以及是何原因造成了这种差异至今也并不完全清楚.为此,在对中国北方地区的蒸散量格点资料(FLUXNET)和全球陆面同化资料(GLDAS)进行观测试验验证的基础上,利用可靠性相对较高的蒸散量格点资料及以往研究常用的CRU和ERA-Interim气候格点资料,分析了我国北方不同降水气候空间类型时地表蒸散量对气温增加的响应特征.分析发现:地表蒸散量对气温升高的响应程度随降水气候类型不同变化比较明显,地表蒸散量的增温倾向率表现出随降水气候类型变化的显著转换特征.降水量在200~400 mm的气候区间时,正好是倾向率发生转折的气候敏感区间;在更湿润气候类型时,气候越湿润,地表蒸散量随气温升高增加的就越明显;而在更干燥气候类型时,气候越干燥,地表蒸散量反而随气温升高减少的越明显.地表蒸散量对气候变暖的这种响应特征在全球其他气候过渡比较明显的典型地区也有不同程度的表现.同时,就地表蒸散量对气候变暖的响应机制而言,主要有气温升高直接引起的潜在蒸散力增加与气温升高通过蒸散过程造成的土壤水分损失再反过来间接抑制蒸散这两个作用过程.前者在湿润地区起主导作用,导致蒸散增强;而后者在干燥地区主导作用,导致蒸散减弱.该研究结论对地表蒸散的气候变化响应特征有新认识,对改进全球水资源评估方法和干旱监测技术具有重要科学参考意义.     

古里雅冰芯中钙离子与大气粉尘变化关系

通过青藏高原古里雅冰芯的研究, 发现陆源的Ca²⁺离子是可溶气溶胶中的主要阳离子, 可以作为中、低纬干旱区周边山地冰芯中反映大气成分和环境变化的指标. 在古里雅冰芯中, 末次间冰期以来Ca²⁺离子浓度存在明显的变化, 有两个较强的增高时期和两个较弱的增高时期, 这些变化总体与气候变化相关. 即气候变冷时, Ca²⁺离子浓度升高; 气候变暖时, Ca²⁺离子浓度降低. 但Ca²⁺离子浓度变化并非总是在气候变暖时降低和在气候变冷时升高, 与温度记录在变化相位和幅度上也不完全一致. 大气环流、高原下垫面以及大气湿度的变化可能是除温度以外的重要影响因素.     

370 ka以来灵台黄土剖面元素碳记录及其对气候环境变化的响应

通过测定灵台黄土剖面370 ka来黄土-古土壤样的元素碳含量, 结合相关孢粉资料及古气候替代性指标, 讨论了该地区天然火的历史及其与气候、植被的关系. 灵台剖面元素碳含量谷值和峰值出现时的气候状况及变化特征, 表明气候不稳定的过渡时期, 特别是湿润转向干旱的时期容易发生大火. 各层黄土-古土壤元素碳含量变化规律为: 冰期低、间冰期高, 反映区域(或全球)生物量变化. 元素碳含量在130 kaBP前后呈阶段性增加趋势, 表明植被类型、气候格局发生了变化, CO₂浓度阶段性增加可能是其中原因之一. 元素碳含量总体上随时间呈上升的趋势, 可能反映了干旱化趋势的加剧. 全新世元素碳含量出现最大峰值, 反映了距今约六千年的气候突变事件, 以及人类活动导致火灾更为频繁的发生.     

全球变暖情景下南亚和东亚夏季风变化对海陆增温的不同响应

采用政府间气候变化专门委员会(IPCC)中等排放情景SRESA1B下的气候模式输出结果,本文研究了南亚和东亚夏季风对未来海陆增温的不同响应.分析表明,虽然未来青藏高原(TP)近地面增暖快于同高度的热带印度洋(TIO)和西太平洋(NWP)地区,但在对流层中高层,TP-TIO和TP-NWP地区的陆海热力差异都将减弱.在从年代际到长期变化的时间尺度,南亚夏季风环流主要与TP-TIO高层热力差异变化一致,而东亚夏季风环流则与TP-NWP地区低层热力差异变化联系更明显.而在年际时间尺度,南亚和东亚夏季风都与高层热力差异变化的相关更显著一些.进一步的分析显示,全球变暖导致的水汽增加及云量的变化可能引起高原和海洋上空出现增强的变暖,未来这些地区的温度变化在垂直结构上出现不均匀分布.由于最大的变暖中心都出现在海洋上,TP-TIO所在纬度带以及TP-NWP所在经度带的热力差异在高层出现负变化中心,高原高层的热力作用减弱.但在低层,由于高原陆地的增温,高原低层的热力作用仍然大于周围海洋.因此,在全球变暖背景下,亚洲地区热力状况的不同影响因子可能引起对流层高低层变暖分布的不一致,而不同时间尺度的变化则可能体现了人为因子和气候系统内...     

末次冰期以来南海北部孢粉记录的植被演化及千年尺度气候事件

对南海北部大洋钻探ODP1144站(20°3.18′N, 117°25.14′E, 水深 2037 m)上部(0~31 m, 27~0 kaBP)共 180个孢粉样品进行了分析研究, 时间分辨率为150年/样. 孢粉谱的主要特征是全新世时松属花粉占优势, 末次冰期时草本植物花粉占优势, 但仍然有一定数量的热带亚热带植物花粉; 18kaBP前后热带亚热带植物花粉沉积率开始升高, 草本植物沉积率以及百分含量都开始迅速降低, 意味着此时气候开始变暖变湿润, 导致大陆甚至出露的大陆架上开始生长更多的热带亚热带植被以及温带植被, 而原来大陆架上广为发育的草地范围相应缩小, 表明冰期时南海北部出露的大陆架上除了占优势的草地, 仍然可能生长热带亚热带以及温带落叶植被. 这也进一步深化了我们之前对冰期时南海北部出露的大陆架上生长的植被的认识. 详细的对比表明, 孢粉组合的变化要早于氧同位素记录指示的海平面的变化, 表明中低纬度地区气候变暖早于高纬度极地冰盖的后退. 还讨论了孢粉组合反映的植被变化所记录的千年尺度的气候事件.     

中国植被覆盖对夏季气候影响的新证据

利用1981~1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数(NDVI)资料和中国160个标准气象台站的气温、降水资料, 对我国不同区域植被对气候的影响做了滞后相关分析. 结果表明, 在多数地区前期NDVI与后期降水存在正的相关, 同时这种滞后相关存在明显的区域差异. 上年冬季NDVI与夏季降水以华中和青藏高原地区的相关最明显, 而春季NDVI与夏季降水则以东部干旱-半干旱区和青藏高原的相关更明显. 在这3个地区植被的变化对气候有更敏感的作用, NDVI与降水的滞后相关也表明植被覆盖在年际尺度上对后期降水有一定的影响. 前期NDVI与温度的相关比较复杂, 同时温度较之降水对植被的滞后响应更弱一些, 可能与温室气体造成的全球变暖部分地掩盖了这种相关有关.     

全球变暖2℃情景下中国平均气候和极端气候事件变化预估

使用一个区域气候模式(RegCM3)在IPCC SRES A1B温室气体排放情景下对东亚地区进行的高分辨率数值模拟试验数据,就备受关注的相对于工业化革命前期全球变暖2℃阈值情景下中国平均气候和极端气候事件变化进行了预估研究.结果表明,届时中国年平均温度普遍上升而且幅度要高于同期全球平均值约0.6℃,增温总体上由南向北加强并在青藏高原地区有所放大,各季节变暖幅度相似但空间分布有一定差别;年平均降水相对于1986～2005年平均增加5.2%,季节降水增加4.2%～8.5%,除冬季降水在北方增加而在南方减少之外,年和其他季节平均降水主要表现为在中国西部和东南部增加而在两区域之间减少.极端暖性温度事件普遍增加,而极端冷性温度事件减少;中国区域年平均的连续5天最大降水量、降水强度、极端降水贡献率和大雨日数分别增加5.1mm,0.28mmd-1,6.6%和0.4d,而持续干期减少0.5d,其中大雨日数和持续干期变化存在较大的空间变率.     

2000～2010年中国地表植被绿度变化

自然界的绿度与地表植被覆盖率直接相关.植被覆盖率能从含有近红外和红光波段的遥感图像计算得到的植被指数估算出来.因此植被指数能反映地表植被的绿度.特别对低植被覆盖率的荒漠区域,植被指数与植被覆盖率有单调的正相关关系.因此,它可以用来研究荒漠区域地表植被绿度.本文收集了2000～2010年11年间生长季的中等分辨率成像光谱仪(MODIS)数据计算的归一化差值植被指数(NDVI)产品,应用最小二乘法和最小绝对偏差法对变化趋势进行线性拟合,分析了2000～2010年中国地表植被覆盖绿度的变化情况.结果显示,在这一期间中国有66.84%(最小二乘趋势拟合结果)或64.27%(最小绝对偏差趋势拟合结果)的区域NDVI呈增加趋势,表明整体上我国的绿度在增加.同时,中国荒漠化的面积呈缩减趋势.中国绿度增加最显著的区域位于北方的陕西、山西、宁夏、河南、山东、青海、甘肃等地;绿度降低最显著的部分出现在内蒙古的东北部、西藏南部、江苏和上海等地.青海、甘肃、新疆、西藏南部等地荒漠化程度改变,可能是由气候驱动所致.内蒙古东北部绿度降低与人工开垦有关;江苏和上海等地的绿度降低与快速的城市化有关.气候对陕西、山西、宁夏、甘肃等地的绿度增高贡献不明显.在全国尺度上,荒漠化得到抑制和缩减,可能与人为的治理和保护有关.     

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.     

春季北极涛动对南海气候的影响

利用1979~2013年月降水量和NCEP再分析大气环流资料,分析了春季(3~5月)北极涛动对南海气候变率的可能影响.结果表明,春季南海多气候要素主导模态的时间系数与同期北极涛动指数相关系数达?0.4,超过95%的信度水平,二者反位相的特征在年际尺度上更加明显.当北极涛动指数为正异常时,西太平洋副热带高压减弱,热带西太平洋有异常气旋式环流,南海地区偏南风减弱,南海大部分地区降水增多,北部到华南地区降水减少,北极涛动指数为负异常时情况则相反.北极涛动可由两条途径影响南海地区气候,一是通过青藏高原南侧西风急流的波列,二是通过北太平洋西风急流区南北侧的偶极型环流异常.南海地区环流和气候的异常与这两条途径的相对强弱和配置有关,当高原南侧波列异常偏强同时北太平洋偶极型异常偏弱时,二者共同作用可增强西太平洋副热带高压和南海地区异常反气旋环流,导致降水的显著减少.当北极涛动指数为正异常时,北太平洋偶极型南支的气旋还可触发热带地区海气相互作用间接影响南海气候.     

气候变化 影响有多大

气候变暖给人类和地球带来的影响巨大而深远.气候变暖导致海平面升高,海洋热浪越来越频繁和严重.一些动植物群落可能因无法适应全球变暖的速度被迫迁移,甚至导致许多物种消失.全球变暖还会增加高温、热浪、热带风暴、龙卷风等自然灾害发生的频率.气候变暖还是危害人类健康的一个主要因素,一些目前主要发生在热带地区的疾病可能随着气候变暖向中纬度地区传播.     

利用PRECIS分析SRES B2情景下中国区域的气候变化响应

利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS单向嵌套该中心全球海-气耦合气候模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3P, 分析PRECIS对中国区域当代气候的模拟能力和SRES B2情景下2071~2100时段(2080s)相对于气候基准时段(1961~1990年)中国区域的气候变化响应. 气候基准时段的模拟结果与观测资料的对比分析表明: PRECIS能够很好地模拟中国区域地面气温的局地分布特征; 总体上讲, PRECIS对中国北方地区降水的模拟效果优于南方地区, 模拟的冬季降水型态分布较好, 而夏季降水对地形比较敏感, 东南沿海地区降水的模拟值偏低. 对SRES B2情景下相对于气候基准时段的气候变化响应分析表明: 2080s中国北方地区增温幅度明显大于南方, 西北和东北地区尤为显著, 其夏季平均气温增幅可达5℃以上; 中国大部分地区降水量呈增加趋势; 冬季华南地区降水量明显减少; 夏季东北和华北地区气温增幅大而降水量减少明显, 而长江以南地区降水量显著增加.