1951~2004年中国北方干旱化的基本事实

利用月降水及月平均气温资料, 计算了中国区域地表湿润指数、Palmer干旱指数和反演的土壤湿度, 通过对上述3个指标及降水变化特征的对比分析, 揭示了中国北方近54年干湿变化的时空结构, 特别是对北方干旱化事实的分析. 结果指出: (1) 20世纪80年代以来, 西北东部和华北以干旱化趋势为主要特征, 这种干旱化的趋势在近15年不断加剧, 降水减少和气温升高是其产生的主要原因; (2) 在54年间, 西北东部和华北在年代际尺度上仅发生一次干湿转换, 转折点出现在20世纪70年代的末期, 这与1977/1978全球气候背景的转折性变化有关. 而东北地区却有3个转折点, 最近的一个产生在20世纪90年代中期, 另两个分别发生在1965和1983年; (3) 与北方其他地区的变化趋势相反, 西北西部当前正处在一个相对湿的时段, 但温度的升高削弱了这种变湿趋势; (4) 20世纪80年代以后, 西北东部、华北和东北地区的极端干旱发生的频率明显增加, 这与这些地区降水减少和气温升高密切相关.     

树轮记录的吕梁山地区公元1836年以来5~7月平均气温变化

随着全球气温的升高, 气候变化越来越受到人类的重视, 同时区域性气候也引起人们的普遍关注. 利用采自吕梁山中部的油松树轮样本, 重建了该地区1836年以来5~7月平均气温的变化, 重建方程对观测时段1955~2003年平均温度的方差解释量为45% (F=38.474). 该重建气温序列指示的5个偏暖时期和4个偏冷时期与我国北方中部其他几条树轮重建温度序列所指示的冷暖时段基本一致. 20世纪50年代以来气温呈缓慢上升趋势, 但是这种上升趋势并不是平稳的, 90年代初的升温更强烈一些, 并且1994~2002年是整个重建序列中温度最高的时段; 同时, 重建气温与研究区周边更大范围内各气象站点5~7月平均气温之间的显著相关分析也表明, 本文重建的过去近170年来的温度变化不仅反映了吕梁山地区、似乎也可以反映我国北方中部地区较大范围的同期气温变化.     

20世纪80年代后期西北太平洋夏季海表温度异常的年代际变化

揭示了1968～2002年期间西北太平洋夏季平均海表温度在20世纪80年代后期经历了一次年代际变化, 该年代际变化表现为西北太平洋(100°~180°E, 0°~40°N)夏季海表温度经验正交分析的第一模态由频繁的负位相转变为强的正位相, 该模态解释了总方差的30.5%. 在1968~1987年期间, 海表温度第一模态的负位相盛行(平均偏差为-0.586), 相应地, 负的海表温度异常占据了日本以南的西北太平洋和中国边缘海区; 而1988~2002年期间, 海表温度第一模态显示出强的正极性(平均偏差为0.781), 因此正的海表温度异常出现在西北太平洋. 伴随着夏季海表温度的年代际变化, 中国南部和东南部夏季平均降水量的增加超过了40 mm, 达到了0.05统计显著性水平.     

中国区域土壤湿度变化的时空特征模拟研究

建立基于气象台站观测资料的陆面模式(CLM3.5)大气驱动场(ObsFC), 驱动CLM3.5 模拟了中国区域1951~2008 年的土壤湿度变化. 其结果与站点观测和遥感反演及不同陆面模式模拟的土壤湿度比较检验表明CLM3.5/ObsFC 合理再现了中国区域土壤湿度的时空特征和长期变化趋势, 并且基于观测资料建立的大气驱动场在一定程度上能够提高CLM3.5 模拟土壤湿度的准确度. 土壤湿度模拟分析显示中国区域土壤湿度空间分布具有由东南向西北逐渐减小的总体特征和干湿相间分布的带状结构. 土壤湿度的低值区主要分布在新疆南部和内蒙古西部地区, 高值区主要分布在东北平原、江淮地区和长江流域. 土壤湿度的长期变化, 干旱和湿润地区湿度呈增加趋势, 干旱区20 世纪70 年代中期至90 年代中期变化最为强烈, 湿润区除1970 前后和2003 年之后变化较明显外, 整个序列比较稳定; 半干旱地区呈减小的趋势, 且20 世纪90 年代以后下降趋势更加明显. 1951~2008 年干旱、半干旱和湿润典型区平均体积百分比土壤湿度分别变化了2.35, -1.26 和0.08. 不同区域土壤湿度变化趋势和强度有明显差异,变化最显著的区域主要分布在35°N 以北的干旱、半干旱区.     

旦夕祸福话灾害

2002年3月18日傍晚,我国北方大部分地区自西向东经历了1990年代以来最强烈的一次沙尘暴.从3月18日到20日三天里沙尘暴席卷我国北方140万公里2,影响人口达1.3亿.首都北京也被沙尘暴笼罩,黄天厚土,落下了3万吨沙尘,人均分摊3公斤,随着沙尘主体东移,我国南方地区也受到波及,南京、上海、杭州等地春天的和风日丽不见了,代之以纷纷扬扬的泥浆雨.3月31日,我国宝岛台湾又发生了7.5级大地震,造成了大量的人员伤亡与财产损失.     

中国与北半球中高纬小雨事件的时空变化特征

基于站点逐日降水实测资料、英国气象局哈德莱中心(Hadley)的逐月高层探空气温资料和海表面温度资料、英国东英吉利大学气候研究中心(CRU)的逐月地面气温资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料, 本文分析了1961～2010年夏半年和冬半年中国和北半球中高纬小雨事件的时空变化特征及其与大气层结稳定度、海表面温度和环流的关系. 对中国小雨事件的长期趋势分析的结果表明, 夏半年和冬半年东部小雨事件减少(3.0%/10 a), 西北地区小雨事件夏半年无明显的变化趋势, 而冬半年有增加的趋势(4.1%/10 a). 经验正交函数分解的结果表明, 夏半年和冬半年北半球中高纬小雨事件的前两模态的时间系数主要表现为长时间尺度的变化特征. 夏半年和冬半年第一模态主要表现为近50 a北美大陆、南欧和中国西北地区(夏半年除外)小雨事件有长期增加的趋势, 欧亚大陆大部分地区(包括中欧、东欧、北亚和中国东部)有长期减少的趋势. 夏半年的第二模态主要表现为1961至20世纪80年代早期北美大陆、 南欧和中国南方小雨事件增加, 而45°N以北的欧亚大陆大部分地区小雨事件减少, 20世纪80年代后期至2010年变化趋势逆转. 冬半年的第二模态主要表现为1961至20世纪80年代早期北美大陆、中国南方和华北小雨事件增加, 而40°N以北的欧亚大陆小雨事件减少, 20世纪80年代后期至2009年变化趋势逆转. 线性回归和相关分析的结果表明, 第一模态可能与全球增暖相联系的大气层结稳定度的长期变化趋势有关, 第二模态可能与AMO有关.     

2002年亚洲北部的超强暖冬事件及其超常大气环流

揭示并分析了2001年12月至2002年2月亚洲北部的超强暖冬事件(850 hPa, 气温距平超过 3℃), 以及与之相伴的全球大气环流异常特征. 发现该超强暖冬是20世纪70年代末之后的年代际变化和年际变化共同作用的结果, 而且年际变化起主要作用. 与此次亚洲北部强暖冬事件相伴的大气环流异常有着全球特征, 特别是在东半球异常显著; 同时, 南半球中、高纬区的大气环流异常亦十分明显.     

皮纳图博火山爆发对20世纪90年代初平流层年代际变冷突变的影响机理

过去研究表明一次火山爆发可以影响季节到年际尺度的气候变化,而本文发现1991年皮纳图博火山爆发可能导致了20世纪90年代初平流层的年代际变冷.采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS/SBUV卫星观测资料,发现了在平流层长期变冷趋势中,热带气温和位势高度在20世纪90年代初年发生了年代际降低突变.进一步分析了平流层热带地区年代际变冷突变的时空分布特征,并探讨了1991年6月皮纳图博火山的爆发与此次平流层变冷的关系.结果表明,皮纳图博火山所喷发的火山灰在平流层通过硝酸盐和硫酸盐对ClO的活化作用造成了平流层臭氧的年代际减少,从而可能导致了臭氧在平流层吸收的热量年代际减少,进而造成此次平流层热带地区的年代际变冷突变.因此,20世纪90年代初平流层年代际变冷突变可能是由皮纳图博火山爆发导致的,这就意味着一次强火山爆发也可能导致平流层的年代际气候变化.     

皮纳图博火山爆发对20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变的影响机理

过去研究表明一次火山爆发可以影响季节到年际尺度的气候变化, 而本文发现1991年皮纳图博火山爆发可能导致了20 世纪90 年代初平流层的年代际变冷. 采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS/SBUV 卫星观测资料, 发现了在平流层长期变冷趋势中, 热带气温和位势高度在20 世纪90 年代初年发生了年代际降低突变. 进一步分析了平流层热带地区年代际变冷突变的时空分布特征, 并探讨了1991 年6 月皮纳图博火山的爆发与此次平流层变冷的关系. 结果表明, 皮纳图博火山所喷发的火山灰在平流层通过硝酸盐和硫酸盐对ClO的活化作用造成了平流层臭氧的年代际减少, 从而可能导致了臭氧在平流层吸收的热量年代际减少, 进而造成此次平流层热带地区的年代际变冷突变. 因此, 20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变可能是由皮纳图博火山爆发导致的, 这就意味着一次强火山爆发也可能导致平流层的年代际气候变化.     

20世纪后期东亚夏季风年代际减弱的自然属性

文中使用1948~2002年美国国家环境预测中心/大气研究中心的再分析资料, 通过计算呈现了始于20世纪60年代中期的东亚夏季风年代际尺度减弱事实、以及东亚夏季风系统在20世纪60年代中期和70年代中后期发生的两次年代际突变事件. 而后, 基于政府间气候变化专门委员会资料分发中心提供的SRES A2温室气体和气溶胶排放情景下六套全球海气耦合气候模式的数值模拟结果, 从定性的角度上揭示了此次东亚夏季风年代际衰减过程与20世纪后期人类活动引发的全球变暖之间没有明显的联系, 应该为一次自然的气候变化过程. 模式结果还显示, 如果21世纪温室效应在20世纪后期的基础上进一步加剧, 东亚夏季风系统可能会受此影响而趋于增强.     

青藏高原冰川退缩对河水径流的影响

青藏高原发育着36 793条现代冰川,冰川面积49 873.44 km2,冰储量4 561 km3,分别占中国冰川总条数的79.5%,冰川总面积的84%和冰储量的81.6%。进入20世纪以来,随着全球气候的波动变暖,特别是进入20世纪80年代以来的快速增温,使得大多数冰川处于退缩趋势。20世纪上半叶是冰川前进期或由前进期转为后退的时期;50年代至60年代冰川出现大规模退缩,但并未形成冰川全面退缩;60年代末至70年代,许多冰川曾出现前进或前进迹象,前进冰川的比例增大,退缩冰川的退缩幅度减小; 80年代以来,冰川后退重新加剧;90年代以来冰川退缩强烈。现在虽仍有个别冰川在前进,但高原冰川基本上转入全面退缩状态,这是20世纪90年代以来冰川变化的一个重要特征。 青藏高原哺育了亚洲的十多条河流,包括长江、黄河、恒河、印度河、雅鲁藏布江、怒江和澜沧江等七条最重要的河流。近数十年来,在全球变暖和冰川退缩加快的大背景下,青藏高原七大江河径流量亦呈现出不稳定的变化。从趋势上看,短期内冰川退缩将使河流水量呈增加态势,但亦会加大以冰川融水补给为主的河流或河段的不稳定性;而随着冰川的持续退缩,冰川融水将锐减,以冰川融水补给为主的河流,特别中小支流将面临逐渐干涸的威胁。     

华北汛期降水多尺度特征与夏季风年代际衰变

研究了近50年华北汛期降水的频谱结构和演变特征及其与夏季风衰变之间的关系. 小波分析表明华北汛期(7~9月)降水年际尺度成分约占总方差的85%, 其演变代表了华北降水的基本走势. 近30年降水年际尺度部分发生了很大变化, 准5年谱消失, 准2年谱逐渐减弱, 1977年后降水年际变化十分微弱. 与此同时, 夏季风也呈现明显的年代际衰减. 计算表明, 华北汛期850 hPa平均经向风的演变以年代际尺度成分为主, 其演变特征与汛期降水非常相似, 且与降水序列及其年际尺度序列都呈显著正相关, 说明华北夏季风的年代际衰变可能是华北干旱的主要原因之一. 此外, 伴随20世纪60和70年代东亚季风的两次年代际突变, 我国大部分地区都出现了年代尺度的旱、涝更替, 而华北却从20世纪60~70年代的部分地区少雨发展成80~90年代的严重干旱.     

中国大陆冬夏季气候型年代际转折的区域结构特征

采用Tomé和Miranda2004年提出的气候变化趋势转折判别模型, 对1961~2000年中国160个气象站及各个分区的冬、夏季年代际气候型转折时空特征进行了综合分析. 研究发现冬、夏季气温和降水年代际趋势转折发生年份相近, 且转折后趋势一致的站点呈带状分布, 具有明显的区域性特征, 据此提出中国大陆气候型年代际转折存在显著区域性结构特征的观点. 研究结果表明, 20世纪80年代初期以后, 中国区域冬季气候总体趋于“暖湿”, 80年代末期为夏季气候向“暖湿”转型的突变时期, 即中国气候出现“暖湿”型转折的年份冬季比夏季更早. 通过冬、夏季气温、降水的年代际趋势转折区域性特征分析及分区检验结果, 可发现华北地区冬季气候显著“暖干”型趋势在20世纪70年代末期出现, 东北、华南、西南地区的冬季气候在20世纪80年代末期亦转为“暖干”型, 80年代初期为其余4个分区(江淮、高原东部、西北地区东、西部)冬季气候转变为“暖湿”型趋势的转折时期. 东北、华北地区以及西北地区东部在20世纪80年代末期以后夏季气候均趋于“暖干”型, 西南和高原东部地区在70年代中期以后出现“暖湿”型趋势, 江淮地区和西北地区西部“暖湿”型趋势开始的时间则在80年代初期, 华南地区较为特殊, 其夏季气候在1984年以后出现了“冷湿”型趋势.     

“城市干岛”对北京夏季高温闷热天气的影响

利用北京1940~2000 年的气候资料, 对北京夏季高温闷热天气的年代际变化进行了初步研究. 20 世纪40~70 年代, 北京夏季高温闷热天气日数逐年代减少; 70~90 年代, 高温闷热天气日数逐年代增多. 虽然上述年代高温闷热天气日数的变化趋势与气温的变化趋势一致, 但高温闷热天气日数在40 年代最多, 而不是在相对最热的90 年代(90 年代的平均气温比40 年代高1.0℃左右). 从形成北京地区夏季高温闷热天气的天气系统和北京地区高温闷热天气日数与副热带高压活动的相关性的分析来看, 90 年代的高温闷热天气日数应比40 年代多, 但事实并非如此. 为了解释这一看似矛盾的现象, 分析了80 年代以来北京地区“城市干岛”的演变趋势. 结果表明, 虽然80 年代以来北京地区的气温也和全球其他地方一样呈现出变暖的趋势, 夏季的“城市热岛”强度也呈现增强的趋势, 进而增加了北京夏季发生高温闷热天气的可能性, 但由于城市化发展带来的“城市干岛”效应使北京城区夏季的相对湿度减小, 加上高温时人体舒适度对相对湿度的变化更敏感, 从而对冲掉了部分由于气温变暖和城市热岛增强而增加北京发生高温闷热天气的可能性.     

黄河源区水文收支对近代气候变化的响应

黄河源区径流在20世纪90年代以后显著减少.中国气象局台站资料显示,源区平均降水量在20世纪90年代偏低,在2002年后又偏多,近几十年来地表一直持续着快速增温和变湿,以及风速减弱.利用一个改进的陆面过程模式,模拟了1960~2006年来黄河源区及周边气象台站的水文收支,分析了气候变化对水文收支的影响.结果显示,除了降水量本身和降水强度之外,降水变化的空间配置也是影响径流对降水变化响应的一个重要因子.在20世纪90年代径流偏少是与区域平均降水量偏少及降水强度偏弱一致.在2002年以后,源区平均降水偏多,但主要增加在较干旱的区域.在此干旱的区域,蒸发主要受降水量控制,因此大部分的降水增加转化为蒸发了.相比而言,在源区较湿润的区域,能量是决定蒸发的一个更加重要的因子,尽管此区域的降水量部分增加部分减少,但由于快速增温,此区域蒸发明显增加,产流在2002年以后依然偏少.这种影响蒸发的机制和它对气候变化的响应,以及降水空间配置的变化,使得近些年来黄河源区的水文收支不利于产流.     

“杀手”逼近年轻女性

在危及广大妇女健康的恶性肿瘤中,常见的是宫颈癌。20世纪90年代以前,宫颈癌多发生于40～60岁的女性,高峰年龄为45～49岁。近十几年来,患宫颈癌的年龄日趋年轻化,平均年龄为31岁,有的十几岁或20多岁就得了宫颈癌,严重地威胁着年轻女子的健康和生命。     

400多年来中国东部旱涝型变化与太平洋年代际振荡关系

基于中国东部55站点1600~2012年旱涝等级序列及集合经验模分解(EEMD)等方法,分析了中国东部旱涝年代际到百年尺度的变率分布特征及其与太平洋年代际振荡(PDO)指数的关系.结果表明:400多年来该区域最主要的旱涝分布型是一致型,即同期大多数站点同旱或同涝,变率中心位于黄河中下游;其次为南北反相型,该型近百年来有加强趋势,最典型案例即20世纪70年代后期至21世纪初频繁出现的南涝北旱异常分布,400多年来历史上类似事件很少见.在多年代际尺度上,基于多种代用PDO指数序列的集合平均PDO序列与华北一带旱涝变率有显著的正相关关系,即PDO暖位相对应华北偏旱,而PDO冷位相对应偏涝.结果拓展了多年来主要基于近代气象记录获得的PDO影响中国旱涝气候变化的认识,更完善地诠释了我国夏季风区旱涝气候多年代际演变规律.     

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.     

近50 a来中国北方沙区风沙气候演变与沙漠化响应

中国北方干旱、半干旱地区近50 a以来风沙活动有显著的变化. 20世纪60至70年代区域处于强烈的风沙活跃期, 而自80年代至今则持续减弱, 在绝大部分地区其输沙能力仅为60至70年代的20%~50%. 沙丘活动指数的分析结果也表明, 20世纪80年代以后, 处于强烈风沙活动控制下的区域在不断向北向西退缩; 在中东部部分地区, 60和70年代有较强流沙活动的区域已演变为固定、半固定沙丘或者沙地. 风沙活动的这一显著变化在沙漠化过程中有很好的响应: 20世纪60年代至70年代中国北方沙漠化强烈发展主要与这一时期正处于风沙活跃期有关; 而近20 a以来沙漠化逆过程的发生则与风沙活动的大幅度减弱和春季降水量增加有密切联系. 因此, 尽管现代沙漠化的正逆过程或多或少受到人类活动的影响, 其仍主要被气候变化所制约.     

借鉴以色列之法降伏我国沙暴

沙漠化已成为当今世界一个重要的土地问题和环境问题。多年来,我国西部、北部地区的沙漠化防治工作取得了一定进展,但目前我国北部、西部地区的生态环境仍不容乐观,沙尘暴更是频频袭击我国东北、华北、西北地区。据有关资料显示,我国2000年来已出现过1200多次沙尘暴天气,而且在逐步上升。如特大沙尘暴在20世纪50年代5次、60年代8次、70年代13次、80年代14次、90年代23次。本世纪一开始,沙尘暴更是越演越烈,每到春季,我国北部、西部地区的人民就饱受其侵害,给百姓生命财产带来巨大的损失,严重制约了我国国民经济的发展。据中国科学院水土保持…