亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏2季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加大气稳定度,减少地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,2类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及直接气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏两季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加了大气稳定度,减少了地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,两类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

青藏高原东部高寒草原地表能量交换特征(英文)

青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原,其独特的地形地貌特征对东亚乃至全球大气环流有重要影响.由于地表特征不同,高原不同区域地表热力特征也有显著差异.高原的东部边缘地表、植被和气象特征与高原其他区域明显不同,因此这一区域地表热力作用也与高原其他区域不同.本文研究了青藏高原东部玛曲草原地表能量交换的季节变化特征.玛曲草原冬季净辐射占入射太阳辐射的比例小于雨季,其差异主要由2个季节的地表反照率和湿度状况的差异引起.全年来看,净辐射大部分用水汽蒸发所需的热量.冬季由于土壤冻结加之降水稀少,净辐射主要用于加热地表和大气.雨季由于相对较高的气温、充足的降水及植被茂盛的生长力,净辐射主要用于水汽蒸发.在这一区域,降水的季节分布以及土壤的冻融状况对地表能量分配有重要影响.     

天津地区大气降水中氢氧稳定同位素特征及影响因素研究

依据国际原子能机构(IAEA)提供的天津地区1988~2001月降雨和同位素资料,分析了该地区大气降水的稳定同位素的组成和变化以及主要影响因素.天津大气降水线与我国东部季风区的局地大气降水线方程较为接近.大气降水同位素组成变化中的温度和降水效应较小,主要受季风以及季节水汽来源不同的影响,有显著的季节效应.     

2012年秋季黄山地区大气冰核的观测分析

本文利用2012年9月至10月在黄山光明顶气象站使用自行搭建的新型静力真空水汽扩散云室对大气冰核进行观测的资料分析,结果表明：在活化温度为-20℃、相对冰面过饱和度为8%的实验条件下,黄山山顶的大气冰核平均浓度为2.03个/L,最大浓度是最小浓度的5倍左右。不同活化温度下的冰核浓度具有一致的逐日变化特征,并且冰核浓度随时间的变化与较大气溶胶粒子浓度的变化相一致。冰核浓度在下午14:00时明显高于上午08:00,这可能是与太阳辐射的作用有关。冰核浓度随着活化温度的降低呈现很好的指数式增加的趋势,并且发现在活化温度为-19℃左右时冰核浓度达1个/L。 本文还建立了冰核浓度与活化温度及粒径大于0.5μm的气溶胶数浓度之间的参数化关系,并且发现加入气溶胶浓度后的参数化关系式相对于仅仅依赖于温度的参数化关系式要更为合理。冰核浓度随活化湿度的增加而增加,并且当水汽条件从冰面饱和增加到水面饱和时,冰核浓度会急剧增加。黄山山顶降水对大气冰核具有明显的清除作用     

青藏高原对非洲北部降水影响的模拟研究

利用耦合模式CESM1.0, 研究青藏高原地形对非洲北部降水的影响。敏感性试验结果表明, 去掉青藏高原地形后, 首先, 大气环流迅速做出调整, 出现自热带大西洋向东北方向至北非的水汽输送异常和自印度洋向西至北非的水汽输送异常, 造成北非大气水汽含量增加和水汽辐合增强, 降水增多。然后, 当海洋环流调整到准平衡态时, 北大西洋海表温度降低, 南大西洋海表温度升高, 地表大气温度也发生相应的变化。在南北温度梯度的影响下, 原本由热带大西洋向北非的水汽输送发生转向, 导致北非的水汽含量减少和水汽辐合减弱, 使得降水比前一阶段减少。即便如此, 在没有青藏高原的试验中, 当海洋环流调整到平衡态时, 北非大部分区域水汽辐合仍然强于有青藏高原的真实地形试验, 区域平均降水也增多。结果表明, 青藏高原的隆升可能在一定程度上加剧了北非的干旱化。     

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.     

140年来植被和大气CO2浓度变化对东亚气候影响的数值模拟

利用区域气候模式通过分别采用现代植被和工业革命前植被及相应CO2浓度模拟了近140年来植被和大气CO2浓度变化对东亚区域气候的影响.结果表明,两者共同作用使东亚许多地区产生了升温现象,但这种温度变化在地域上具有不均匀性,蒙古、内蒙古、东北、西北增暖最为明显,而中国南部一些地区却存在降温现象;工业化造成的植被退化使东亚地区呈现总体干旱化的趋势,虽然CO2浓度增加易导致降水增多,但综合考虑两者的影响,使中国东部、内蒙古、四川北部的降水明显减少,而西北、华南沿海的降水有所增加;同时现代东亚冬、夏季风都比工业革命前有所增强.但由于植被退化,该地区的大气水汽含量及土壤水含量均有所减小.     

温室气体变化数值模拟试验中全球降水和温度变化的迟滞效应

利用耦合气候模式(GFDL-CM2.1)研究变动气候背景下全球平均降水和温度的变化。不同情景CO2 强迫试验表明, 降水变化存在明显的迟滞效应。全球平均降水与地表温度的变化存在显著的线性关系, 但是降水同时也受到CO2 浓度的直接影响。在CO2 增加又恢复的试验中, 降水变化滞后于地表温度变化, 出现降水 “迟滞效应”。在CO2 增加过程中, 温室效应增强会立即导致大气长波吸收增强, 大气获得的净辐射能量增加, 为维持大气能量收支平衡, 地面向上潜热通量受到抑制, 形成CO2 增加对降水的抑制效应。随之而来的温度上升则主要引起大气层顶出射长波辐射以及大气对地表的长波回辐射增加, 大气净辐射能量减少, 地面潜热通量增加, 从而引起降水的增加。在CO2 减少过程中, 情况正好相反, 温室效应减弱会增加降水, 而温度降低会减少降水。温度和CO2 对降水的不同影响决定了降水的迟滞效应。     

中国春季沙尘气溶胶的辐射效应及对气候影响的研究

本文在区域气候模式RIEMS2．0中引入沙尘气溶胶的起沙机制,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式,并在辐射模块中加入沙尘气溶胶的影响,模拟沙尘气溶胶的输送、扩散、沉降等过程以及对辐射的影响．利用此模式得到了1998年春季3、4、5月中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布、沙尘气溶胶的柱浓度分布、光学厚度等物理量及其辐射效应和气候效应．结果表明春季中国沙尘源区主要集中在内蒙古西部的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠,中部的浑善达克沙地,南疆塔克拉玛干沙漠东部,河西走廊地区以及青海的柴达木盆地附近,这些地区的起沙率大于5μg／（m^2·s）,最大为65μg／（m^2·s）;沙尘气溶胶柱浓度最大值达0．55g／m^2,出现在塔克拉玛干沙漠地区,相应的光学厚度最大值是0．50．沙尘气溶胶使得中国地区地面短波辐射收入平均减小了4．10w／m^2,地面长波辐射收入增大了,＋0．46w／m^2,地面净辐射强迫为-3．64w／m^2,大气辐射收支与地面相反,净辐射强迫为＋3．10w／m^2;同时沙尘气溶胶通过影响到达地面的辐射使得地面有较强的降温,整个模拟区域平均地面气温降低了0．24K,而北方地区地面气温降低了0．37K;沙尘对于降水的影响主要体现在对小雨的影响上,沙尘气溶胶使得模拟区域内小雨减小了20％左右;另一方面,华北地区降水受沙尘气溶胶影响最大,总降水减少了13．8％,而全区域总降水只减少了2％．     

华南大尺度空中水资源时空演变特征

用1958—2004年NCEP／NCAR再分析资料和中国160站月降水量资料分析了华南年平均大尺度大气水汽汇的时空变化.结果表明：华南地区年平均水汽汇的主要变异区在华南中、东部地区以及华南西南地区、华南中、东部的年平均水汽汇与该地区的年平均降水一样，存在增加的气候变化趋势，而该地区的蒸发量则有减少的趋势。华南西南部的年平均水汽汇则以年际变化为主。华南中、东部以及西南部的水汽汇偏强（弱）时，东亚沿海上空水汽输送异常强（弱）导致这些地区的垂直积分的水汽通量辐合的增强（减弱）。     

基于CLM模型的植被覆盖变化对黄土高原气温和降水的影响研究

黄土高原位于我国第二阶梯,地理环境复杂,生态环境脆弱。本文结合GIMMS/NDVI遥感数据与气象站点观测资料开展诊断分析研究,并将其与模型模拟试验相结合,通过这种方法来研究黄土高原地区植被覆盖与气温和降水之间的作用关系。研究结果表明,黄土高原地区的NDVI、气温和降水量均具有明显的季节变化特征;1982—2006年,区域滑动平均NDVI、气温和降水的线性变化斜率分别为5E-04/10a、0.061℃/10a和-0.492mm/10a;研究区域内NDVI与气温和降水的同期滑动平均相关系数分别为0.459和-0.23,且均存在较明显的空间差异。应用CLM陆面过程模型的模拟结果表明,植被覆盖增加后,植被覆盖发生变化地区的净短波辐射有所增加,净长波辐射有所减少,导致地表吸收净辐射有增加趋势;研究区域内的感热通量和潜热通量均有所增加,且潜热通量的增加更为明显,这可能对植被覆盖增加后气温的降低产生一定影响;研究区域内的土壤含水量和地表蒸散均呈增加变化,这可能导致降水增加。但是,植被覆盖增加对区域气温降低和降水增加的影响作用有限。     

过去40年中国气候与物候的变化研究

根据中国近40年的日气候观测资料与物候观测资料,分析了近40年中国气温、降水与自然物候的变化趋势及其区域差异.结果表明:(1)近40年来,从全国平均状况看,较为明显的升温阶段出现在1980年以后.其中升温率最大的时期为非生长期,最小的时期为生长期.从区域变化差异看:东部大部分地区、青藏高原的东南部和新疆的部分地区生长期温度在1980年以后都有不同幅度的上升,其中升幅最大的地区出现在华北;降温区则出现在秦岭以南的广大地区(包括西南地区东部、长江中游)以及新疆的部分地区.(2)生长期期间,全国平均降水在近40年中存在明显的准年代波动,却没有明显的增加或减少趋势.但1980年以后,生长期期间降水趋势变化的区域差异却较为明显:新疆、东北及长江中下游的部分地区降水增加,而除此之外的全国大多数地区则以降水减少占绝对优势;其中华北地区的降水减少最为明显.(3)20世纪80年代以后,中国的东北、华北、西北、长江下游地区与云南南部春季物候期提前,西南地区东部、长江中游地区春季物候期推迟;这一变化趋势与中国生长期期间的温度变化趋势相对应.     

银川地区降水氢氧同位素变化规律分析

大气降水是区域水循环中重要环节,对于研究区域内水分循环、水分来源、水分转换等水文过程有重要意义.通过对银川地区降水中氢氧同位素特征随月降水量变化趋势进行分析,得出不同季节的降水水汽来源是影响银川地区降水同位素变化的主要因素,秋冬季节降水水汽主要来自于北冰洋地区,春夏季节降水水汽主要来源于印度洋、孟加拉湾及太平洋地区.区域内蒸发的水汽对降水的贡献及降水过程中的二次蒸发作用都使降水中重同位素富集.全年来看,银川地区降雨量效应不明显,但是夏季降雨量对降水中氢氧稳定同位素变化影响不容忽视.通过分析氘过量参数d随月平均降水量的变化趋势,辅助论证了不同季节不同水汽来源的降水是影响氢氧同位素变化的主要因素.     

CO2浓度变化对欧洲区域气候影响的数值研究

给出了大气中二氧化碳浓度加倍引起的德国南部及邻近阿尔卑斯山区5年1月和 7月气温和降水率变化的模拟结果.模式采用在大气环流模式(ECHAM3)中嵌套的中尺度气候和化学模式(MCCM).模拟结果显示:区域平均气温(地面上2 m处温度)的5年平均1月增加0.8℃,7月增加4.7℃;区域降水率的5年逐月平均则显示1月无变化,7月减少40 %.讨论了气温、降水率以及降水频率等变化的空间分布,也给出了控制试验(1×CO2) 和敏感试验(2×CO2)中气温和降水率的年际变化模拟结果.     

中国碳气溶胶时空分布与辐射强迫的数值模拟

为了更好地了解我国区域碳气溶胶,利用意大利国际理论物理中心ICTP(International Center forTheoretical Physics)的气溶胶资料和区域气候模式R egCM 3对2000年我国碳气溶胶时空分布与辐射强迫进行了数值模拟。结果表明:我国碳气溶胶主要分布在黄河以南、青藏高原以东的广大区域,且柱含量分布具有明显的季节性。春季最大,冬季次之,夏季最小;除东部沿海等少数地区外,碳气溶胶大气顶辐射强迫在全国绝大部分地区符号均为正,而地表辐射强迫符号为负。各单种气溶胶之间存在复杂的相互作用,研究综合气溶胶分布和气候效应时,不能简单地将各单种气溶胶的作用进行叠加。     

南水北调（东线）工程及对地理环境的影响

我国地域辽阔,南北相距5500公里,东西相距5200公里,地表类型复杂多样,高原、平原、山地、丘陵、盆地相间分布,形成了许多小的自然区域,也造成了我国各地区之间的气候、土地、植被等自然要素之间的差异。气温和降水对地理环境变化的作用尤为明显。我国东部地区,秦岭、     

CO_2浓度变化对欧洲区域气候影响的数值研究

给出了大气中二氧化碳浓度加倍引起的德国南部及邻近阿尔卑斯山区5年1月和 7月气温和降水率变化的模拟结果.模式采用在大气环流模式(ECHAM3)中嵌套的中尺度气候 和化学模式(MCCM).模拟结果显示:区域平均气温(地面上２ ｍ处温度)的5年平均1月增 加0.8℃,7月增加4.7℃;区域降水率的5年逐月平均则显示1月无变化,7月减少40 ％.讨论了气温、降水率以及降水频率等变化的空间分布,也给出了控制试验(1×CO2) 和敏感试验(2×CO2)中气温和降水率的年际变化模拟结果.     

近63年中国东部冬季气温异常的时空分布特征

利用中国东部地区115站1951-2013年冬季气温以及美国国家大气科学研究中心和环境预报中心再分析资料,采用经验正交展开和旋转经验正交展开方法,分析中国东部地区近63 a冬季气温变化特征,并基于气候划分的区域分析了其与大气环流异常的关系.结果表明中国东部冬季气温变化在总体一致型的基础上还存在东北一西南反向变化的类型.近63 a冬季气温在1984年前后发生了显著变化,东部冬季气温突变略早于全国,近30 a来中国东部冬季气温明显偏高.中国东部地区冬季气温异常可以分为华南-东南区、东北区、华中区和河套区。西伯利亚高压、东亚大槽和西风急流与中国东部地区冬季气温变化有着显著的相关关系.     

MODIS C5、C6气溶胶产品验证及区域适应性评价

MODIS Collection 5(C5)、Collection 6(C6)气溶胶产品是当前NASA提供的两种逐日气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)产品,可以为大气颗粒物污染评价以及气候效应影响研究提供重要的数据支撑,但两种产品分别基于不同的气溶胶反演方法生成,明确两种产品气溶胶反演方法的精度和区域适应性对用户合理选择数据产品具有重要意义。以分布于我国的AERONET(Aerosol Robotic Network,AERONET)数据为依据,分析了两种产品在几种典型区域的精度以及区域适应性。结果表明:1C6DT算法整体反演精度略优于C5DT算法;2与DT算法相比DB具有较高的整体反演精度(R=0.91,RMSE~0.166,MAE~0.116),气溶胶有效观测天数明显增加,能够降低15%左右的气溶胶高估情况;3C6DT算法在浓密植被地区整体精度较高,但在亮地表区域适应能力较差,产品缺失值严重;而DB算法均能实现暗地表和亮地表区域上的气溶胶反演,尤其在城市、稀疏植被覆盖气溶胶反演精度整体较高,空间连续性得到明显改善。