东亚地区人为硫酸盐气溶胶辐射气候效应不同模拟方法的对比

 利用区域气候模式RegCM2与大气化学模式连接的模拟系统,研究了中国地区人为排放生成的硫酸盐气溶胶分布及其辐射气候效应,并与全球模式的结果进行了比较,同时对比了硫酸盐气溶胶辐射气候效应的在线、离线模拟方法所得结果差异的细致情况.通过以上工作表明:区域气候和大气化学耦合模式系统能在比大气环流模式更精细的尺度上获得硫酸盐分布规律和辐射气候效应;并且区域气候模式与大气化学模式的在线与离线连接方法得到的硫酸盐柱含量、有反馈和无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在较小区域平均的尺度上存在较显著的差异,并且在全区域平均尺度上也不能被忽略;通过对气候响应的进一步分析发现:模拟结果显示了从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的不确定性.     

城市地表能量平衡方案研究的新进展

系统介绍了城市地表能量平衡的物理过程及其参数化方案的研究进展.由于城市化等因素的影响,城市地表能量平衡方案中的各个物理量发生变化,进而影响不同尺度的大气环境和城市气候,尤其是微尺度气候.另外,分析和比较了几种城市冠层模型的特点,及其与中尺度大气模式的耦合,提出目前存在的一些问题和未来的发展方向.结论认为,从中尺度大气模式的研究和发展来看,城市冠层模型和中尺度大气模式的耦合可以有效地提高中尺度大气模式的模拟水平,这也有助于中尺度大气模式的精细化模拟研究,从而更好地理解城市地表能量平衡中各个物理量的变化对大气环境和气候变化的影响.     

大气科学的发展趋势及研究热点

大气科学是研究地球及其他星体大气的特性、组成、结构、分布、时空演变、物理现象、化学反应、运动规律及揭示天气气候运转规律、气象自然灾害成因、人类活动影响效应等问题的学科.21世纪以来,大气科学发展的一个主流特征是突出多圈层及其相互影响,注重从大气圈拓展到水圈、生物圈、冰雪圈、岩石圈的相互作用来理解全球气候变化及气候系统的运动和过程,探讨不同时空尺度的气候变率,分析人类活动对气候变化的影响,解决季节、年际特别是未来50～100年气候变化趋势预估等问题.     

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%。     

极端气候事件的模拟研究进展

介绍了气候模式的发展历程,综述了近年来全球范围内关于极端气候事件的研究现状,比较了不同模式对不同事件的模拟效果并探讨了模拟效果影响因素.虽然不同模式模拟结果有所差异,但大部分模式都能再现极端气候事件的演变过程,并能有效预测未来极端气候变化情况.综述了温室气体增加情景下我国未来极端气候变化的响应研究,提出了其中可能存在的问题,并对未来极端气候模拟研究进行了展望.     

中国地区工业硫酸盐气溶胶对辐射和温度的影响

 将大气化学模式和区域气候模式连接,以中国地区1994年1,4,7,10月为研究对象,模拟了气候变化,并分析了由于大气化学过程形成的硫酸盐气溶胶的对地气系统辐射收支、温度、降水量等气候因子的影响.通过分析发现:硫酸盐气溶胶在晴空大气顶和云天大气顶处产生负的辐射强迫,将使地表温度下降,使降水量减少.     

树木生长对气候变化的响应研究进展

树木生长对气候变化的响应将深刻影响区域植被动态、陆地生态系统生物地化循环、气候反馈及其人类福祉.持续的气候变暖、极端气候事件及自然和人为干扰的增加深刻地影响树木生长动态的时空格局.本文综述了近几十年全球气候变化的整体概况,着重探讨了气候变化对树木生长的影响机制以及树木生长对气候系统的反馈,并就树木生长响应气候变化研究中可能存在的问题和研究前景进行了探讨.提出未来树木生长响应气候变化关系的研究应考虑树木生长响应气候变化的时空差异,加强对树木死亡时空格局及内在机理的认识,重点关注不断增加的极端气候事件及火、虫灾干扰对树木生长的非线性影响机制,并融合地面观测、遥感及陆面动态植被模型模拟等多种分析手段综合分析树木生长对气候变化响应机制的尺度效应及内在机理.     

气候变化影响下的流域水循环：回顾与展望?

随着全球气候变化的影响日益加剧,气候变化对流域水循环影响的研究成为普遍关注的焦点.数理统计和水文模拟两大手段的运用贯穿于过去30余年的研究当中,本文就其中所涉及的水文气象要素趋势分析、大气环流模式(GCMs)评估、降尺度技术及其选择、水文模型及其选择、不确定性分析5大内容的研究成果进行回顾与展望,以拉萨河流域为例综合运用前述技术分析区域气候变化特征及其对流域径流的影响.结果表明,在未来经济社会发展与气候变化情景下,流域径流时空分布不均匀性更加显著,具体表现为集中性增强,这给区域防洪抗旱与水资源配置等都带来了巨大挑战.通过系统阐述如何开展气候变化对流域水循环的影响研究及所包含的关键问题,可为后续相关研究和区域水资源管理提供科学依据与决策支撑.     

气候嵌套模式的进展及双向嵌套模式对降水的模拟

区域气候模式发展的回顾表明区域气候模式在近20年来取得了长足的进步,将它与全球大气环流模式进行嵌套是研究区域气候变化的有效方法。单向嵌套是目前区域气候研究的主要手段,对区域气候的模拟和预测有明显的改进,加深了人们对区域气候变化的认识;双向嵌套能够体现不同尺度大气运动之间的相互作用,是区域气候变化研究的发展方向,尽管实现的难度很大,但模拟的结果明显优于单向嵌套。利用一个双向嵌套模式进行数值试验,结果表明它能够成功模拟我国南方的降水。     

Recognition of climatic effects of land use/land cover change under global warming

Greenhouse gas emissions and land use/land cover change (LUCC) are two human activities notably affecting climate change. Will temperature and precipitation increase significantly during global warming resulting in more pronounced LUCC climatic effects? Considering the interannual forcing of these two factors, the NCAR Community Atmosphere Model (CAM4.0) was used in this study to investigate the importance of climatological background to LUCC impacts. Experiments based on the difference in the background climate, the greenhouse gas concentrations in 1850 and in the present age indicate contrary changes in climate sensitivity through estimations of the radiative forcing associated with LUCC, which are 0.54°C/(W/m²) and ?0.26°C/(W/m²), respectively. Therefore, the background climate appears to play an important role in the regional impact of LUCC, especially at higher latitudes. In addition, global warming predominantly influences snow-albedo feedback in the mid-latitudes, thus determining the impact of LUCC, whereas the regional difference in precipitation caused by global warming is responsible for the differing climate response to LUCC in the tropics and subtropics.     

Effects of historical land cover changes on climate

In order to explore the influence of anthropogenic land use on the climate system during the last mil- lennium, a set of experiments is performed with an Earth system model of intermediate complexity—— the McGill Paleoclimate Model (MPM-2). The present paper mainly focuses on biogeophysical effects of historical land cover changes. A dynamic scenario of deforestation is described based on changes in cropland fraction (RF99). The model simulates a decrease in global mean annual temperature in the range of 0.09-0.16℃, especially 0.14-0.22℃ in Northern Hemisphere during the last 300 years. The responses of climate system to GHGs concentration changes are also calculated for comparisons. Now, afforestation is becoming an important choice for the enhancement of terrestrial carbon sequestration and adjustment of regional climate. The results indicate that biogeophysical effects of land cover changes cannot be neglected in the assessments of climate change.     

土地利用/覆盖变化-生态系统服务-人类福祉关系研究进展

系统厘清土地利用/覆盖变化、生态系统服务与人类福祉之间的复杂关系及研究进展与研究趋势,对于应对全球变化、生态环境破坏等问题十分重要．本文从土地利用/覆盖与生态系统服务、生态系统服务与人类福祉以及土地利用/覆盖变化-生态系统服务-人类福祉3个方面,总结了三者之间复杂关系的研究进展,并指出未来的研究方向．研究结果表明:1）生态系统服务的变化主要由土地利用类型、格局和强度的改变引起;2）土地利用/覆盖变化、生态系统服务与人类福祉的研究通常用来解决减贫、生态系统健康、生物多样性保护、可持续发展与自然资本方面的问题;3）在土地利用变化、生态系统服务与人类福祉的研究方面未来需要加强的研究主要包括多尺度关联、驱动力分析、不同人群特征及土地利用类型与生态系统服务偏好的关联,以及气候变化对生态系统服务与人类福祉的影响等．      

银川市2000—2020年土地利用时空变化特征及预测

为探究银川市土地利用的时空变化特征,基于2000、2010、2020年3期土地利用数据,通过土地利用变化、景观生态学和元胞自动机(cellular automata, CA)-Markov模型,定量研究了20年间银川市土地利用景观格局变化特征,并对土地利用变化进行模拟预测。结果表明:耕地、林地、水域和未利用土地面积减小,草地和城乡工矿居民用地面积增加,各土地利用类型之间转换较为强烈,土地利用变化结构的主体为草地和城乡工矿居民用地,土地利用程度不断加深但具有区域差异性特征;土地利用景观形状的复杂程度增加,城市空间不断扩张,整体景观都趋于平均,景观异质程度增强,景观向多样化方向发展趋势;CA-Markov模型能有效模拟银川市土地利用变化情况且具有较高精度,Kappa系数为0.828 5;2030年耕地、林地和未利用土地面积减少,草地和城乡工矿居民用地面积增加。人口数量与结构、国内生产总值(gross domestic product, GDP)、经济增长以及区域宏观政策是研究区各类土地利用类型变化的主要驱动因素。     

An virtual numerical experiment to understand the impacts of recovering natural vegetation on the summer climate and environmental conditions in East Asia

By applying a regional integrated environmental model system (RIEMS), a virtual numerical experiment is implemented to study the impacts of recovering natural vegetation on the regional climate and environmental conditions. The results show that recovering the natural vegetation in large scale could have significant influence on summer climate in East Asia. Not only would it be able to change the surface climate, but also to modify to certain extent the intensity of monsoon circulation. Although this is a virtual experiment at an extremely ideal condition, the implication of the simulating results is that the on-going nation-wide activities to recover the crop land for forest and pasture must be managed according to the local natural climate, hydrological and soil conditions. Only under such a condition, would the recovering of natural vegetation bring about significant climate and environmental benefits at regional scale.     

Impact of land surface degradation in northern China and southern Mongolia on regional climate

Clear evidence provided by the singular value decomposition (SVD) analysis to the normalized difference vegetation index (NDVI) and precipitation data identifies that there exists a sensitive region of vegetation-climate interaction located in the transitional zone over northern China and its surrounding areas, where the vegetation cover change has the most significant influence on summer precipitation over China.““ Comparison of reanalysis data with station data provides a good method to assess the impacts of land use change on surface temperature, and the most obvious contribution of land use change may be to lead to notable warming over northern China in the interdecadal time scale. Based on the new statistical results, a high-resolution regional integrated environmental model system (RIEMS) is employed to investigate the effects of land surface degradation over the transitional zone and its surrounding areas (northern China and southern Mongolia) on the regional climate. Land degradation results in the decreases in precipitation over northern and southern China, and the increase in between, and increased and decreased temperature over vegetation change areas and the adjacent area to the south, respectively. Not only would it change the surface climate, but also bring the significant influence on the atmospheric circulation. Both the surface climate and circulation changes generally agree to the observed interdecadal anomalies over the last five decades. These integrated statistical and simulated results imply that land surface degradation over the transitional zone in northern China and its surrounding areas could be one of the main causes responsible for the climate anomalies over China, especially the drought over northern China.     

土地利用/土地覆被变化模型方法分析

土地利用／土地覆被变化(LUCC)是研究全球变化问题中的一个热点，模型方法作为研究土地利用／土地覆被变化的重要方法之一．在区域土地利用变化规律总结上发挥了重要作用．本文对LUCC模型的发展趋势、模型构成和模型分类作了系统的介绍．并将当前广泛使用的模型从变化的程度、变化的方向和变化的空间形式分析等角度加以分析．最后指出了LUCC模型存在的问题，提出了相应的建议。     

1987～2007年上海市土地利用覆被变化研究

采用“支持向量机分类”方法对上海市1987年和2007年的TM影像进行了解译．结果显示：近20年来的区域土地利用覆被变化表现为耕地和未利用土地的面积在不断减少,城乡建设用地、林地、草地、水域面积在不断增加;在空间格局的变化上,城乡建设用地的扩张虽然以从中心城区向外摊开方式为主,但沿交通轴向和卫星城镇点上的外拓发展趋势也非常明显;林地的增加主要集中于环城绿化带、森林公园、城市公园、居住区绿化等区域．根据区域社会-经济-生态复合系统变化与区域土地利用覆被结构变化间的相关性,利用“主成分分析法”和Excel统计功能,建立了两者间的线性相关模型．论文的研究结论可为政府部门科学合理地使用和管理上海有限的土地资源提供参考．     

一个简单的气候系统反馈模式及其应用

首先建立了一个简单的气候系统反馈模式，然后从理论上分析研究反馈机制在区域气候要素的变化及其持续性过程中的作用，最后利用该模式研究了陆地区域的典型气候反馈关系，所得结果有助于加深对区域气候变化的原因以及区域气候变量间反馈过程的认识和了解。     

MM5v3多种物理过程不同参数化方案的组合试验 --对东亚区域气候模拟

考虑区域气候模式中诸物理过程的多种参数化方案的相互影响，对MM5v3模式中3个物理过程设计了16组不同参数化方案的组合试验．用1997和1998年6～8月NCEP／NCAR再分析资料作了东亚的区域气候模拟．经检验、分析和比较各组合方案在东亚区域的模拟能力，发现MM5v3模式能适合对东亚地区的区域气候模拟；当用MM5V3作东亚区域气候模拟时，Kain-Fritsch积云参数化方案、OSU LSM陆面过程参数化方案与CCM2辐射参数化方案的组合更为合理．这些结果对于发展适合我国的新一代区域气候模式有一定的参考意义．