中国东部城市化与地面非均匀增暖

利用1979～2008年中国东部312个站点均一化调整后的地面气温观测资料及DMSP/OLS夜间灯光数据, 运用滑动空间距平方法, 对冬夏地面气温变化趋势在不同空间尺度下的非均匀性进行检测, 并分析了城市化对地面增暖的影响. 结果表明, 中国东部夏季和冬季的增温高值中心分别集中在长三角和京津冀地区, 其中长三角地区夏季的增暖主要是由夏季最高气温的增加所导致, 城市增温率为0.132～0.250℃/10 a, 增温贡献率为36%～68%; 京津冀地区冬季的增暖主要是由冬季最低气温的增加所导致, 城市增温率为0.102～0.214℃/10 a, 增温贡献率为12%～24%. 城市群增暖的时空差异可能与区域气候背景及人为热排放的变化有关.     

我国40年来增温时间存在显著的区域差异

过去几十年全球温度经历了显著的变化,评估其变化的方法无疑十分重要.过去评估气温变化趋势的通用方法是利用线性回归计算温度在一个时间段内的整体变化率.但是,不同时期的温度变化率往往是不同的,即温度变化过程中存在趋势转折点.这使得整体变化率只能反映温度变化的一个方面,可能掩盖某些阶段性特征.因此,为了更准确地描述我国近几十年来的温度变化过程及其空间特征,使用分段线性回归方法分析了1961～2004年全国536个气象站点的年均温序列.结果表明:我国近40年来的年均温变化趋势存在显著的转折点,全国平均升温开始于1984年,增温率为0.058℃/a.在1984年以前,年均温无显著变化.从站点水平看,我国升温开始时间呈现由北向南逐渐推迟的空间格局:北方地区(40°N以北)升温开始于20世纪70年代,而南方大部分地区(40°N以南)在20世纪80年代开始升温.特别地,青藏高原升温始于1983年.此外,不同地区的增温率存在较大差异.全国大部分地区升温率在0.05℃/a以上,新疆个别站点甚至达到0.1℃/a以上,但四川盆地、华中和华南地区升温率相对较低,在0.025～0.05℃/a之间.增温时间及变率的区域差异可能与寒潮和积雪的反馈作用有关.     

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...     

近期青藏高原长江源区急剧升温的冰芯证据

长江源区作为整个青藏高原20世纪以来增温幅度较大的地区之一得到了普遍的关注. 通过对2005年在各拉丹冬峰北部果曲冰川平坦的粒雪盆(33.58°N, 91.18°E, 5720 m a.s.l.)钻取的1支冰芯多参数的定年, 获得了长江源地区近70 a来大气降水中δ¹⁸O的历史记录. 利用各拉丹冬冰芯δ¹⁸O与该区域气象台站夏季气温(7~9月)之间显著的正相关性, 恢复了近70 a来各拉丹冬地区夏季气温的变化历史: 1940s气温较低, 1950s~1960s中期气温较高, 1970s中期气温下降到近70 a来的最低值, 1980s仍然处在一个低温期, 而1990s以来气温急剧升高的趋势延续到了21世纪初期. 各拉丹冬冰芯恢复的气温记录在1970s以来的增温率(0.5℃/10 a)要明显的高于各拉丹冬地区和北半球, 而1990s以来的增温率(1.1℃/10 a)约为1970s以来的2倍, 表明近期的增温有加速趋势且高海拔区域对全球变暖的响应更为敏感.     

粮食作物产量对气候变暖的响应

玉米、小麦和水稻是主要粮食作物,总收获面积和总产量分别占全球禾谷类作物的79%和90%.气候变暖导致主要粮食作物减产.玉米对气候变暖的敏感性高于小麦,温度升高1℃导致全球玉米减产3%~12%,小麦减产3%~9%;温度升高有利于中、高纬度地区水稻生产,但导致低纬度地区水稻减产.作物产量对气候变暖的响应呈非线性,当温度高于作物生长的适宜温度时,产量对气候变暖的敏感性随温度升高的幅度进一步增强.热带地区作物产量对气候变暖的敏感性高于温带地区;雨养农业区作物产量对气候变暖的敏感性高于灌溉农业区,灌溉可有效降低高温对作物产量的负面影响.大气CO_2浓度升高促进作物生长,CO_2施肥效应能在一定程度上补偿由于气候变暖导致的粮食作物减产.气候变暖导致粮食作物减产以及CO_2浓度升高促进作物生长已有共识,但对气候变暖下CO_2施肥效应的认知存在极大的不足,其主要原因是自然状态下CO_2浓度升高和增温对作物生长的交互作用的实验研究太少.未来研究重点应拓展FACE(free-air CO_2 enrichment)条件下的增温实验,通过不同CO_2浓度梯度下的增温实验,结合其他因子(水分、氮素等)的调控,精细量化不同条件下的CO_2施肥效应,并据此发展和完善作物模型,进而客观评估未来气候变暖情景下CO_2的施肥效应及其对作物减产的补偿作用.     

全球平均温度在21世纪将怎样变化?

采用HadCRUT3全球平均温度距平序列和北太平洋海温年代际涛动(PDO)指数及赤道中东太平洋海温距平序列,探讨了全球温度变化中的长期趋势和多时间尺度周期性波动.研究发现,过去159年(1850～2008年)的增暖速率是每100年0.44℃,其间叠加了1910年前后和1950～1970年前后的两次冷期,以及19世纪70年代、20世纪40年代和1998年以来的3次10年际暖期.器测的全球温度变化中存在准21a和准65a的周期性波动并受百年尺度波动的影响.最近的10年际暖期是这3个周期性波动正位相叠加的结果,形成了器测温度以来的首次叠加现象.3个周期性波动叠加的最大增温是0.26℃,时间发生在2004年.准21a和准65a的周期性波动反映了太阳辐射和海洋变化的影响.根据这一长期趋势和3个周期性波动,能够预测21世纪30年代会出现一个冷期,而在21世纪60年代出现一个暖期.21世纪的最大增暖幅度在0.6℃附近,远小于IPCC报告的预估.     

喀纳斯湖植物残体碳同位素记录的温度波动

喀纳斯湖位于阿尔泰山脉南坡,区域森林植被茂盛,气候相对湿润.目前,阿尔泰山脉南坡的古温度记录主要来自于树轮宽度及短时间序列的树轮同位素,从结果来看,最近100多年来似乎没有表现出明显的增温趋势.在全球大部分地区(尤其是北半球中高纬度地区)普遍增温的情况下,是否这一区域因为某些特殊原因对全球气候变暖没有响应,抑或是该区域的树轮对长期趋势表现不明显?本文基于喀纳斯湖湖滨29 m水深处获得的81 cm岩芯,在陆生植物残体AMS ~(14)C定年的基础上,利用陆生C_3植物残体δ~(13)C序列经过大气CO_2浓度校正,探讨过去近600年区域温度对全球气候变化的响应.本文δ~(13)C序列很好地记录了阿尔泰山脉南坡对气候变暖的响应.19世纪前期以来温度在冷暖波动中持续上升;20世纪是近600年来最暖的一个世纪.这种温度变化特征与俄罗斯阿尔泰地区的冰芯、湖泊沉积物和树轮重建的温度记录以及周边地区的温度记录表现出比较一致的趋势,与北半球中高纬度地区多代用指标集成重建温度也表现出很好的一致性.此外,岩芯顶部的δ~(13)C序列表现出降温的趋势,这与近十几年来北半球许多地区出现的增温停滞现象以及喀纳斯湖邻近气象站的器测资料中表现明显的降温趋势相互印证.     

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.     

青藏高原中东部2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势

分析了根据树木年轮资料重建的青藏高原中东部过去2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势, 发现研究区极端气候事件与全球同步出现, 如中世纪暖期、小冰期和20 世纪增温等. 历史上最大的温度变幅和速率都发生在“东晋事件”(343~425 AD)期间, 而非20 世纪后半期. 过去青藏高原中东部地区温度序列存在显著的1324, 800, 199, 110,2~3 a 的准周期 (P < 0.01), 其中, 1324, 199 和110 a 周期与太阳活动有关. 温度变化在很大程度上受控于太阳活动: 千年尺度周期决定了温度变化趋势长期走向, 百年尺度周期控制了温度变化幅度, 而太阳活动极小期对应冷期出现. 预估结果显示未来这一地区温度将下降, 到2068 AD 前后温度下降到谷底, 2068 AD 后再次升温.     

人类影响气候研究的一个新观点:人口迁移流动的作用

正传统上,人类影响气候的研究主要针对温室气体与气溶胶排放、土地利用等人类活动的特定方面.例如,IPCC第五次评估报告将20世纪50年代以来全球平均地表温度增加主要归因于人类活动的影响;1951~2010年温室气体引起的增温可能为0.5~1.3℃,气溶胶等其他人为强迫的影响可能为-0.6~0.1℃[1].最近几十年,大规模人口从乡村迁移到城市.世界城市人口占总人口的比率由1950年的30%增加到2014年的     

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.     

汉诺坝下地壳-上地幔包体的岩石圈热动力学记录

对汉诺坝含石榴石下地壳-上地幔包体中主要矿物核部至边部的化学组成进行了详细的电子探针分析. 核部至边部的温度-压力变化表明麻粒岩包体记录了增温、增压作用; 核部温度>930℃的地幔包体表现出降温、降压特征, 核部温度<930℃的地幔包体的温度-压力变化不明显. 这些包体记录的最终压力主要为0.9~1.5 GPa. 个别麻粒岩包体向榴辉岩相过渡的岩石学特征可能属于增温、增压过程中麻粒岩向榴辉岩转变的中间产物. 综合已有研究, 我们认为这些包体记录的温度-压力变化反映了它们被玄武岩捕获前经历的一次重要的岩石圈减薄作用及之前的岩石圈加厚作用.     

CMIP5多模式对全球典型干旱半干旱区气候变化的模拟与预估

应用CRU 3.1气温资料和GPCC V6降水数据,系统评估了国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)中17个耦合模式对全球典型干旱半干旱区的长期气候变化的模拟能力,并在此基础上分析了不同典型浓度路径(representative concentration pathways,RCPs)下典型干旱半干旱区未来的气候变化情景.结果表明:大多数模式都能模拟出全球陆地以及典型干旱半干旱区观测气温时空分布特征,特别是近60年来显著增温的空间格局,但增温幅度偏小0.1~0.3℃/50 a;大多数模式难以捕捉到全球陆地观测降水的年际变化特征,模拟的变率和趋势均明显偏弱,不同模式对干旱半干旱区降水的模拟存在较大的时空差异,但总体上还是多模式集成结果更为接近观测值;在人类活动和自然变化的共同影响下,全球及其不同干旱半干旱区未来气温的变化均是以显著增温为主,特别是高端浓度路径(RCP 8.5)下的增温幅度几乎是中低端浓度路径(RCP 4.5)下的2倍;降水的未来变化情景基本上是"干愈干、湿愈湿"的时空特征,也是高端浓度路径下的变化更为明显;而未来中国北方干旱半干旱区很可能是气温上升、降水增加最为显著的地区之一.     

短花针茅(Stipa breviflora)功能性状对水热协同作用的敏感性和适应性

全球变化背景下的温度增加和降水格局变化对植物功能性状影响的研究已有很多,但关于植物功能性状对水热协同变化的敏感性指标及适应阈值研究较少.本研究以荒漠草原典型地带性植物短花针茅为研究对象,通过人工气候箱法模拟研究了其功能性状(生物量特征和形态特征)对温度变化(对照,增温1.5℃,2.0℃,4.0℃,6.0℃)和降水变化(–30%,–15%,对照,+15%,+30%)(以1978~2007年6~8月月均温和月均降水为对照)协同作用的敏感性和适应性.结果表明:(ⅰ)温度和降水变化对短花针茅各功能性状(除地上生物量和叶数)有极显著的交互作用,生物量特征对水热协同作用的敏感程度大于形态特征,其中最敏感指标为地下生物量.(ⅱ)不同降水条件下短花针茅对温度的适应性不同,表现为总生物量与温度的关系不同,即在降水减少30%时,呈线性减少关系;在降水减少15%时,两者无显著关系;在当前降水及降水增加时,呈二次曲线关系.(ⅲ)未来轻度的气候暖干化(降水弱降低而温度小幅增加)可能有利于短花针茅的生长.     

气候增暖对我国近40年植物物候变化的影响

根据现代气象观测资料及中国科学院物候观测网络26个观测站点的物候资料，分析了近40年温度变化对我国木本植物候变化的影响，并建立了不同年代物候期与地理位置之间的关系模式，分析了当前气候增暖背景下物候期地理分布模式对温度变化的响应。结果表明：（1）物候期的提前与推迟对温度的上升与下降的响应是非线性的。20世纪80年代以后，在同等升降温幅度情况下，因降温而导致的物候期推迟幅度较因升温而导致的物候期提前幅度大；因升温而导致的物候期提前日数的变化率随着升温幅度的增大而减小，因降温而导致物候期推迟日数的变化率随着降温幅度的增大而加大。（2）物候期与地理位置的关系模式因气候变化而呈现不稳定特点。随着20世纪80年代以后我国大部分地区的春季增温及秦岭以南广大地区的降温，东北、华北及长江下游等地区的物候期提前，西南东部、长江中游等地区的物候期推迟；同时物候期随纬度变化的幅度减小。     

近百年中国气温变化中的不确定性估计

利用均一化的中国近百年气温观测数据,结合英国East Anglia大学气候研究中心(CRU)的CRUTEM3气温数据集中中国周边国家长序列资料对20世纪前50年资料进行了补充,研制了中国及周边地区近百年逐月5°×5°气温网格数据集,并综合系统考虑了该气温数据集中存在的3类误差(台站误差、抽样误差和偏差误差)导致的不确定性水平,重新构建了近百年全国气温变化序列,并给出了各种不确定性水平,得出了近百年中国气温变化的最新估计.基于上述数据集系统性地对中国近100年地表气温变化趋势进行了重新估计.结果显示:1900～2006年中国气温变化速度为(0.09±0.017)℃/10a;冬季最大,为(0.14±0.021)℃/10a;夏季最小为(0.04±0.017)℃/10a;春季为(0.11±0.021)℃/10a;秋季为(0.07±0.017)℃/10a.近50年(1954～2006年)气温增暖趋势约为(0.26±0.032)℃/10a,近30年(1979～2006年)增暖趋势为(0.45±0.13)℃/10a,气温增暖速率呈明显加剧趋势,值得引起注意.从地理分布上来看,东北、西北和华北地区的增暖幅度最为明显,而西南、华南地区增暖幅度最小,这种变化在近100,50和30年具有较好的一致性.     

基于CMIP5多模式结果评估人类活动对全球典型干旱半干旱区气候变化的影响

基于CMIP5多模式的历史试验(考虑所有驱动因子)以及单因子强迫气候归因试验结果,评估了温室气体、气溶胶、土地利用及所有人类活动对全球典型干旱半干旱区气候变化的影响.结果表明,所有人类活动和温室气体强迫会引起全球陆地显著增温,特别是由温室气体强迫引起的北半球中高纬地区近60年的增温幅度几乎是历史变化的2~3倍,气溶胶的降温效应则对近60年来的全球变暖具有明显的抑制作用,土地利用在大多数干旱半干旱区具有微弱的降温作用.所有人类活动和温室气体强迫会使大多数陆地及干旱半干旱区的降水增加,而气溶胶和土地利用的影响则存在明显的区域差异和不确定性.近60年,中国北方干旱半干旱区的气温和降水变化受人类活动的影响最为显著.基于集合经验模态分解(EEMD)的结果,大多数地区气温和降水的年代际和多年代际变化特征均是所有人类活动综合作用"同步叠加"在自然变化之上的一种结果;其中,气溶胶在大多数地区显著促进温度的多年代际变化,土地利用在澳大利亚地区则起到明显的抑制作用;对降水的多年代际变化而言,气溶胶的贡献相对比较突出,而温室气体和土地利用对全球降水的多年代尺度特征有明显的促进作用.     

Of global change on food production in Shanxi

在全球变化特别是气候变暖的大背景下,极端天气现象增多,对农业生产的影响尤为严重.文章根据山西省20年的降水和粮食总产量的资料,分析了气候变化对山西粮食产量的影响.研究表明,20年来,山西省气候增温和降水下降趋势明显,粮食产量随着降水量的波动而发生变化.因此,为了应对全球变暖,支章提出了提高山西粮食总产量的农业措施.     

利用团簇同位素恢复沉积盆地热历史的探索

海相碳酸盐岩层系由于缺乏有效的古温标,其热历史的恢复一直是困扰地球科学界的难题.碳酸盐团簇同位素(clumped isotope)作为一种新兴的古温标,在碳酸盐岩地层热历史研究中展现出了巨大的潜力.本文选取了塔里木盆地与四川盆地多口钻井受后期成岩作用影响较弱的碳酸盐岩样品进行团簇同位素古温标(Δ47)测试与分析,探讨了不同岩性的深层自然演化碳酸盐岩样品Δ47温度的意义、方解石团簇同位素~(13)C-~(18)O键固态重排规律以及沉积盆地热历史对不同岩性的团簇同位素的影响.塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区碳酸盐Δ47为0.443‰～0.634‰,计算团簇同位素温度为49.9～201.7℃,川中古隆起碳酸盐Δ47为0.423‰～0.537‰,计算团簇同位素温度为105.7～233.5℃.测得的团簇同位素温度远高于可能的成岩温度,表明上述研究区自然样品的碳酸盐团簇同位素受到了后期埋藏升温作用的影响,可能发生了~(13)C-~(18)O键的固态重排.根据塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区团簇同位素温度与钻孔温度关系推测自然样品方解石团簇同位素~(13)C-~(18)O键固态重排的"封闭温度"不高于120℃,热力学"平衡温度"不低于160℃,与国外实验室条件下得到的结果相一致.综合分析认为一阶近似模型能够较为准确地描述盆地热历史对方解石~(13)C-~(18)O键固态重排的影响;而盆地热历史对白云石团簇同位素影响的热演化模型还需要进一步研究.     

人类活动成为全球变暖的主因

2007年2月2日,联合国政府问气候变化专门委员会(IPCC)在经过4天的讨论后,发表了《第四次气候评估报告》梗概.这份长达20页的报告梗概综合了数千份研究成果,是迄今为止对全球变暖问题最权威的科学报告.专家们在报告梗概中指出,经过对全球大气平均温度、海洋平均温度、冰川和积雪融化的观测以及对全球海平面的测量等已证实,全球气候正在变暖.专家们预测说,从现在开始到2100年,全球平均气温的"最可能升高幅度"是1.8℃～40℃,海平面升高幅度是18 cm～59 cm,而造成这一趋势的原因"很可能"即至少有90%的可能是人类活动.