气候变暖及其对我国的社会影响

气温升高是20世纪以来我国气候变化过程中最主要的气候特征.气候变暖的产生取决于自然因素和人为因素,特别是大气温室气体的变化所引起的气候变暖(气温升高).气候变暖导致了降水、水资源的重新分配、生态环境的恶化以及人类生活条件等等一系列的改变.     

东亚季风区植被变化对局地气候的短期影响

利用CCSM(Community Climate System Model)模式3.5版本,研究了东亚季风区森林覆盖度增加对局地气候的短期影响.模拟结果显示森林覆盖度增加后,全年平均气温降低0.93℃,其中夏季降低1.46℃,冬季降低0.40℃,有利于缓解全球变暖在该地区的影响.森林覆盖度增加后,全年平均降水增加,其中4月份降水增加最显著,达到7%.森林覆盖度增加后植被的蒸散作用增加是导致该地区降温的主要原因.夏季比冬季降温明显主要是由于夏季蒸散比冬季大.蒸散增大的同时也导致了大气中水汽含量增加,再加上森林覆盖度增加引起地表粗糙度增加,从而形成气旋式辐合及异常的垂直上升运动,导致降水增加.此外,森林覆盖度增加也使地表反照率降低,造成地表反射短波辐射明显减少.     

中国冬季降水和极端降水对变暖的响应

本文主要研究了中国近50年来冬季(12～2月)降水和极端降水在年代际尺度上对区域尺度增暖的响应. 结果发现, 随着中国区域冬季温度的升高, 中国区域的冬季降水和极端降水均呈现出一致的增加趋势. 而且伴随着气温在20世纪80年代中期的突变, 降水和极端降水也都在同时发生突变. 定量分析结果显示, 中国区域冬季气温每增加1℃, 降水和极端降水的增加百分率分别达到9.7%和22.6%. 该增加幅度, 明显高于全球平均水平, 说明中国区域冬季降水和极端降水对变暖的响应更加敏感, 也进一步凸现了开展降水对增暖的区域响应研究的重要性. 此外, 极端降水的增幅高于非极端降水的增幅, 说明随着全球变暖中国区域冬季降水将更多以极端降水的形式出现, 这可能是近期中国多个地区冬季屡屡出现破纪录降雪事件的一个重要原因.     

山地冰川表面分布式能量-物质平衡模型及其应用

基于“七一”冰川物质平衡、水文气象观测资料, 结合DEM数据, 初步建立了一套时间分辨率达1 h、空间分辨率为15 m的冰川表面分布式能量-物质平衡模型. 模型考虑地形对太阳辐射的遮蔽效应, 引入新的冰川反照率参数化方案, 并发现分布式能量-物质平衡模型对气温垂直递减率、降水梯度、降水固/液态划分指标等参数较敏感. 利用该模型对2007年6月30日20:00~10月10日12:00时段“七一”冰川粒雪线高度变化、物质平衡演变、融水径流状况及其对气候变化的响应等过程进行了模拟研究. 结果表明, 冰川物质平衡高度结构主要受反照率高度结构的影响, 反照率大小直接影响冰川物质平衡水平. 气候敏感性试验表明, 物质平衡对气温变化非常敏感, 它对气温变化的响应呈非线性特征; 而物质平衡对降水量变化敏感性相对较弱, 对降水量变化的响应是线性的. 增温引起的冰川物质亏损量不能靠降低相同气温来得到弥补, 物质平衡变化对气候变暖具有不可逆效应. 气温升高1℃, 即使降水量增加20%, “七一”冰川也会呈现较大的物质亏损状态.     

全球1.5和2℃温升时的气温和降水变化预估

基于新一代全球气候模式比较计划(CMIP5)的结果,评估了全球近地面气温和降水在不同温升时,主要包括1.5和2℃温升时的响应特征.多模式集合平均结果显示,RCP2.6,RCP4.5,RCP6.0和RCP8.5情景下,全球平均气温相对于工业化前升温1.5℃的时间出现在2036,2028,2033和2025年,升温2℃的时间在后3个情景为2049,2056和2039年,而RCP2.6情景在2100年前没有达到2℃温升(尽管有些单个的模式试验可以达到).全球平均气温到达不同温升的时间主要与不同排放路径上达到的辐射强迫和排放浓度有关.不同情景达到1.5℃(2℃)温升时的辐射强迫和CO_2当量浓度值相近,分别为2.9~3.0 W/m~2~(3.7~3.9 W/m~2)以及450.6~454.1 ppm(523.0~539.1 ppm).因此,基于不同组合的排放路径选择决定了温升阈值出现的时间,1.5℃温升目标的实现可能需要开发更低的排放路径组合.利用气候敏感度为指标对不同模式间差异的分析表明,一般而言,瞬时气候响应高(偏暖)的模式到达1.5和2℃温升的时间早,瞬时气候响应低(偏冷)的模式到达的时间晚,但其他因子也可能影响到达某个特定温升的时间.进一步对多模式集合的空间分布的研究显示,在达到同一温升值时,不同情景驱动下的全球气温和降水变化的分布基本不存在差异,说明在全球和区域尺度上,气温和降水的响应特征和高低排放情景的定义(基于2100年的辐射强迫)基本无关.由此对RCP8.5情景下每升温0.5℃的模式结果分析表明,随着排放和辐射强迫的增加,全球气温和降水基本呈现出高纬温度增幅大于低纬、陆地增温大于海洋、湿润的地方降水增多、干旱的地方降水减少等未来气候变暖的普遍特征.气温每增加0.5℃的区域响应特征基本不存在差异.这说明,在全球和区域尺度上,这些变化基本都是线性的.     

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.     

纵向岭谷区地表径流对气候变化的敏感性分析:以长江上游龙川江流域为例

由于受印度洋强势季风系统及当地复杂地形的影响,中国西南纵向岭谷区过去50年的气候变化显现出与中国南方其他地区不同步的变化趋势．为研究西南纵向岭谷区地表径流对气候变化的响应,以龙川江流域为例和研究区1960-2001年气候因子-径流关系为背景,在综合考虑全球环流模型(GCMs)预测结果及区域气候变化历史趋势的基础上,通过建立人工神经网络模型对气温变化-1,0,1,2和3℃以及降水变化0％, 10％和 20％共25个气候情景下的气候变化-地表径流响应关系进行了分析．结果表明,尽管总体上降水与径流呈非线性正相关关系,气温与径流呈负相关关系,但径流的年和季节的具体变化却取决于气温和降水变化的组合．冬春季的地表径流的趋势更多的受气温变化的影响,夏秋季则基本与降水变化的趋势一致(径流响应高于降水变化)．若如GCMs所预测,暖冬和湿润夏季为今后气候变化的趋势的话,岭谷区将面临更加严重的干旱和洪涝灾害．     

中国地区1~3℃变暖的集合预估分析

有关气候变化的生物地球化学影响、关键脆弱性和风险性评估研究表明, 如果年平均地表气温在现有的水平上继续升高1℃, 2℃和3℃, 那么由于人类活动而引发的全球气候变化将会对极端天气和气候事件、粮食产量、淡水资源、生物多样性、人口死亡率等产生不同程度的重要影响. 为此, 基于17个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1, A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟结果, 通过多模式集合方法评估了以上3个变暖值在中国的时空分布特征. 结果表明: 中国年平均地表气温的上升速度存在着很大的地域差别, 低(高)排放情景下各变暖值出现的时间相对较晚(早), 低(高)变暖值的发生时间在各排放情景之间差别相对较小(大); 就地域分布而言, 各变暖值在中国北方和青藏高原地区出现的时间要明显早于江淮流域及其以南地区.     

塔里木河流域近50年气候变化及其水文过程响应

研究了塔里木河流域近50年的气候变化及其水文过程的响应．借助非参数统计检验技术,发现气温和降水时间序列都呈现单调递增趋势,并且以1986年为跃点出现了明显的台阶式跳跃．通过三源流来水不断递增和干流来水不断递减的趋势对比分析,发现下游河道的断流和植被退化是由于人类活动而不是气候变化造成的．灰色关联分析阐述了不同纬度分布的河流其径流与气温和降水之间的关系,结果表明越靠北分布的河流其径流与冬季存储的固体降水关系越大,而越靠南分布的河流其径流与夏季气温联系越紧密．敏感性分析表明源流区径流对降水变化的响应非常明显,而干流区径流对蒸发响应敏锐,并且气温升高引起的蒸发增强效应在一定程度上削弱了降水增加带来的径流增多效应．     

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.     

全球气候变暖的背景

全球气候变暖是指全球气温升高。近100多年来,全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动,总的来说为上升趋势。进入20世纪80年代后,全球气温明显上升。     

华北干旱化趋势及转折性变化与太平洋年代际振荡的关系

基于月降水和月平均气温资料, 通过计算地表湿润指数分析了中国华北地区1951~2005年干湿变化的年代际趋势特征及其与太平洋年代际振荡指数(PDOI)的关系. 结果表明: 华北地区气候及环境干湿变化存在显著的年代际趋势和突变特征, 20世纪70年代中后期至今处于一个暖而降水少的干旱时段; 近55 a经历了一个由湿向干转换的过程, 其中转折点发生在20世纪70年代中后期, 这应与全球大尺度气候背景的转折性变化有关. 相关分析表明: 在年代际尺度上, 四季和年的PDOI与气温、降水和区域平均地表湿润指数均有显著的相关关系. 这种相关关系表现为正的PDOI位相(PDO暖位相)对应华北地区高温、少雨和干旱时段, 而负的PDOI位相(PDO冷位相)对应低温、多雨和湿润的时段, 不同位相的持续时间在25 a以上, 与降水和气温年代际趋势密切相关的北太平洋海温的年代际变化是该地区年代际干湿趋势形成的可能原因之一.     

外强迫因子对20世纪全球变暖的综合影响

利用LASG格点大气环流模式GAMIL1.1.0(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG, Version 1.1.0), 按照国际CLIVAR计划设计的“20世纪气候模拟”试验方案, 模拟研究了包括观测海温、自然驱动和人类活动在内的各种外强迫因子对20世纪全球变暖的综合影响, 发现上述外强迫因子在年际、年代际尺度上, 对地表气温的演变起重要作用, 20世纪30年代和自70年代开始的增暖, 均是由外强迫所致. 在除欧亚和北美大陆的部分区域外, 外强迫对两次变暖期间的区域温度变化也有重要影响. 大气内部噪音的影响, 在变冷期比变暖期要强.     

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.     

中国冬季气候可预测性的跨季度集合数值预测研究

利用中国科学院大气物理研究所全球格点九层大气模式(IAP9L-AGCM), 从1969~1998每年秋季出发对冬季气候可预测性进行了系统性跨季度集合回报试验研究, 探讨了中国冬季季节平均气候异常的可预测性问题. 结果发现, 模式对冬季可预测能力在低纬大于高纬, 且在海洋上通常大于陆地, 后者以气温尤为明显; 对流层位势高度场的可预测区域随高度增加纬向分布变化不大, 但带状分布减弱, 日界线附近可预测程度明显降低. 分析的大气要素场中, 表面气温和位势高度场的可预测性最大, 降水的相对最小. 尤其是在LaNiña事件中, 中国乃至东亚地区冬季气候的可预测程度明显受ENSO信号的影响. 通过比较回报与实测表面气温的年际变化, 发现模式对我国东北及南方地区的冬季气温变化趋势有一定的预测能力.     

典型半干旱区干旱胁迫作用对春小麦蒸散及其作物系数的影响特征

蒸散量量是地表水分循循环的重要分量量,与农业和生态系统的水水分需求密切相相关,是水资源规规划和管理必须考虑的重要要因素之一.虽虽然对湿润区作作物蒸散计算模型研究已经经相对比较成熟熟,但但由于干旱和半干旱区作物物蒸散量受干旱旱胁迫的显著著影响,以往建建立的湿润区作作物蒸散模型和作作物系数并不适用对其作物物蒸散量的估算算,而目前对这一问题的研研究却十分有限限.利用位于黄土土高原典型半干旱区的"定西西干旱生态环环境综合科学试试验站"春小麦麦农田的蒸渗仪仪、蒸发皿、超声声涡动仪的观测资料及常规规气象观测资料料相结合,分析了该地区实际蒸散量与F AO推荐作物系数数估算的蒸散量之间的差异异性及其随干旱旱胁迫度的变化关系.研究究了该地区春小小麦参考蒸散量与与蒸发皿蒸发量比值和实际际蒸散量与蒸发发皿蒸发量比值随干旱胁迫迫度的变化特征征及春小麦作物系系数对干旱胁迫度的响应规规律,并对FA O推荐值的作作物系数进行了改进.分析发现,由于半干旱旱区作物蒸散受干旱胁迫影影响较大,FAO推荐作物系数数估算的蒸散散量与实际蒸散散量相差很显著著,实实际作物系数对干旱胁迫度度的依赖很强,,随干旱胁迫度增加显著减减少,但其敏感感性在干旱胁迫度度约达到0.7后明显降低.而且,改进的作物系数在作作物生长初期和和发育期远远低低于FAO的推荐荐值和Kumar修正值,改进进的作物系数估估算的春小麦蒸散量也明显显比后两者估算算的更接近实际观观测值,与观测测值线性拟合的系数为0.98,决定系数能能够达到0.455,标准误差也也仅为0.85 mm m,对对半干旱地区春小麦蒸散量量的估算效果比比较理想.     

全球变暖背景下中国夏季表面气温与土壤湿度的年代际共变率

利用1961～2004年中国160站地面观测气温和降水月资料, 计算了自校正Palmer干旱指数 (PDSI)作为土壤湿度的代用资料. 首先使用中国40个站点的土壤湿度数据对PDSI进行可靠性验证, 结果表明自校正PDSI可以很好地表示土壤湿度的变化. 在此基础上, 分析了夏季土壤湿度和表面气温的变化趋势及两者的共变率. 分析结果显示, 在中国许多地区, 表面气温和土壤湿度之间存在着显著的年代际气候共变率和强的反馈作用, 这一年代际气候共变率与气候变暖紧密联系. 中国西北的东部, 华北和东北的夏季气候存在显著的由冷湿向暖干发展的年代际变化. 而在中国东南地区和西北西部, 气候发生了显著的由暖干向冷湿转变的年代际现象. 在过去20~30 a, 全球陆地的大部分地区都观测到显著的变暖, 而中国东南地区和西北西部则出现向冷湿发展的年代际变化, 这可能是需要在科学上引起特别关注的气候现象. 对于观测到的气候年代际共变率, 表面气温和土壤湿度的相互反馈作用起着一定的作用. 利用Palmer干旱模型研究发现表面气温的异常对土壤湿度具有显著的影响, 从而亦影响到表面气温和土壤湿度的年代际共变率. 在伴随着人类影响的全球变暖过程中, 中国气候出现年代际干旱或洪涝的可能性也相应增加, 本研究结果为此观点提供了真实的观测证据.     

RegCM4.0对一个全球模式20世纪气候变化试验的中国区域降尺度:温室气体和自然变率的贡献

近几十年来,中国区域气候经历了以变暖和东部降水呈现"南涝北旱"分布特征为主的变化.这里基于一个区域气候模式(Reg CM4.0)历史模拟和归因试验的对比,探讨了温室气体排放和自然变率分别对上述特征形成及各大水文流域气候变化成因的可能贡献.试验中Reg CM4.0的分辨率取为50 km,积分时间为1961~2005年,两个试验的驱动场分别来自于BCC_CSM1.1全球气候模式的历史试验和归因试验结果.分析结果表明,1961~2005年观测中出现的气候变暖现象,在所有流域均主要是由于人为温室气体排放引起的,在大部分流域自然变率亦有所贡献,中国区域平均的变暖中,人为温室气体排放所产生的作用达到80%.中国东部降水的"南涝北旱"分布变化,则可能主要是自然变率起了主导作用,人为温室气体排放在一定程度上减弱了这种变化的强度;中国西北地区的降水增加,可能主要源于人为温室气体排放的贡献,自然变率的作用与其相反,是导致降水减少的.同时指出,分析结果中关于气温的结论相对可靠性较高,降水的结论尚存在较大不确定性,未来需开展进一步的深入研究.     

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.     

青藏高原气候变暖是温室气体排放加剧结果的新证据

过去数十年间青藏高原气候变暖已经被许多研究所证实, 但迄今为止还缺少能将其与人类活动联系在一起的证据. 通过对历史观测资料的分析, 本文发现高原气候变暖的同时伴随有显著的气温日较差的减小. 另外, 欧洲中期数值预报中心的高空再分析资料还表明高原上空对流层顶附近也有明显的气温上升趋势, 而平流层低层则是变冷的趋势. 这些特征在两个参与国际间气候变化委员会第四次气候变化评估的耦合气候模式的20世纪CO₂浓度情景试验中成功再现, 而两个模式的工业化前情景试验中都没有这样的特征. 这意味着最近数十年青藏高原的气候变暖很可能主要是由与人类活动有关的温室气体排放加剧所引起, 并且温室气体排放加剧对青藏高原气候变化的影响可能比全球其他地区更显著.