德令哈地区树轮宽度指数与草地植被指数的关系

利用德令哈地区五条祁连圆柏树轮宽度指数序列和1982~2001年逐月NOAA/AVHRR的标准化植被指数(NDVI)数据及气候数据, 在分析树轮指数及草地NDVI与气候因子关系的基础上, 探讨了祁连圆柏树轮宽度指数序列与草地NDVI之间的关系. 结果表明, 德令哈地区树轮宽度指数及草地NDVI深受6月份的水热状况, 尤其是降水的影响, DLH1~DLH5五条序列与草地6~9各月NDVI有显著的相关关系, 其中与8月份的NDVI相关性最强. 五条序列的第一主成分(PC1)与草地生长季各月NDVI值及生长季NDVI均值间存在显著的线性关系, 祁连圆柏树轮指数和草地NDVI变化的一致性体现了德令哈地区不同类型植被对水分胁迫的一致响应. 树轮指数与草地NDVI间的显著相关性为研究该地区草地过去的动态变化提供了基础, 本研究利用PC1重建了德令哈地区草地8月份NDVI的千年变化.     

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.     

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.     

RegCM3对中国21世纪极端气候事件变化的高分辨率模拟

基于RegCM3区域气候模式对21世纪气候变化的连续模拟,在对当代模拟能力检验的基础上,对中国区域未来极端气候事件的变化进行了分析.模拟中RegCM3所使用的水平分辨率为25km,初始和侧边界场由MIROC3.2_hires全球模式结果提供,积分时间为1951～2100年.所使用的极端气候事件指数包括SU(夏季日数)、FD(霜冻日数)、GSL(生长季长度)3个温度指数和SDII(日降水强度)、R10(日降水量≥10mm日数)、CDD(连续干旱日数)3个降水指数.结果表明,模式在可较好地再现中国地区当代地面气温和降水空间分布及数值的同时,对各项极端气候事件指数也有较好的模拟能力.未来随着中国区域的明显升温和降水变化,暖事件指数SU和GSL都将增加,冷事件指数FD则将普遍减弱;以SDII和R10反映的强降水事件指数也基本呈增加趋势,其中R10指数在东北大部和青藏高原中部减弱,其他除长江中下游部分地区外普遍加强,而CDD则在北方明显缩短,在青藏高原和四川盆地到中国南部增加.从区域平均各指数的21世纪变化看,除CDD变化不大外,其余指数变化均表现出随时间增大的趋势.     

新生代青藏高原生长对东亚水循环及生态系统的影响

新生代青藏高原生长和全球温度变化驱动东亚气候和生态系统发生了剧烈变化.本文综述了前人的相关研究成果,基于前期的数值模拟工作,进一步探讨了青藏高原地形地貌演变对东亚水循环及生态系统的影响.目前,关于青藏高原新生代以来地形地貌的演化还存在争议,但近年来不同学科的证据一致认为,青藏高原生长过程具有区域差异性.最新的古气候数值模拟表明,青藏高原北部抬升显著改变了亚洲气候系统,促使东亚降水显著增加,尤其是中国南方冬季降水增加更为明显,地表径流也相应增加,对东亚水系格局产生了重要影响;土壤含水量也随之增加,冬季深层土壤含水量增加尤为显著,导致中国东部植被从干旱、半干旱转变为湿润、半湿润植被类型,造就了现今东亚植被和生物多样性格局.目前,关于青藏高原生长对东亚降水的影响,科学界已有深入认识,但是还有若干关键问题亟待解决,包括:对青藏高原地形地貌演化的进一步限定、对气候转型期高精度的古气候数值模拟,以及进一步解析新生代东亚水循环和生态系统的耦合关系.理解这些关键问题对预测未来全球气候急剧变化背景下的生态系统响应及其演变趋势具有重要的参考意义.     

天山云杉树轮宽度对梯度水分因子的响应

长时间序列的树木年轮在空间尺度上的比较可以更好地反映自然条件下环境变化对树木生长的影响, 对于认识未来全球气候变化对森林生态系统产生的影响具有重要意义. 为了研究梯度气象因子条件下树木生长与环境条件的对应关系, 选取天山山脉中国境内自西向东沿降水逐渐减少的3个地区的天山云杉树木年轮样本, 利用COFECHA程序交叉定年, 运用ARSTAN程序建立了3个地区的树轮差值年表, 并用PRECON程序进行响应函数分析, 探讨了树木生长与降水、温度两个气候因子之间的关系. 结果表明: (ⅰ) 3个样地差值年表各项统计量均有很高的值, 并且从西到东, 依次增大, 年表中含有较大的信息量; (ⅱ) 3个地区年表的年轮指数变化各不相同, 但总体均呈增加趋势, 其中昭苏与小渠子及小渠子与伊吾的年表显著相关; (ⅲ) 3个地区树木生长受降水与温度的综合影响, 但仍以降水为主(从西部到东部随着水分的递减, 树木生长与温度的响应由正相关变为负相关, 对降水的响应以正相关为主). 为此, 在全球气候变化条件下, 随着降水的减少和温度的升高, 天山云杉的生长将减少, 但降水对生长的影响仍然最大. 这一结论为研究未来气候变化对天山云杉林生长的影响提供了依据.     

北半球中纬度3个典型区域末次冰期以来土壤有机质稳定碳同位素变化的差异及其原因分析

针对北半球中纬度地区3个典型区域末次冰期以来土壤有机碳同位素记录之间存在的差异, 收集了相关的气候数据并结合前人现代过程研究的结果进行了有关的分析. 得到的认识表明: 温度, 特别是生长季节的高温对C₄植物生长具有明显的影响. 年均温和生长季节温度低至一定程度后, C₄植物的生长受限. 即使温度足够高, 生长季节异常干旱也不适于C₄植物生长. 当温度条件满足以后, C₄植物适应的降水范围较宽, 而当降水增加到适合乔木生长时, C₄植物比例将下降. 古植被记录与现代植被研究结果是一致的, 欧洲黄土记录的该区域末次冰期以来植被为纯C₃植物主要是由当地的低温造成的, 而中国黄土和美国中部大平原及其临近区域记录的晚更新世向全新世转化过程中的C₄植物比例上升可能主要反应了温度上升的影响.     

北京及周边城市气溶胶污染对城市降水的影响

利用中尺度可分辨云模式(Weather Research and Forecasting,WRF)研究了北京及周边城市气溶胶污染对城市降水的影响.结果表明:2011年8月14日北京地区一次强降水过程中,城市气溶胶污染对区域平均降水量均有一定的增加作用,城市轻度污染型区域平均降水量增加39.42%,城市污染型降水增加15.63%,城市重度污染型降水增加12.28%.城市污染背景下,区域平均降水量随气溶胶浓度增加而逐渐减小,城市污染型相对于城市轻度污染型区域平均降水量减少约17%.这主要是由于城市污染气溶胶增多使得云凝结核(CCN)增多,云滴数浓度增加,云滴有效半径减小,零度层以下云滴碰并效率降低,抑制云水向雨水的转化,雨滴数浓度减少,雨滴蒸发过程减弱,不利于零度层以下强下沉气流的发展和维持,地面冷池和最大风速减弱,低层辐合抬升减弱,不利于水汽垂直输送和降水的转化,地面降水减小.城市污染气溶胶通过云微物理过程影响热力场和动力场影响地面降水过程.     

中国东北玉米农田生态系统非生长季土壤呼吸作用及其对环境因子的响应

对2004～2007年连续3a玉米农田生态系统非生长季(10月16日～翌年4月30日)的涡度相关系统测量数据分析表明,玉米农田生态系统非生长季的日土壤呼吸值为1.08～4.08gCO2·m-2,日最低值均出现在11月下旬.整个非生长季平均土壤呼吸值为(456.06±20.01)gCO2·m-2,占生长季净生态系统生产力的11%,土壤呼吸月平均最低值主要出现在1,2月份.非生长季日土壤呼吸的季节变化均呈非生长期起始期和终止期高、中间期低的变化态势.当10cm土壤温度高于0℃时,土壤呼吸与土壤温度呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为38%～70%;当10cm土壤体积含水量大于0.1m3·m-3时,土壤呼吸与土壤体积含水量呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为18%～60%.选取土壤温度高于0℃时的观测资料,耦合土壤温度和土壤含水量可得到更好的土壤呼吸模拟模型,解释率达53%～79%,土壤呼吸模拟值与观测值的回归估计标准误差为2.7%～11.8%.非生长季土壤呼吸是生长季土壤呼吸的22.4%,在东北地区玉米农田生态系统碳收支评估中具有重要作用.     

区域环境集成系统模式以及对我国夏季季风的模拟研究

重点介绍了中国科学院区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式RIEMS 2.0, 以及利用该模式对东亚地区进行了1979年1月到2000年12月的长期积分试验, 重点考察了区域气候模式对东亚地区的夏季季风的模拟能力. 结果表明: (1) RIEMS 2.0模式能够较好地模拟出夏季表面大气温度的空间分布以及不同区域温度的年变化; 同时模式模拟季平均和月表面大气温度与观测之间偏差大约一般在1~2℃. (2) 对于降水来说, RIEMS 2.0模式能够较好地模拟夏季降水的空间分布特征以及东亚地区雨带季节性演变, 同时RIEMS 2.0模式模拟的雨带演变较RIEMS 1.0更加接近观测. (3) RIEMS 2.0模式能够模拟出大尺度环流背景场. 该研究表明区域环境集成系统模式能够较好地应用于我国区域夏季季风气候模拟研究工作.     

青藏高原21世纪气候和环境变化预估研究进展

本文回顾了21世纪青藏高原区域多种气候和环境要素变化预估研究的进展,包括气温、降水、极端天气气候事件、冻土、积雪、冰川、径流和植被等,预估结果主要来自于SRES和RCP情景下气候模式的预估以及物理统计模型的预估.结果表明,未来青藏高原地面气温将升高,21世纪后期增温更显著.总体来说21世纪高原降水以增加为主,极端天气气候事件增加.高原未来冻土面积缩小,冻土活动层厚度增加,积雪日数和积雪深度减少,冰川将以退缩为主.径流的未来变化较复杂,不同流域之间的差异较大,径流在不同流域表现为增加和减少并存.青藏高原植被对气候变化的响应敏感而脆弱,21世纪中后期青藏高原的生长季长度增加,常绿林/森林出现在高原东部和南部,灌丛植被类型将会扩展并入侵高寒草原.根据已有的研究结果,本文对这些气候与环境要素在21世纪中期(2030~2050年)和后期(2080~2100年)的变化进行了综合集成,给出了它们在21世纪中期和后期的可能变化范围.     

CMIP5模式对21世纪末中国极端降水事件变化的预估

利用CMIP5耦合模式结果对RCP4.5和RCP8.5情景下的中国降水和东亚大气环流未来演变特征进行了预估研究.结果表明,到了21世纪末,中国年降水量将显著增加.其中,中雨、大雨和暴雨发生频次都明显增加,强度增强,而毛毛雨发生频次在全国范围内明显减少.中国西北地区年降水量的增加主要是由于小雨增加的结果;东北和华北地区中雨的增加对年降水量增加的贡献最大;南方地区年降水量的增加主要是由于大雨和暴雨显著增加的结果,而小雨表现为负贡献.对东亚地区大气环流变化的分析表明,在全球变暖背景下,东亚夏季风环流在增强,而且大气层结不稳定性也在增加,这些都为中国降水和极端降水事件的增加提供有利背景条件.     

树木年轮记录的青海乌兰地区近千年温度变化

过去1000 a气候变化历史是评价当今气候变暖的重要背景资料. 作为全球变化的敏感地区, 青藏高原过去千年高分辨率气候变化重建还很少. 对采集于青海省乌兰地区祁连圆柏林上限的树轮样本进行了气候响应分析, 揭示了上限祁连圆柏生长主要受温度变化限制, 即与上年9, 11月和当年2, 7月的平均温度相关显著(P<0.05), 而与降水量之间不存在显著的相关关系. 基于以上分析, 重建了过去1000 a来上年9月至当年4月平均温度的变化, 转换方程的方差解释量为40.8%. 重建结果显示, 20世纪是过去千年中最暖的百年, 20世纪90年代是最暖的10 a. 重建与邻近地区的树轮、湖泊沉积记录的温度变化具有较好的一致性, 表明该重建是可靠的. 与北半球千年温度变化对比表明, 中世纪暖期时该地区的气候变化存在明显的区域特殊性, 最近400 a来, 该地区对北半球气候变化有较好的响应.     

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.     

内蒙古锡林浩特白音敖包1838年以来树轮降水记录

相关函数分析表明, 生长季当年4 ~ 7月上旬的降水总量对内蒙古锡林浩特白音敖包地区的红皮云杉(Picea Koraiensis)宽度的形成具有显著的制约作用, 在此基础上, 设计转换方程, 对这一地区过去160余年以来4 ~ 7月上旬的降水总量进行模拟重建, 重建序列的解释方差达到49.3%(调整自由度后为45.7%, N = 31, r = 0.702, F=13.608, p < 0.0001). 重建序列表现出3个降水较多时期: 1869~1875, 1886 ~ 1921和1943 ~ 1968年; 4个降水较少时期: 1851~1868, 1876~1885, 1922~1943和1969~1999年. 降水较多的1886~1921和1943~1968年以及降水较少的1922~1943年时期与祁连山地区的湿期和干期几乎同时出现, 而1922~1943年的干期和1943~1968年的湿期, 与我国西北、华北和长江流域20世纪20年代的升温少雨和40年代以后的降温多雨非常吻合. 计算表明, 重建序列与旱涝等级序列显著相关(r = -0.234, p < 0.007, N ₁ = 143). 子波分析表明, 1838 ~ 1920年期间, 白音敖包地区4 ~ 7月上旬的降水主要存在22年的周期, 1920 ~ 1952年主要表现为11年的周期. 1953年之后, 周期成分比较复杂, 未检测到信度达95%的周期成分. 1920年代该地区4~7月上旬降水由多向少出现快速转变, 1950年代以后降水持续减少. 20世纪90年代后期, 降水增加的趋势十分明显.     

不同降水强度4种草地群落土壤呼吸通量变化特征

利用静态暗箱法, 对内蒙古锡林河流域沿降水梯度4种半干旱草地类型进行了连续2年的野外定位试验, 对比研究了沿降水梯度4种不同草地类型土壤呼吸通量的变化特征, 统计分析了水热因子对草地土壤呼吸通量特征的可能影响, 并建立了土壤呼吸通量与水热因子间的数值关系模式, 同时利用野外连续完整的观测数据对不同草地类型土壤CO₂年排放量分别进行了估算. 结果表明: 土壤呼吸通量存在明显的季节变化规律, 沿降水梯度各草地类型土壤呼吸通量的季节变化型式基本相同, 各草地群落土壤呼吸均以春末和夏季较高, 秋冬季排放量较低, 不同草地类型冬季均观测到土壤呼吸的负通量, 对其机制的进一步研究有利于对土壤年呼吸总量的准确估算; 沿降水梯度4种草地类型土壤年(或生长季)呼吸量均沿降水梯度递减, 表现为贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原; 不同草地类型土壤呼吸通量在植物生长季与0~10 cm以及10~20 cm土壤含水量均呈不同程度的正相关, 而与气温和表层土壤温度的相关性较弱, 4种草地类型生长季内土壤表层含水量的变化通常能解释土壤呼吸通量变异的70.2%~94.7%, 而在植物非生长季, 土壤呼吸通量更多地受气温及土壤表层地温的限制, 温度条件的变化能解释土壤呼吸通量变化的70%以上.     

退耕还林还草工程加剧黄土高原退耕区蒸散发

黄土高原退耕还林(草)工程显著影响着区域植被生长及水文循环过程,对陆地蒸散发(ET)年际变化有着很大影响.本文基于全球通量估算和模型模拟蒸散发产品、格点气候数据及遥感植被特征参量数据,利用趋势分析、逐步回归分析及广义线性模型等方法,研究了退耕还林(草)工程实施前后黄土高原退耕区ET的时空变化特征.研究结果表明:(1)与退耕前相比较,退耕区在退耕还林(草)后ET的升高趋势明显,但其变率存在较大的空间差异,其中,以年降水量在400～600mm区域内变化趋势最大;(2)相较于生长季平均温度和生长季总降水量,退耕区土壤含水量及植被NDVI是ET变化的主要影响因子;(3)退耕后ET变化趋势增大更多地归因于退耕区植被生长的加速,并且退耕后土壤含水量对ET贡献较退耕前降低,而NDVI的贡献度增加.本研究针对黄土高原退耕区在退耕还林(草)工程前后ET的变化趋势进行的探究,为工程实施对该区域水文过程的影响评估提供了科学依据.     

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.     

新世纪以来青藏高原绿度变化及动因

青藏高原作为中国乃至亚洲生态安全屏障的重要载体,其生态系统变化已成为公众和学者关注的焦点问题之一。基于前人的研究结果,并结合相关数据分析,从气候变化和人类活动视角阐释了2000—2013年青藏高原植被绿度变化的时空过程及其原因。结果表明:2000—2013年青藏高原生长季植被覆盖度总体增加3%~5%,或称变绿了,但局部地区植被覆盖度出现下降。约98.34万km~2的区域植被覆盖度呈现增加趋势,其中显著增加的地区面积为16.85万km~2,主要分布在高原中东部;约5.73万km~2的地区覆盖度呈现下降趋势,其中0.18万km~2的地区显著下降,主要位于西藏中西部。气候暖湿化和生态建设是高原植被绿度增加的主要因素,但局部区域人类活动强度增加和气候暖干化导致的高寒植被退化也不容忽视。     

石羊河流域早全新世湖泊孢粉记录及其环境意义

三角城剖面全新世地层中85个样（分辨率为40－50年）孢粉分析显示：孢粉组合中针叶树含量高达50％以上,以云杉属、圆柏属为主,两者之和达40％－60％左右,且含量互为消长。同流域其他湖相地层也有类似现象。通过对云杉属、圆柏属生态习性、传播性能、与其他组分的数量关系及表土花粉分析,认为孢粉组合中的云杉属、圆柏属等主要成分并不指示当地的植被状况,而指示流域上游祁连山山上的植被状况;云杉属和圆柏属含量与区域有效湿度关系密切,云杉属丰值指示湿润,圆柏属丰值指示干旱。并用该模式重建了石羊河流域全新世早期的环境演化过程。