是谁打开了北纬40°的“天气盲盒”

正前一段时间,全球极端天气气候事件频发,欧洲部分地区洪水肆虐;加拿大、美国出现持续高温天气,干旱情况日趋严重;美国西岸、东岸呈现干湿两重天,东边"水深"西边"火热";日本遭遇史上最早超强梅雨;中国华北、黄淮地区极端暴雨频发……将这些极端事件的发生区域"连线"可以发现,它们主要集中在北纬40°附近的中高纬度地区。那么,是什么触发了北纬40°的气候异常,让周边国家打开了极端天气预警的"开关"?这些极端天气气候事件之间是否存在类似蝴蝶效应?背后的主导因素能否归咎于全球气候变暖?     

全球变暖与中国极端气候事件变化

极端天气气候事件(以下简称极端气候事件),是指一个地点或地区发生概率较小的天气气候现象,又称异常天气气候事件.极端气候事件往往可以造成很大的危害.其中,高温(热浪)、低温(寒潮)、暴雨洪涝、少雨干旱、台风和沙尘暴等常能造成严重的自然灾害,引起人员伤亡和经济损失.     

中国东部1960~2008年夏季极端温度与极端降水的变化及其环流背景

中国东部极端气候事件及其变化与东亚夏季风和相应的环流密切相关.本文使用奇异值分解方法研究了中国近50年极端温度与极端降水事件频率的关系.1980~1996年,主要的分布型为中国东部的北侧地区极端高温日数较少而极端降水日数较多,其南侧地区极端高温日数较多对应极端降水日数较少;这种空间分布自1997年起呈反向变化,即较少的极端高温日数和较多的极端降水日数发生在长江以南地区,以北地区相反.通过分析1997年前后两个时间段的大气环流的年代际差异,可以得出我国东部北侧/南侧的中层异常高/低压,高层异常东/西风,减弱的东亚夏季风及位于30°N,110°E对流层高层的冷中心都有利于极端高温与降水事件频率的这种协同变化.     

全球变暖和极端气候事件之我见

 笔者认为当今的全球变暖可能是一种百年尺度的气候变化,其中包含若干个“年-10年”尺度的次一级的冷暖波动,去冬的严寒低温可能是年尺度的波动,它不大可能改变百年尺度的全球变暖趋势。近些年中国出现了一些罕见的高温、干旱、暴雨强降水事件,出现了一些新的气候极端值,但却不宜简单地将每个事件都直接归因于全球变暖。最近50多年中国温度变化与全球迅速变暖势相趋同;降水和干旱变化有明显的区域差异;登陆台风数量和强沙尘暴的发生均呈现下降趋势,观测表明未出现随全球变暖越来越多、越来越强的变化趋势。同时,经济发展对气候变化的敏感性的提高是气候灾害损失增多的重要原因。最后笔者指出,面对气候变化,避害和趋利两方面都需要考虑。     

370 ka以来灵台黄土剖面元素碳记录及其对气候环境变化的响应

通过测定灵台黄土剖面370 ka来黄土-古土壤样的元素碳含量, 结合相关孢粉资料及古气候替代性指标, 讨论了该地区天然火的历史及其与气候、植被的关系. 灵台剖面元素碳含量谷值和峰值出现时的气候状况及变化特征, 表明气候不稳定的过渡时期, 特别是湿润转向干旱的时期容易发生大火. 各层黄土-古土壤元素碳含量变化规律为: 冰期低、间冰期高, 反映区域(或全球)生物量变化. 元素碳含量在130 kaBP前后呈阶段性增加趋势, 表明植被类型、气候格局发生了变化, CO₂浓度阶段性增加可能是其中原因之一. 元素碳含量总体上随时间呈上升的趋势, 可能反映了干旱化趋势的加剧. 全新世元素碳含量出现最大峰值, 反映了距今约六千年的气候突变事件, 以及人类活动导致火灾更为频繁的发生.     

1951~2004年中国北方干旱化的基本事实

利用月降水及月平均气温资料, 计算了中国区域地表湿润指数、Palmer干旱指数和反演的土壤湿度, 通过对上述3个指标及降水变化特征的对比分析, 揭示了中国北方近54年干湿变化的时空结构, 特别是对北方干旱化事实的分析. 结果指出: (1) 20世纪80年代以来, 西北东部和华北以干旱化趋势为主要特征, 这种干旱化的趋势在近15年不断加剧, 降水减少和气温升高是其产生的主要原因; (2) 在54年间, 西北东部和华北在年代际尺度上仅发生一次干湿转换, 转折点出现在20世纪70年代的末期, 这与1977/1978全球气候背景的转折性变化有关. 而东北地区却有3个转折点, 最近的一个产生在20世纪90年代中期, 另两个分别发生在1965和1983年; (3) 与北方其他地区的变化趋势相反, 西北西部当前正处在一个相对湿的时段, 但温度的升高削弱了这种变湿趋势; (4) 20世纪80年代以后, 西北东部、华北和东北地区的极端干旱发生的频率明显增加, 这与这些地区降水减少和气温升高密切相关.     

青藏高原极端天气气候变化及其环境效应*

 青藏高原气候变化敏感性强、幅度大,而极端天气气候变化是高原生态、环境变化的重要驱动因素。过去几十年高原气温增暖幅度明显大于全国平均值,高原绝大部分地区极端高温事件频次显著上升、极端低温事件频次显著下降,并伴随有风速和地表感热加热等气候要素的显著变化。高原极端天气气候事件以及相应的地表和大气热源变化会对高原周边区域天气气候产生重要影响。高原冬春季积雪、春季感热强度以及夏季高原低涡东移发展是东亚夏季风异常和旱涝灾害预报的重要指标,可影响到其下游地区的大气环流和中国东部的天气气候异常。为构建稳固的青藏高原生态屏障,深化对高原极端天气气候环境事件及其对周边区域气候变化影响的研究,建议国家加强高原上对流层-下平流层水汽和微量成分输送过程与机制的研究,加强高原湿地及其对周边区域气候环境变化的影响研究,以及加大投入灾害卫星监测和灾害预警系统的能力建设。     

长江三角洲城市集群化发展对极端高温事件空间格局的影响

全球变暖和城市集群化的叠加效应,导致长江三角洲城市群极端高温事件趋多增强,给城市安全运行带来风险.基于长序列气象观测资料和卫星遥感数据,采用逐日百分位数法确定极端高温事件,结合Chow检验、线性倾向原理和空间相似性分析,研究了城市集群化发展对极端高温事件空间格局的影响.结果表明:2003~2013年是长江三角洲城市集群化发展时期,城市群规模的年增长率高达1206.48 km~2/a,2013年城市群热岛规模比2003年增加了18154.0 km~2,极端高温事件出现异常的区域与城市群快速发展区一致.特别是上海片区城市规模已超过极端高温事件气候平均态空间梯度≥1℃的最小距离,区域性热岛空间跨度超过100 km,导致高温强度比气候平均态高2.6~2.8℃,高温日数偏多30~40 d.极端高温事件异常与气象站Voronoi图单元内城市规模呈显著正相关,在高温异常年2007,2010和2013年的相关系数超过0.65.不同规模城市对极端高温事件空间格局的影响差异明显,以规模为492.8~932.6 km~2的城市影响最大.虽然西太平洋副热带高压主导着城市群极端高温事件的年代际波动,但2003~2013年城市集群化发展已经改变了长江三角洲极端高温事件空间格局.以上研究结果可为正处在起步阶段的城市群发展规划提供参考.     

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.     

西藏吉隆盆地的植被生态类型及其在哺乳动物牙齿釉质稳定碳同位素组成上的响应

通过对西藏吉隆盆地现代草本植物的碳同位素分析, 表明在海拔4000 m的区域以C₃植物占绝对优势, 但仍然有极少量的C₄植物存在. 吉隆盆地发现的C₄植物为藜科的尼泊尔猪毛菜(Salsola nepalensis)和禾本科的白草(Pennisetum flaccidum)两个种, 这一结果显示受强烈光照条件影响的C₄植物确实能分布在高海拔的地区, 是对高海拔区域可以生存C₄植物观点的支持. 对吉隆盆地食草哺乳动物牙齿釉质的同位素分析表明, 生物磷灰石中结构碳酸盐的碳同位素组成在高海拔的地区仍然保持与取食植物的碳同位素组成呈稳定的富集关系, 因此是反映植被生态类型和气候环境特征的精确代用性指标.     

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.     

中国极端气候及东亚地区能量和水分循环研究的若干近期进展*

本文介绍了国家重点基础研究计划项目“全球变暖背景下东亚能量和水分循环变异及其对我国极端气候的影响（2009-2013）”一年多来的若干主要科学进展,包括对于东亚不同典型下垫面能量和水分循环过程的新认识、中国极端气候事件的观测事实分析及其与能量和水分循环变异的联系、短期气候预测新方法以及中国未来气候变化预估等方面。最后概要介绍了项目后续的主要研究计划。     

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.     

千年气候模拟与中国东部温度重建序列的比较研究

利用全球海气耦合气候模式ECHO-G进行的1000年长时间积分气候模拟试验与中国东部区域温度重建资料作对比, 以验证ECHO-G模拟中国区域气候的能力, 并探讨近千年来中国区域气候变化的原因. 重建资料是中国东部地区(25°~40°N, 105°E 以东)1000年来分辨率为30年的冬半年温度距平变化序列. 模拟试验以随时间变化的有效太阳辐射、CO₂浓度和CH₄浓度场为外强迫, 从1000年开始积分至1990年. 结果表明: 重建和模拟结果的相关系数为0.37, 置信度为97.5%. 模拟和重建结果均反映出了1000~1300年的中世纪暖期、1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期. 对于1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期, 模拟和重建的正负距平基本一致, 尤其是1670~1710年Maunder太阳黑子最小期时, 模拟和重建值都达到了温度低谷, 且无位相差异. 但对1000~1300年的中世纪暖期, 模拟与重建资料存在显著差异, 这与重建资料质量降低有关. 模拟的变幅(1.62 K)略小于重建值(2.0 K),但两者具有较好的可比性. 模拟结果的诊断分析表明, 在1000年尺度上, 太阳辐射和火山活动是控制全球和区域温度变化的主要因子, 而在最近百年尺度上, 温室气体含量的变化对快速增温起着更为重要的作用.     

编读往来

2006年下半年,世界气象组织发出警告,“厄尔尼诺”现象已在太平洋赤道海域形成,它将于2007年前4个月在地球广大地区,包括从美国到东南亚再到非洲之角,引发极端天气气候事件。据此,一些英美气象学专家警告说,在全球气候变暖和厄尔尼诺现象的联合作用下,2007年有可能成为有记录以来的最热年份,全球极端天气气候事件将频     

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.     

“一带一路”沿线区域21世纪极端高温热浪风险预估

极端高温热浪可能对社会经济和自然生态系统产生多方面的影响,全球增暖背景下增多的高温热浪相关灾害威胁到"一带一路"沿线这一气候类型复杂、且经济基础薄弱区域的可持续发展.在高温高湿环境下,人体健康面临更大威胁,与传统研究仅考虑温度这一变量相比,考虑温度-湿度的综合作用可以更好地解释人体在高温环境下的热负荷,进而更好地衡量高温热浪事件的强度特征.因此本研究基于ISI-MIP全球气候模式模拟试验和NCARCIDR人口预估数据集,以一个反映温度-湿度协同效应的热浪指数表征极端高温的健康风险,对21世纪该区域不同风险等级高温热浪的发生频率及人口暴露度的变化进行了预估.结果表明,在未来温度-湿度变化综合影响下,"一带一路"沿线大部分区域的高温热浪强度和频次呈现不同程度的增加趋势,在两种典型气候-社会经济情景(SSP2-4.5和SSP3-8.5)下,到21世纪末全区各等级极端高温热浪的人口暴露度总和将增加至基准时段(1986～2005年)的2.0和3.3倍,且越高风险等级(对人体健康影响越大)的高温热浪出现频次及其人口暴露度的相对增加越突出.极端高温热浪及其人口暴露度最突出的增加出现在低纬度的南亚和东南亚地区,对这些区域发展中国家的大量人口构成潜在威胁.总体上气候因素对人口暴露度增加的贡献最大,但气候/人口因素的相对贡献大小存在明显的区域差异.     

全球气候模式中气候变化预测预估的不确定性

人类活动造成的以全球变暖为主要特征的气候变化对生态系统和人类社会造成严重的影响。全球气候模式正日益成为研究当前气候特征和现象、了解过去气候演变规律及预估未来气侯变化不可替代的、最具潜力的工具。气候模式已被广泛运用于全球和区域未来气候变化的研究中。未来情景的不确定性、气候系统内部的自然变率的不确定性和表征气候过程的不确定性是造成气候预测预估不确定性的主要来源,而概率分布是一个很好地表示气候变化预测不确定性的方式。介绍了贝叶斯多模式推断方法来描述气候变化预估不确定性的理论框架,并以中国区域为例,利用IPCC-AR5的气候模式数据,通过贝叶斯多模式推理方法预估未来中国区域的南北方两个典型流域(海河和珠江流域)未来气候变化情况。结果表明:中国区域都将呈现出变暖的趋势,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,温度变化趋势分别为0.91±0.30°C/100a、2.41±0.77°C/100a、6.08±1.01°C/100a;降水也呈现出增加的趋势,三种情景下的趋势分别为(5.58±2.96)%/100a、(10.30±4.30)%/100a和(15.90±6.68)%/100a;中国海河流域的年降水量在2020s和2040s都将出现增加的趋势,珠江流域则在2020s略有降低,2040s开始增加。并且在2020s和2040s发生干旱和极端暴雨等极端降水事件的概率同时增加。     

生物多样性:价值及其与全球变暖的关系

1998年全球气候达创纪录高温,1999年入夏以来北大西洋两岸等中高纬度地区又出现了创纪录高温天气.美国副总统戈尔曾警告地球变暖会加重自然灾害.全球变暖正困扰着人类,与之密切相关的是生物多样性减少.本文在介绍生物多样性概念、研究层次及生物多样性重要价值的基础上,分析了生物多样性与全球变暖的相互影响关系.旨在引起人们对生物多样性的关注,促进对生物多样性的保护,保护生物多样性就是保护人类自己.中国环境保护21世纪议程15.3条指出"生物多样性为中国国民经济和社会发展提供了充实的物质基础和可靠的环境保障,因此在中国社会经济建设中居于重要的战略地位."     

1876~1878 年华北大旱: 史实、影响及气候背景

以源于历史文献的1736 年以来华北地区降水重建序列为基础, 辨识了1876~1878 年华北大旱是发生在过去300 年间最为严重的极端干旱事件, 分析了1876~1877 年逐季及年降水量的空间分布格局, 并据史料记载对本次旱灾产生的社会和经济影响做了初步评价. 结果表明: 本次干旱事件发生时间自1876 年春季开始至1878 年春季结束, 且以1877 年干旱发生的空间范围最广, 程度也最严重; 在持续长达3 年的大旱灾中, 华北地区粮食严重失收, 米价上涨至常年的5~10 倍; 华北5 省人口因大量死亡或者迁出, 共减少2000 多万. 相关的调查分析还表明, 1876~1878 年的大旱是全球化现象, 这可能与赤道中东太平洋海温异常偏高、El Niño 事件强度异常偏强及南极涛动正异常有关.