近千年来南北半球气候变化模拟比较

依据全球海气耦合气候模式ECHO-G近千年积分的模拟结果, 对南、北半球气温及降水变化的相似性和差异性进行了分析, 并探讨了造成南、北半球气候变化异同性的可能原因. 结果表明: (1) 南、北半球平均气温在年际、年代际、百年际尺度上变化位相基本一致; 但从气候阶段转变的时间来看, 北半球年平均温度正负距平的转变明显提前于南半球; 从距平的振幅变化来看, 北半球明显大于南半球. (2) 对降水而言, 年代际及百年际尺度上的变化南、北半球基本同相, 而在年际尺度上的变化两者反相, 且年际及年代际的正相关主要体现在中、高纬地区, 年际负相关主要体现在低纬地区. (3) 中世纪暖期南、北半球的增暖幅度相差不大, 而现代暖期北半球的增暖幅度明显大于南半球; 现代暖期北半球高纬地区气温大幅上升, 而南半球高纬地区气温有所下降, 呈现出明显的反相变化特征, 这是中世纪暖期温室气体浓度保持在较低水平时所不具有的一个气候特征. 其机理有待进一步研究.     

二氧化碳的时空变化规律与影响因素分析

利用大气本地站数据验证了2010～2015年温室气体观测卫星(Greenhouse Gases Observing SATellite, GOSAT)二氧化碳L4B浓度数据,分析了二氧化碳浓度时空分布及其变化特征,结合总初级生产力数据和人类二氧化碳排放数据,分析了二氧化碳空间特征变化的影响因素.结果表明:(1) GOSATL4B级数据与地面实测数据的相关系数均在0.95以上,具有较高的精度和稳定性.(2)二氧化碳在不同气压高度上空间分布特征差异较大,近地面二氧化碳浓度波动幅度最大且有明显的空间差异性特性,全球有4个高值中心,分别为东亚、西欧、美国东海岸,以及非洲中部地区;北半球近地面的二氧化碳浓度整体高于南半球,南半球的变化幅度相对较小且变化趋势与北半球相反.(3)研究期间二氧化碳浓度呈现明显增长趋势,二氧化碳浓度随季节变化规律明显.(4)东亚地区样区二氧化碳浓度的变化与初级生产力具有明显的负相关关系,充分证明了陆地生态系统重要的碳汇作用;而与人类活动导致的二氧化碳排放呈显著正相关,说明了人类活动是二氧化碳增加的重要因素.     

南极中山站地面臭氧的监测和本底特征

利用南极中山站大气监测站2008 年全年地面臭氧连续观测资料, 分析了地面臭氧的季节 变化特征和本底浓度与风的关系. 结果显示, 来自于站区方向的风向频率很低, 仅占数据样本的 2%, 盛行风(偏东风)频率为79.2%, 表明中山站地面臭氧浓度监测数据基本未受站区污染影响; 监测数据具有东南极大陆沿岸的本底特征. 中山站地面臭氧浓度季节变化的显著特征是冬季高 夏季低, 年平均浓度为25.0 nmol mol^-1; 峰值出现在7 月, 月平均浓度为34.4 nmol mol^-1; 谷值在 12 月, 月平均浓度为12.3 nmol mol^-1; 此结果与南极大陆其他沿海站点观测相似. 地面臭氧浓度 与紫外辐射(UVB)呈显著的负相关, 且极夜期间地面臭氧浓度比极昼期间高1~2 倍, 说明在南极 光化学作用对臭氧的破坏占主导地位. 对中山站臭氧损耗事件的个例分析表明, 臭氧损耗事件的 发生与低温和站区北部海冰上的溴化物浓度高值区有密切相关, 结合气流后向轨迹分析表明臭 氧损耗事件是由BrO 的影响所致.     

全球闪电活动对气温变化的响应

在一个更暖的地球上雷电活动是增多还是减少? 这是一个备受人们关注、但还不十分清楚的问题. Reeve和Toumi指出: 全球陆地和北半球陆地闪电活动对1000 hPa湿球温度增加有灵敏的正响应(简称Reeve99). 是不是这种响应仅仅限于陆地或者仅仅对于湿球温度呢? 全球(包括陆地和海洋)闪电活动对全球地面气温变化的响应情况如何? 基于5年或8年星载OTD/LIS闪电观测资料和NCEP再分析资料, 对全球和区域闪电活动对温度改变的响应进行了再分析, 结果表明: 在年际时间尺度上, 全球总闪率对全球地面气温的变化是正响应的, 灵敏度为17±7% K^-1; 全球陆地和北半球陆地季平均的闪电频次对地面气温和湿球温度增加也有灵敏的正响应, 灵敏度约为13±5% K^-1, 响应灵敏度比Reeve99的估计值40% K^-1要低; 但在南半球、热带等其他区域, 季平均的闪电频次与地面温度年际变化之间无明显 相关.     

基于TES观测的2005～2010年间中国3个代表性区域对流层臭氧浓度变化分析

臭氧(O3)是大气中复杂光化学反应的产物.对流层臭氧既是全球性污染物,又是温室气体.本文采用Aura卫星上搭载的对流层辐射光谱仪(tropospheric emission spectrometer,TES)获得的对流层O3垂直分布数据,基于傅里叶变换,分析了2005～2010年间我国3个代表性区域(西部、华北和华南地区)的对流层臭氧在484,681和825hPa高度上的浓度变化趋势以及季节分布特点.结果显示,在中国大部分地区,O3浓度均呈现夏季高冬季低的特点,而在华南地区和华北近地面,臭氧呈现明显的春秋季双峰值现象.臭氧在464hPa高度上均呈现比较明显的增长趋势,其中华北地区增长速率最快,达到0.89±0.059nL(La)-1.在681hPa,我国华北和西部地区的臭氧都出现了明显的增长趋势,平均年增长率分别为0.57±0.065和0.41±0.041nL(La)-1;而华南地区O3浓度趋势却无明显变化.在近地面的825hPa,华北地区臭氧浓度仍然保持了0.36±0.074nL(La)-1的增长速度,而华南地区则呈现了微弱的-0.21±0.061nL(La)-1的下降趋势.在全国尺度上,我国对流层臭氧浓度在2005～2010年间整体呈现上升趋势,这将对我国的人体健康、农业生产和生态系统造成不良影响.     

麦哲伦海峡航行见闻

笔者作为香港“昌强号”远洋货轮的大管轮,于2000年11月偕同行驾驶“昌强”轮航经麦哲伦海峡。海峡的独特景色和绮丽风光,给我们留下如梦如幻的印象。 麦哲伦海峡位于南半球,它的季节与北半球正好相反。11月中旬,北半球已进入初冬,而南半球却刚是初夏。麦哲伦海峡位于南纬54°左右,属于高纬地区,气候就像我国黑龙江省北部一样,初夏气温不过     

过去千年3 个特征期气候的FGOALS 耦合模式模拟

利用一个气候系统模式, 对过去千年气候演变的3 个特征期——中世纪暖期、小冰期和20 世纪增暖期, 进行了系列平衡态模拟和瞬变强迫模拟试验, 比较了3 个特征期气候的异同点.结果表明: 中世纪暖期的暖信号在除北太平洋中纬度以外的全球大部分地区普遍存在, 但自然增暖的幅度整体上较20 世纪要弱; 北半球中高纬地区的增温幅度大于南半球. 小冰期变冷近乎是全球性的, 在欧亚大陆及高纬地区尤为显著, 变冷极大值位于北极地区的表层. 中世纪暖期和 20 世纪温度变化的垂直结构表现出类似特征, 最强增温都出现在热带对流层中上层的200~300 hPa. 与暖期不同, 小冰期的变冷主要表现为极地强化. 模拟结果与重建资料的比较表明, 模式对暖期温度变化的模拟能力强于冷期, 对中低纬地区温度变化的模拟能力强于高纬地区. 东亚夏季风的年际变率特征受背景气候态的影响不大, 不同特征期年际变率的降水距平型近乎相同, 但是主导周期变化显著, 东亚夏季风的准两年振荡现象在暖期更容易出现, 在冷期则不明显. 在百年尺度上, 有效太阳辐射外强迫变化驱动的季风变化外部模态由大尺度海陆热力对比的变化决定, 在110°E 以东降水呈现出“南北同号”的特征, 这与伴随耦合系统内部变率出现的“南北反号”的降水距平型不同.     

全球陆地年降水场的长期变化(1948 ~ 2000年)

研究了1948-2000年全球陆地年降水场的长期变化,结果表明在1978年前后全球年降水量突变减少,平均每年减少0.54 mm.模糊聚类方法将36个纬圈的年平均降水量划分为6个纬带,研究了6个纬带的年降水量的长期变化.指出,除了北半球高纬度(60°-90°N)降水略微增加以外,各纬带的平均降水量都表现为减少,35°S-35°N的降水量减少最为显著.降水量减少最多的地区是热带,平均降水减少为0.98mm/a.划分了1948-2000年的全球旱涝年,指出旱涝年有明显的年代际变化.研究指出,在暖事件全球陆地平均降水量每年减少15.4 mm,而在冷事件年则增加14.4 mm.20世纪70年代末开始频繁发生的ENSO事件可能是全球年降水量减少的一个重要的原因.     

1993年中山站南极“臭氧洞”的观测研究

1985年英国科学家Farman根据地面观测资料发现南极“臭氧洞”后,卫星观测资料也证实了这一结果.目前,美国、英国、日本等国在他们各自的南极站都加强了臭氧的观测研究.在中国第九次南极考察(1992～1993年)期间,我们在南极中山站(69°22′S,76°22′E)用Brewer臭氧分光光谱仪建立了地面臭氧观测,这是中国首次在南极采用国际标准仪器开展臭氧研究工作.本文利用1993年中山站观测的结果,NOAA-11的TOVS的臭氧总量反演结果     

中国的亚热带

亚热带或副热带原是气象学上的一个名词,它的地位介于热带与温带之间,是一个过渡地带。它首先具有一个高气压带,所以一般称为亚热带高气压带。高气压的位置冬夏有若干南北向的移动。在北半球,这高气压脊冬天在北纬30°,到夏季北移至北纬38°,在南半球,冬天在南纬28°,到夏天南移至南纬35°。这亚热带高气压带冬夏在地球面上的南北移动就影响到风带的移动,介于亚热带与赤道之间为东北信风带     

1993年南极臭氧洞期间普里兹湾地区的大气振荡特征

文献[1]对1993年南极“臭氧洞”期间中山站上空的大气臭氧总量变化特征进行了初步的分析和研究,揭示了在中山站上空大气臭氧总量有着十分显著的逐日变化,并指出这种变化可能与中山站位于臭氧洞边缘,受南极平流层极地涡旋摆动与伸缩的动力过程影响有关。本文利用南极中山站地面温度、气压和大气臭氧总量资料和与中山站(69°22′S,76°22′E)同在普里兹湾地区的澳大利亚戴维斯站(68°34′S,77°54′E)的探空资料,对1993年南极臭氧洞期间普里兹湾地区的大气振荡特征进行了研究。     

南半球对流层上层纬向风与东亚夏季风环流

研究了南半球对流层上层纬向风和东亚夏季风在年际变化尺度上的关系, 用150百帕60°S和30°S之间的纬向平均的纬向风差值(ISH)可以很好地代表南半球纬向风的年际变化. 结果发现: ISH和东亚夏季风环流在年际变化尺度上有非常显著的负相关关系. 研究揭示: 从南半球到热带区域的纬向风的径向遥相关型(主体在东半球)可能是这种关系的主要内在原因. 通过这种遥相关型使得风场和气压场发生改变从而影响东亚夏季风环流; 另外, 与ISH相关连的欧亚大陆区的异常遥相关波列也是一个重要的机制. 而且ISH和东亚夏季风环流的关系有同时性, 也有非同时性. 因此这种关系的存在一定意义上也具有预测价值.     

过去2000年北半球不同纬度温度对火山活动的响应

火山活动是影响气候变率的重要外强迫因子,研究火山喷发对气候的影响有助于提高对温度变化的提前预警,也对未来地球工程计划具有指示意义.然而,目前仍不清楚不同纬度的火山喷发影响北半球不同纬度温度变化的特征、敏感性和影响机理.本研究基于通用地球系统模式完成了涵盖过去2000年的火山活动敏感性试验,并挑选出大于5 Tg的21个北半球火山(NHV)、31个热带火山(TRV)和18个南半球火山(SHV)喷发事件,分别探究了这三类火山喷发对北半球低、中和高纬度温度变化的影响.研究发现:TRV的总喷发强度是NHV和SHV的1.9和3.3倍,喷发后对各纬度的降温影响最强.然而,换算为相同喷发强度下,在火山喷发后第1～24月, TRV和NHV对北半球低纬度降温效率相近(约-1°C/100 Tg),而SHV贡献相对较弱; NHV对北半球中、高纬度降温效率最强(-1.9和-2.3°C/100 Tg),约是TRV的2倍,而SHV则没有显著影响.具体的影响机理是:不同纬度的火山喷发均通过阻挡大气顶层短波辐射的直接作用造成北半球低、中纬度的降温.在高纬度地区, NHV和TRV在第1～24月通过减弱短波辐射造成地表降温,引起海冰扩张,从而触发海冰-反照率正反馈机制加强夏、秋季降温;而在第25～48月火山气溶胶大量衰退,高纬度降温则来自于中高纬度海洋向北热输送的减少这一间接作用使海冰-反照率机制得以维持的影响,且海洋向北热输送的减弱对NHV更为敏感,约为TRV的2倍.     

澳大利亚板块漂移对南半球气候与环境影响的数值模拟

利用美国NASA(National Aeronautics and Space Administration)的GISS全球海洋-大气耦合模式, 研究了14 Ma BP在与现代情景不同下的澳大利亚板块位置对南半球中高纬度大气环流的影响. 模拟结果表明, 14 Ma BP澳大利亚板块偏南时, 副热带地区大洋上反气旋加强, 副热带高压加强, 高纬60°~70°S一带气旋性环流加强, 绕极地低气压加深, 造成当时南极涛动变强, 南极涛动指数AOI (Antarctic Oscillation index)波动周期缩短. 同时, 14 Ma BP降水与地表气温也发生了相应的变化. 在环40°S一带大部分地区降水量减少, 而在60°~70°S多数区域降水增加; 南太平洋高纬度地表气温下降, 威德尔海及其北侧海域地表气温升高. 此外, 由于气温和风场的变化, 南极海冰也发生了变化, 罗斯海附近及其西侧靠近南极大陆地区海冰较现在增加, 威德尔海附近海冰较现在偏少.     

瓦里关山近地面气溶胶中7Be和210Pb的观测及其对臭氧浓度变化的示踪

2002年10月到2004年1月在青海省瓦里关山全球大气本底观象台开展了以周频次的近地面气溶胶中同位素⁷Be和²¹⁰Pb比活度采样分析, 并与同期近地面臭氧浓度的变化进行比较. 研究表明: 瓦里关山地区⁷Be和²¹⁰Pb比活度具有天气时间尺度的短期振荡特征, ²¹⁰Pb在夏季有明显的低值而7Be的季节性特征并不是很明显, 与全球其他高山站点已测的结果相比, 瓦里关地区⁷Be, ²¹⁰Pb比活度值高; 近地面臭氧与⁷Be比活度的变化趋势一致, 臭氧与⁷Be/²¹⁰Pb之间比臭氧与⁷Be之间有更高的相关性. 从同位素测定可以看出, 垂直输送对该地区近地面臭氧的收支平衡有显著的贡献.     

青藏高原冰芯积累量的近期变化

研究结果表明:喜马拉雅山中段（珠穆朗玛峰东绒布冰川和远东绒布冰川,希夏邦马峰达索普冰川）的冰芯积累量自20世纪50年代以来急剧减小,与北半球低纬地区（5°～35°N）和印度降水的变化趋势一致;而青藏高原中部和北部地区（唐古拉山小冬克玛底冰川,西昆仑古里雅冰帽和祁连山敦德冰帽）的冰芯积累量在相同时段内有增加的趋势,与北半球中、高纬地区（35°～70°N）降水变化趋势一致.相比而言,冰芯积累量变化幅度更为显著,表明高海拔地区对气候变化的异常敏感性.20世纪60年代北半球气候系统和亚非夏季风系统的突变可能是造成青藏高原冰芯积累量变化的原因.     

江苏太仓五级地震与上海天文台测时异常

1990年2月10日,我国江苏太仓地区发生了M~s=5级的地震。我们分析和考察了离震中(120°59′E,31°36′N)仅约60km的上海天文台光电中星仪(121°26′E,31°11′N)的天文测时资料,发现距震前约120天开始呈现显著的异常变化。分析结果证实,测定地球自转运动的天文光学观测技术是监测和预报区域性地震的一种有效手段。     

青海高原大气O_3及紫外辐射UV-B观测结果的初步分析

近10年来,南极臭氧洞以及全球性臭氧减少的趋势,已得到国际大气科学界和各国政府的极大关注.英国环境部门1991年的环境报告指出:在过去的11年间,北半球中纬地区的臭氧总量在春季大约减少了8%,这主要是平流层臭氧的减少,而对流层臭氧的年增长率约为1%.WMO 1992年南极臭氧公报也指出:1992年不仅南极臭氧洞的最大面积比往年大25%,而且测到了105D.U.(Dobson单位=10~(-3)atm.cm)的历史极端低值,持续时间也大大超过往年.同时,据美国和加拿大等国气象部门的报告,北半球中高纬地区大气臭氧往总量在1992年冬春季也比往年有较大幅度的下降.     

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.     

20世纪80年代后期西北太平洋夏季海表温度异常的年代际变化

揭示了1968～2002年期间西北太平洋夏季平均海表温度在20世纪80年代后期经历了一次年代际变化, 该年代际变化表现为西北太平洋(100°~180°E, 0°~40°N)夏季海表温度经验正交分析的第一模态由频繁的负位相转变为强的正位相, 该模态解释了总方差的30.5%. 在1968~1987年期间, 海表温度第一模态的负位相盛行(平均偏差为-0.586), 相应地, 负的海表温度异常占据了日本以南的西北太平洋和中国边缘海区; 而1988~2002年期间, 海表温度第一模态显示出强的正极性(平均偏差为0.781), 因此正的海表温度异常出现在西北太平洋. 伴随着夏季海表温度的年代际变化, 中国南部和东南部夏季平均降水量的增加超过了40 mm, 达到了0.05统计显著性水平.