西北地区气候暖湿化的研究进展与展望

西北地区地理位置特殊,气候变化独特,形成机理复杂,对社会和自然环境的影响突出.尤其,自21世纪初有研究提出西北气候从暖干向暖湿转型的科学认识后,其气候变化问题引起了社会各界的普遍关注,也兴起了对西北气候变化趋势、驱动机制及影响的广泛研究,多年来已积累了大量的研究成果.然而,由于以往不同研究所用资料的类型、序列长度和时空分辨率不同,所关注的时段和区域不同,认识问题的视角和维度不同,使得存在一些分歧认识或者相悖结论.鉴于此,本研究通过系统梳理西北地区气候变化研究的历史经纬,归纳已有的研究成果,综合考虑不同视角和维度,划分了西北地区增暖与干湿变化科学认识的6个阶段;概括了西北暖湿化的驱动机制;评估了暖湿化对生态、农业及水资源等的影响;预估了未来暖湿变化趋势及其存在的可能风险;提出未来研究需要从大气、水文及生态等多学科相互作用角度探讨气候暖湿化的驱动机制、暖湿化背景下极端天气气候事件的变化特征、地表水分循环对暖湿化的响应特征、暖湿化与水文和生态的耦合机制、暖湿化对水安全、生态安全及粮食安全带来的机遇和风险,以及“双碳”(碳达峰、碳中和)目标下西北地区未来气候变化趋势等重点科学问题上取得突破.     

全球的气候趋势

地球拥有一个独特的大气层,即大气圈。这个大气圈是地球和宇宙之间的缓冲地带。太阳透过它供应持续不断的能量,并提供保护以避免逸散地球上积聚的过量能量,因此,它是维持地球上生命活动所必需的。然而,在大气圈里,有持续不断的气象活动,导致形成了各种各样复杂、易变的气候变化特征,诸如:温度、湿度。蒸发、辐射、风向和风速、云层、降雨方式及其一定间隔时间内的降雨量、雷雨或雾的发生、烟尘浓度等等气候要素组合的周期性或非周期性的变化等。     

贡嘎山的主要气候特征

贡嘎山,位于青藏高原东南缘的横断山系大雪山脉中段,大致成南北走向,主峰海拔7556米,它山高谷深,地形陡峭,东面从大渡河谷至主峰,高差达6400米,西面高差为4500米。如此巨大的高差,必然引起十分明显的气候垂直变化,形成从河谷亚热带常绿阔叶林带到高山冰雪带,层次鲜明、带谱完整的垂直自然地理景观。贡嘎山的垂直气候带,从植被的自然带谱可以得到说明。海拔1000—2400米的大渡河谷及山地,是     

本世纪气候变暖特征

20世纪行将结束.专家们现在有可能对本世纪地球气候的变化作出评估,根据1935年和1957年的国际协定,要作出这样的评估必须跟踪探测不短于30年的气候变化。本世纪初,发生了全球性变暖,正如我们看到的,     

机遇与挑战:气候变暖趋势下的北极

近两年来,新闻媒体中频频出现一些与北极有关的事件,如俄罗斯将一面钛金属国旗插在北极点下4000多米洋底、全球气候变暖加速北极海冰融化、北极油气资源开采、北极航线开通、国际极地年、联合国海洋法公约等,实际上说明了在全球气候变暖的影响下,拉近了世界各国与北极的距离,引发了北极地缘政治的快速变化.     

对80年代气候增暖及未来趋势的评述

80年代全球气温明显上升,温室效应日趋严重,不少人估计下一世纪将继续变暖。但影响气候的因素是多方面的,特别是80年代异常强盛的太阳活动看来对气温上升也起着相当的作用,何况长期气候预报历来存在着一系列不确定性。这启示我们还应作更深入的研究。     

一个经济-气候新模型的构建

将气候变化研究和农业经济研究相结合, 构建了一个经济-气候新模型, 用来评价全球气候变化对粮食产量影响的问题. 提出在经济模型C-D生产函数中添加气候变化因子, 建立一个新的评价模型, 作为连接气候变化因素和经济变化因素的桥梁, 并对该模型的性能及合理性进行了初步的模拟和验证.     

美国如何实现拜登的新气候目标

在2021年4月22日上午召开的虚拟气候峰会上,美国总统拜登承诺,该国将在2030年前将温室气体排放量减少至2005的一半.他说:"如果我们采取行动,为地球建设一个更加繁荣、更加健康、更加公平、更加清洁的经济体,我们就能达成这一目标."《巴黎协定》设定的最乐观的目标是将全球气温上升控制在工业化前水平之上的1.5摄氏度内...     

京津及邻近地区暖季强对流风暴的气候分布特征

使用2003~2007年5~8月天津塘沽新一代多普勒天气雷达高时空分辨率三维体积扫描数据, 对京津及邻近地区的强对流风暴的气候分布特征进行了统计分析. 通过对风暴的识别和追踪结果的统计分析, 给出了京津地区对流风暴的面积、体积、顶高、最大反射率因子、生命史和运动规律等定量的强对流风暴气候统计特征. 结果表明: 京津地区75%的对流风暴持续时间小于30 min, 绝大部分的风暴体积小于400 km³; 从对流风暴整体移动趋势来看, 风暴大多从西南向东北移动, 移动速度集中分布在10~30 km?h^-1区间; 风暴顶平均高度约为海拔6 km, 但某些强对流风暴的顶高可达到15 km以上; 京津地区风暴的面积、体积等特征具有西弱东强的特点. 与使用常规观测资料和静止卫星红外亮温的统计结果相比, 使用雷达资料进行气候统计不仅可以给出对流风暴的三维空间信息的统计结果(如体积和顶高等), 还可以给出风暴的生命史、速度等定量气候分布特征, 从而进一步充实了对该区域对流天气的气候特征认识.     

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.     

喜马拉雅山中段冰川变化及气候暖干化特征

冰川末端位置的重复测量结果表明, 喜马拉雅山中段的冰川过去几十年一直处于退缩状态, 其中珠穆朗玛峰的冰川自1960年代以来平均退缩速度为5.5~8.7 m/a; 希夏邦马蜂的冰川自1980年代以来的平均退缩速度为6.4 m/a, 目前退缩速度进一步加快. 冰芯研究显示, 冰芯积累量在20世纪为波动减少趋势, 但在1960年代急剧减少, 此后一直保持低值. 附近气象站的观测记录表明, 近30年来温度呈缓慢上升趋势, 但夏季温度上升明显, 这说明冰川退缩是降水减少和温度升高共同作用的结果. 如果这种干暖化趋势继续, 冰川退缩势必加剧.     

中国西北地区大气CO_2浓度及其碳、氧同位素组成特征

由于不同来源的CO_2在同位素组成上存在差异,因此利用CO_2的δ~(13)C、δ~(18)O可以判别引起大气CO_2浓度变化的因素。作者从1989年1月至1990年2月以西北工业城市兰州为重点,并选择其它四种自然生态环境区,采集近地表(2—15m)空气样品259个,对CO_2浓度及其δ~(13)C、δ~(18)O进行了测定。本文报道有关结果,并首次尝试性提出δ~(18)O对CO_2气源的指示意义。     

过去的气候是未来气候的模式

当我们在干燥的草原上被雨淋,或者在北方某地身受酷热折磨的时候,便会不由自主地想道:是不是气候在变化呢?但仅就一种现象,即使是极异常的气候现象,也无法判断气候的变化,因为气候是地球某一点上几十年当中的平均天气状况.在八千至九千年的时间里气候的变化幅度不大,实际上三千年以前的气候已与今天无所区别.在自然界的演变过程中,近几十年来的气候几乎没有什么变化.     

北方蒸散对气候变暖响应随降水类型转换特征

地表蒸散量是对全球气候变暖响应最显著的水分循环分量,但以往不同研究得出的气候变暖背景下各地地表蒸散量的变化趋势差异很大,有时甚至表现出相反的趋势.然而,对于地表蒸散对气候变暖响应的差异性具有怎样的规律以及是何原因造成了这种差异至今也并不完全清楚.为此,在对中国北方地区的蒸散量格点资料(FLUXNET)和全球陆面同化资料(GLDAS)进行观测试验验证的基础上,利用可靠性相对较高的蒸散量格点资料及以往研究常用的CRU和ERA-Interim气候格点资料,分析了我国北方不同降水气候空间类型时地表蒸散量对气温增加的响应特征.分析发现:地表蒸散量对气温升高的响应程度随降水气候类型不同变化比较明显,地表蒸散量的增温倾向率表现出随降水气候类型变化的显著转换特征.降水量在200~400 mm的气候区间时,正好是倾向率发生转折的气候敏感区间;在更湿润气候类型时,气候越湿润,地表蒸散量随气温升高增加的就越明显;而在更干燥气候类型时,气候越干燥,地表蒸散量反而随气温升高减少的越明显.地表蒸散量对气候变暖的这种响应特征在全球其他气候过渡比较明显的典型地区也有不同程度的表现.同时,就地表蒸散量对气候变暖的响应机制而言,主要有气温升高直接引起的潜在蒸散力增加与气温升高通过蒸散过程造成的土壤水分损失再反过来间接抑制蒸散这两个作用过程.前者在湿润地区起主导作用,导致蒸散增强;而后者在干燥地区主导作用,导致蒸散减弱.该研究结论对地表蒸散的气候变化响应特征有新认识,对改进全球水资源评估方法和干旱监测技术具有重要科学参考意义.     

中更新世气候转型:特征、机制和展望

中更新世转型(mid-Pleistocene transition,MPT)的特征、机理及其影响一直是古气候研究的热点问题之一.通过综合分析全球代表性的地质记录,揭示出海洋和陆地气候变化在中更新世(距今~1.2至~0.7 Ma)多表现为从准4万年到准10万年的主导周期转型,但低纬地区水文气候的周期变化不显著.数值模拟研究表明,地球轨道参数变动引起的太阳辐射变化可能是冰期-间冰期气候旋回的根本驱动,而下垫面和大气CO2浓度变化的反馈机制则触发了中更新世气候周期转型并放大冰期-间冰期的波动.因此,MPT是地球气候系统内外部多个因素共同作用的结果.未来研究一方面应加强中低纬地区水文循环变化研究,关注中更新世气候转型影响的区域差异;另一方面通过整合气候重建和模拟结果,辨析区域气候变化响应差异的主要诱因.     

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.     

影响南方农业干旱灾损率的气候要素关键期特征

我国南方地区是全国粮食主要产区,在全球气候变化背景下近年来该区域干旱灾害不断加剧,农业旱灾损失十分突出,异常特征也比较明显.然而,对于我国南方农业旱灾损失的变化特征及其受干旱致灾因素的影响机理至今并不十分清楚,这严重影响了对南方农业旱灾规律的深入认识及其影响程度的客观评估.鉴于此,利用我国南方农业干旱灾情实况、农作物种植面积、气象干旱监测指数和常规气象要素等相关资料,系统分析了中国南方地区近50年来农业旱灾综合损失率变化特征及其与气候致灾因子的关系.分析发现:南方地区近50年来农业旱灾综合损失率明显增加,西南比华南和东南增加更为明显.而且,由于农作物各个生长阶段对气候要素的依赖程度不同及气候要素的非均匀季节分布特征,农业旱灾损失率主要受关键期的气象干旱、降水和温度等气候要素变化的影响,而其他时段气候要素变化对农业旱灾损失率影响并不明显.因此,南方地区农业旱灾损失率与关键期气候要素的拟合关系要明显好于与全年气候要素的关系,并且与关键期气候要素的多因子拟合关系与单因子拟合关系相比更具有明显的优势.同时,对这种多因子关系建立的农业旱灾损失率评估模型进行交叉检验的相关性、误差水平、信度均比较理想,表明该模型对估算南方地区农业旱灾损失率具有较好的效果.该文研究结果对于发展我国南方农业干旱灾损评估方法具有重要科学参考意义.     

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.