近10年青藏高原高寒草地物候时空变化特征分析

植物物候是陆地生态系统对气候变化响应的最佳指示器,其变化研究对于深入地理解和预测陆地生态系统的动态变化具有重要的意义.本文利用SPOTVGT归一化植被指数(NDVI)对青藏高原1999～2009年间高寒草地物候的时空变化进行了研究,结论如下:①青藏高原高寒草地物候多年均值的空间分布与水热条件关系密切.由东南向西北,随着水热条件的恶化,生长季始期(SOG)逐渐推迟,生长季末期(EOG)逐渐提前,生长季长度(LOG)逐渐缩短.海拔在物候的地域分异中扮演着重要作用,但存在3500m分界线.其下,物候随海拔变化波动较大,其上物候与海拔关系密切;②1999～2009年间,青藏高原高寒草地SOG整体上呈提前趋势,变化幅度为6d/10a(R2=0.281,P=0.093);EOG呈推迟趋势,变化幅度为2d/10a(R2=0.031,P=0.605);LOG呈延长趋势,变化幅度为8d/10a(R2=0.479,P=0.018).SOG提前、EOG推迟和LOG增长的区域主要分布在高原的东部.SOG推迟、EOG提前和LOG缩短的区域主要分布在高原的中、西部,其中高原绝大部分区域的SOG呈显著提前趋势,尤其是高原的东部地区;③青藏高原高寒草地物候年际变化在不同的海拔和自然带上分异显著.高海拔地区的年际变化趋势要比低海拔复杂;青东祁连山地草原带的变化幅度和显著水平最高,而藏南山地灌丛草原带最低.     

青藏高原植物物候的变化及其影响

植物物候是植物生活史的周期性循环事件。在气候变化和人类活动的影响下,青藏高原植物物候发生了显著的变化。近年来,青藏高原的物候初始期变化总体表现为返青期和初花期提前、枯黄期推迟的趋势,而果实期则保持相对稳定;增温延长了生长季,主要是通过延长开花等繁殖物候而实现的。青藏高原的物候变化主要受温度、水分和放牧的驱动,暖湿化和适度放牧有利于植物提前或延长物候期,而暖干化则延迟或缩短物候期。物候变化对植物种群、群落、生态系统、农牧区生产以及旅游业(如赏花节)等都会产生显著的影响。然而,目前青藏高原植物物候研究仍然十分缺乏,尤其是物候变化对生态系统结构和功能的影响研究更少。针对当前青藏高原物候研究存在的问题给出了一些建议:在未来的研究中应该尽可能从生理尺度到生态系统尺度的不同视角来研究气候变化和人类活动对物候的影响,以及物候变化对生态系统结构和功能的反馈。     

中国东海北部晚全新世表层海水温度变化

采用长链烯酮不饱和度法(U k'37)构建了中国东海北部涡漩泥质区距今3600年以来海水表层温度(SST)高分辨率变化曲线, 结合对季风波动敏感的粒度组分变化曲线, 探讨了东海北部古海洋环境变化. 距今3600年来的环境演化可以划分为5个阶段: Ⅰ期降温阶段, 距今850年以来, 冬季风较强, 存在“小冰期”, 温度最大降幅2℃; Ⅱ期波动升温阶段, 距今1900~850年, 平均升温幅度0.8℃, 存在隋唐温暖期, 响应的时间在距今850~1350年间, 距今1400年的降温事件比较明显; Ⅲ期降温阶段, 距今2550~1900年, 处于南极冰芯记录曲线上一个缓慢降温到快速升温的完整周期, 降温幅度达0.9℃; Ⅳ期相对平稳略有升温阶段, 距今3200~2550年, 处于南极冰芯记录气温波动升温期, 升温幅度仅有0.3℃; Ⅴ期相对平稳略有降温阶段, 距今3600~3200年, 对应南极冰芯记录的波动降温阶段. 5个周期性阶段与南极冰芯记录的气候周期比较吻合, 全球降温一般比较缓慢, 陆架海SST基本上能够同步调整.     

我国40年来增温时间存在显著的区域差异

过去几十年全球温度经历了显著的变化,评估其变化的方法无疑十分重要.过去评估气温变化趋势的通用方法是利用线性回归计算温度在一个时间段内的整体变化率.但是,不同时期的温度变化率往往是不同的,即温度变化过程中存在趋势转折点.这使得整体变化率只能反映温度变化的一个方面,可能掩盖某些阶段性特征.因此,为了更准确地描述我国近几十年来的温度变化过程及其空间特征,使用分段线性回归方法分析了1961～2004年全国536个气象站点的年均温序列.结果表明:我国近40年来的年均温变化趋势存在显著的转折点,全国平均升温开始于1984年,增温率为0.058℃/a.在1984年以前,年均温无显著变化.从站点水平看,我国升温开始时间呈现由北向南逐渐推迟的空间格局:北方地区(40°N以北)升温开始于20世纪70年代,而南方大部分地区(40°N以南)在20世纪80年代开始升温.特别地,青藏高原升温始于1983年.此外,不同地区的增温率存在较大差异.全国大部分地区升温率在0.05℃/a以上,新疆个别站点甚至达到0.1℃/a以上,但四川盆地、华中和华南地区升温率相对较低,在0.025～0.05℃/a之间.增温时间及变率的区域差异可能与寒潮和积雪的反馈作用有关.     

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.     

全新世早期强降温事件的古里雅冰芯记录证据

根据古里雅冰芯记录，揭示出全新世早期存在两次低温事件，并且其发生年代（9．4和8．2kaBP左右）与全新世早期北大西洋的两次冰筏事件年代相一致。其中后一代低温事件（即“８．２kaBP冷事件）”极为显著，并表现出迅速降温、缓慢升温的明显特征，最冷时降温幅度达７．８－10℃，大于格陵兰冰芯记录中该冷事件的降温幅度。这反映了青藏高原地区对于气候变化的敏感性。弱的太阳活动和弱的热盐环流是“8．2kaBP冷事件”发生的关键原因。     

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.     

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.     

1960～2008年中国二十四节气气候变化

采用非平稳时间序列分析技术——集合经验模分解(EEMD)方法,基于1960~2008年中国549站近地面气温观测的均一化序列,确定了全国平均温度的二十四个气候节气的阈值温度和时间,分析了各节气平均温度及其在季节循环中的时间节点的演变趋势.全国平均而言,小寒、大寒天气减少,近10年(1998~2007年)达到大寒的天数比20世纪60年代减少56.8%;大暑天气增多,近10年达到大暑的天数比20世纪60年代增加81.4%;季节性升温阶段的气候节气显著提前6d以上,其中雨水节气提前最多,达15d;而季节性降温阶段的气候节气则都显著推迟5~6d.这主要是由于在变暖的大背景下整个季节循环趋于整体抬升所致,但在二十四节气中,位于春季位相者的增温趋势普遍大于位于秋季位相者.其中雨水、立春、惊蛰节气的增温最快,全国平均在1961~2007年间分别增暖了2.43,2.37和2.21℃.惊蛰、清明、小满和芒种这4个反映物候的气候节气在全国各地普遍提前,尤其在北方半干旱区均显著提前,分别达12~16,4~8,4~8和8~12d.这些定量化的节气气候变化分析结果,可为适应气候变化、适时调整相应农事活动和节能措施等提供决策依据.     

湖江岩玛珥湖全新世气候波动的周期性

对全新世以来湖光岩玛珥湖沉积物干密度高分辨率（１０～１５ａ间距）时间序列的能谱分析和滤波分析表明：气候变化存在明显的２９３０，１１４０，４９０，２５０和２２０ａ的主周期，２９３０ａ周期所对应的３次降温期，其峰值分别发生在７３００，４２５０和２００ＣａｌａＢＰ左右，１１４０ａ主周期变化，在全新世早期波动幅度最大，到中、晚全新世其幅度逐渐减小，所对应的明显的降温期有７～８次，全新世千年尺度的气候变化，     

青藏高原中东部2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势

分析了根据树木年轮资料重建的青藏高原中东部过去2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势, 发现研究区极端气候事件与全球同步出现, 如中世纪暖期、小冰期和20 世纪增温等. 历史上最大的温度变幅和速率都发生在“东晋事件”(343~425 AD)期间, 而非20 世纪后半期. 过去青藏高原中东部地区温度序列存在显著的1324, 800, 199, 110,2~3 a 的准周期 (P < 0.01), 其中, 1324, 199 和110 a 周期与太阳活动有关. 温度变化在很大程度上受控于太阳活动: 千年尺度周期决定了温度变化趋势长期走向, 百年尺度周期控制了温度变化幅度, 而太阳活动极小期对应冷期出现. 预估结果显示未来这一地区温度将下降, 到2068 AD 前后温度下降到谷底, 2068 AD 后再次升温.     

中国21世纪气候变化的RegCM4多模拟集合预估

基于一套RegCM4区域气候模式动力降尺度试验结果,进行了中国及不同分区在21世纪不同时期, RCP(典型浓度路径)4.5和8.5两种排放路径下的气候变化集合预估.试验中RegCM4在5个不同的CMIP5(耦合模式比较计划第五阶段)全球气候模式分别驱动下运行,水平分辨率为25 km×25 km.分析表明:未来中国范围内平均地面气温将普遍升高,其中冬季(12～2月)的青藏高原和夏季(6～8月)的西北干旱区升温幅度最大;相应的气温极端气候事件指数TXx(日最高气温最大值)和TNn(日最低气温最小值)升高.中国大部分地区冬季降水将增加,西北干旱区增加幅度最大,仅在云贵高原部分地区出现一定减少,模拟间一致性在中国北方较好;夏季降水在中国西部大部分地区、东北北部和黄淮增加,其他地区变化较小或略微减少;集合预估的日最大降水量(RX1day)在全国将普遍增加;连续无降水日数(CDD)在中国北方以一致缩短为主,南方则有所延长.相对于当代参照时段(1986～2005年), 21世纪中期RCP4.5和8.5下全国年平均气温分别上升1.6和2.2°C,降水分别增加4%和5%.各要素变化均随时间推移而增大, 21世纪末期两种排放情景下全国年平均气温分别上升2.4和4.6°C,降水分别增加5%和12%.     

青藏高原坡面尺度冻融循环与水热条件空间分布

冻土的广泛分布使得青藏高原地表冻融循环与水热条件成为地球科学系统研究的关键之一.高原复杂的下垫面条件导致了冻融循环与水热交换显著的空间非均一性,而坡面尺度是认识地表过程空间变化的基础.本文基于青藏高原地表冻融循环与水热交换空间非均一性研究成果的回顾,利用安多地区近期的观测、模拟成果揭示了该领域的最新进展:首先评价了探地雷达在冻融循环与土壤水热空间变化研究的适用性;其次利用多元手段,显示了冻融循环与土壤水分坡面尺度的空间非均一性.另外利用冻土水热模型的敏感性试验发现:地表升温背景下,冻融过程与土壤水分在不同时期、不同深度、不同坡面的响应均有所不同,升温引起两个坡面冻结周期和速率变化明显.而且升温幅度越大,土壤水分的响应越明显,表层土壤水分的相对变化更为剧烈;对坡面而言,北坡的响应更为显著.     

青藏公路沿线多年冻土区活动层动态变化及区域差异特征

利用青藏高原多年冻土区10个活动层观测场建立以来到2010年的监测资料,构建了青藏公路沿线多年冻土区活动层平均厚度的估算模型,分析了多年冻土区活动层近期的动态变化及区域差异特征.结果表明,研究区活动层厚度30年来以1.33cm/a的速率增大,多年冻土上限温度、50cm土壤温度及5cm土壤积温均呈现出升高的趋势.土壤热通量以0.1Wm-2/a的速率增大,为高原多年冻土区活动层厚度增大和温度升高提供了依据.活动层开始融化日期提前,开始冻结日期推后,融化日数增加,速率达1.18d/a.活动层动态变化特征与多年冻土类型、海拔高度、下垫面类型和土壤组分密切相关.低温多年冻土区较高温多年冻土区变化明显、高海拔地区较低海拔地区变化明显、高寒草甸地区较高寒草原地区变化明显,细粒土较粗颗粒土变化明显.     

圆柱形共振腔中存在人工孔隙岩样的共振声谱实验测量

在以前共振声谱实验工作基础上, 对 10 块中高孔隙度(22%~30%)的饱和人工岩样分别在圆柱形共振腔体形成的低阶模式共振声谱进行了实验测量, 并研究了岩心孔隙度对共振声谱的影响. 实验结果表明, 岩样位置由谐振腔顶部变化到中部, 共振频率逐渐增大, 共振幅度逐渐降低. 在谐振腔中部, 共振频率增至到最大而共振幅度减至最小; 随着孔隙度增加, 共振频率降低, 共振幅度减小, 衰减增大.另外, 利用体积平均模型, 对圆柱形谐振腔中具有岩石样品的共振频率进行了理论分析和数值模拟, 理论结果表明, 随着岩样位置由谐振腔的顶部变化到中部, 共振频率逐渐增大且在中部时最大; 岩样孔隙对共振频率有影响, 在谐振腔中部共振频率随着孔隙度的增大而减少. 以上结论已被理论和实验结果所证实. 为利用低阶模式共振声谱法检测岩石样品的孔隙和裂缝特征提供了理论和实验依据.     

青藏高原多年冻土变化与工程稳定性

气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大、地下冰融化, 导致路基工程稳定性变化. 本研究在综述青藏高原多年冻土变化和冻土工程研究重要进展的基础上, 利用青藏公路和青藏铁路沿线冻土与工程监测数据, 给出了青藏高原多年冻土温度和活动层厚度变化及其与气候变化的关系、多年冻土对工程活动的响应过程, 青藏铁路工程稳定性动态变化以及块石结构路基降温机制和过程. 最后, 提出了在气候变化下冻土工程将来亟待解决的关键科学问题.     

含煤地层振幅随偏移距变化正演模型研究

通过正演模型研究，对煤层顶、底界面振幅随偏移距变化(Amplitude versus offset，AVO)特征及其影响因素进行了分析．结果表明，煤层顶界面的反射振幅先是随着炮检距(入射角)的增大而减小，然后再逐渐增大；煤层底界面的反射波振幅最初也是随着炮检距(入射角)的增大而减小，但容易发生全反射，不利于AVO分析．不同结构煤体在AVO响应上存在明显的差异，随着媒体结构破坏程度的增强，煤层顶界面反射波AVO的截距和梯度都会增大。煤体结构相同时，与泥岩顶板相比，以砂岩为顶板的煤层顶面表现为较大的反射振幅绝对值和变化梯度．煤层厚度的调谐作用对其AVO属性也有明显的影响．     

过去2000年全球典型暖期的形成机制及其影响

通过对中国不同地区气候序列重建与暖期气候特征、气候驱动因子变化分析与典型暖期成因机制模拟诊断、暖期气候对中国社会经济的影响与人类适应、北半球温度变化及典型暖期协同特征等问题的研究,发现:(1)20世纪气候增暖在过去2000年中并非空前,但20世纪气候增暖在北半球几乎同步,而中世纪增暖在空间上则存在幅度和位相差异;这主要是因为20世纪全球增暖主要受温室气体增加驱动的"大气稳定机制"、而中世纪增暖主要受太阳短波辐射变化驱动的"海洋恒温机制"所致.(2)与2008年初中国南方"雨雪冰冻"相似的极端寒冷事件可能对温度年代际变化有早期预警意义,当前的"增暖停滞"可能是自然变率导致的气候由暖转冷的一个早期信号.(3)中国历史上的社会经济波动与气候变化之间存在"冷抑暖扬"的对应特征;但与暖期相伴的社会经济发展与人口膨胀也增加了对资源与环境的压力,使得在出现温度下降、降水减少等重大气候转折时,容易导致人地关系失衡、甚至触发社会危机.这些结果增进了对年代至百年尺度气候变化特征与机制的理解,也对我国适应未来气候变化具有参考价值.     

正在变暖的世界

最新的电脑模拟温室效应的研究显示:在今后30年内,全球的气温将上升5℃,而在近极地地区,气温则可能上升12℃。自上次间冰期以采,这个计算出的升温幅度是最大的。过去,绝大多数的全球气候模型仅仅基于这么一个推断,即大气中C0_2的浓度增大是时断时续的,而不考虑这一增大是持续的。因此,以往的模型就可能导致全球和地区性气候变化预测的错     

纳米Fe-In2O3颗粒膜的磁性和巨磁电阻效应

采用射频溅射法制备了纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe-In2O3颗粒膜，研究了Fex(In2O3)1-x颗粒膜样品的磁性和巨磁电阻效应，实验结果表明；当Fe体积百分比为35%时，颗粒膜样品的室温磁电阻变化率△ρ/ρ0数值达到4.5%,Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ随温度（T=1.5-300K)的变化关系表达；当温度低于10K时，△ρ/ρ0数值随温度的下降而迅速增大，在温度T=2K时△ρ/ρ0达到85%，通过研究颗粒膜低场磁化率X（T）温度关系和不同温度下的磁滞回线，证实当温度降低到临界温度Tp=10K时，颗粒膜中结构变化导致磁化状态发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变，Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ0在温度低于10K时的迅速增大，可能是由于纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品处于“类自旋玻璃态”时存在特殊的导电机制所造成的。