2007年海气热通量影响南海夏季风爆发数值试验

本文利用RegCM3区域气候模式对2007年季风爆发前后南海海气热通量进行了数值模拟试验,探讨海气热通量对南海地区季风爆发以及相应变量场的影响得出以下结论：（1）RegCM3对南海降水、地面气温、500hPa位势高度场以及850hPa风场模拟整体偏弱,但是对各变量场的空间分布形势具有较好的模拟能力。（2）潜热、感热通量的变化对季风的爆发以及相应的变量场有重要影响,当去除潜热、感热通量后,南海低层基本受较强偏东风控制,500hPa位势高度有所偏高,副高偏西偏强,季风爆发严重偏晚,不利于南海地区水汽辐合抬升,使得降水大幅减少,大片海域甚至无降水出现;当潜热、感热加倍后,南海低层120°E以西基本受偏西风控制,风速明显加大,同时500hPa位势高度明显偏低,副高偏东偏弱,季风爆发偏早,有利于水汽在南海地区辐合,造成降水显著增多。     

140年来植被和大气CO2浓度变化对东亚气候影响的数值模拟

利用区域气候模式通过分别采用现代植被和工业革命前植被及相应CO2浓度模拟了近140年来植被和大气CO2浓度变化对东亚区域气候的影响.结果表明,两者共同作用使东亚许多地区产生了升温现象,但这种温度变化在地域上具有不均匀性,蒙古、内蒙古、东北、西北增暖最为明显,而中国南部一些地区却存在降温现象;工业化造成的植被退化使东亚地区呈现总体干旱化的趋势,虽然CO2浓度增加易导致降水增多,但综合考虑两者的影响,使中国东部、内蒙古、四川北部的降水明显减少,而西北、华南沿海的降水有所增加;同时现代东亚冬、夏季风都比工业革命前有所增强.但由于植被退化,该地区的大气水汽含量及土壤水含量均有所减小.     

华北降水频谱变化及其可能机制分析

华北降水从20世纪60年代开始趋于减少,1977年后干旱化加重.小波分析发现1951～2000年华北降水频谱结构在60年代中期发生了突变,年际变化部分减弱,年代际成分相对增强,与此同时华北进入了干旱少雨的时期.年代际尺度成分的位相大致规定了华北降水偏多或偏少的时段.近20年与1977年前相比,华北降水的季节分布也发生了变化,春季降水增加,夏秋降水减少.相关分析发现华北降水与500 hPa高度及850 hPa经向风关系密切,7～9月降水主要与中国西北及西南的位势高度呈显著负相关,与南风呈显著正相关.观测资料分析指出,近20年7～9月我国西北500 hPa高度明显上升,东亚夏季风持续偏弱,这可能是华北持续干旱的重要原因.     

海温季节和年际变化对东亚区域气候变率模拟的影响

利用P-σ区域气候模式通过数值试验分析和探讨了海温季节变化和年际变化对东亚地区气候变率模拟的影响．数值分析试验结果发现，实际海温强迫下模拟的500hPa高度场年际变率较有或没有海温季节变化强迫模拟的结果在冬夏两季基本上是增强的，海温的年际变化对模拟500hPa高度场年际变率是尤为重要的．海温的季节变化强迫使得模拟的500hPa高度场在冬季增强，夏季减弱，且在高纬度地区变化幅度较大．海温的年际和季节变化使得东亚地区的500hPa温度在冬季升高，而夏季在低纬度地区的温度降低，其中在华南沿海、南海北部和盂加拉湾地区降低最甚，高纬地区变化不明显．此外，海温的季节和年际变化强迫对华南地区降水率差值的影响远比对长江中下游地区明显．     

南亚高压与我国盛夏气候异常

利用多年逐候平均资料，分析得到盛夏南亚高压的两类平衡态－青藏高压和伊朗高压，它们又可各分为东西部型。讨论了两类平衡态及其东西部型时的温度和降水分布差异。发现：青藏高压时，高压中心及其东南地区地面气温偏高，高压西北及北面的气温明显偏低，高压东侧的东亚地区多雨.伊朗高压时，高压中心及其西北区气温偏高，高压东南区的气温偏低，在高原南侧的印度北部地区降水偏强。青藏高压东部型使长江下游及西北地区多雨，华北和华南等大片地区干旱少雨；西部型使中国西南至华北大片东北－西南走向的地区为多雨，西北地区则高温干旱。伊朗高压东部型使中国东部沿海地区多雨；西部型使中国江淮流域有 明显的多雨带。     

EOF分解与Kalman滤波相结合的副高位势场数值预报优化

用经验正交分解和Kalman滤波相结合的方法,建立了夏季500 hPa位势高度场数值预报误差修正模型,以改进副高数值预报效果,提高副高预报准确率.首先用经验正交分解（EOF）方法将T106数值预报500 hpa位势高度场分解为彼此正交的空间结构模态和相应的时间系数的线性组合,随后选取前15个模态的时间系数（其方差贡献98.7%）序列,分别建立了各自的Kalman（卡尔曼）滤波模型,最后用优化出的时间系数与相应的空间结构场进行EOF重构,进而得到修正后的副高位势预报场.修正后的位势场与原始的数值预报场的对比结果表明,该修正模型可对副高数值预报误差进行有效修正,优化后的预报效果较原始数值预报场有明显改进提高.     

九江市一次低温雨雪冰冻天气垂直温度层结分析

运用收集到的资料分析了2018年1月25～28日九江市阴雨雪和低温天气形成原因,分析了阴雨雪低温的恶劣天气的演变过程和水气环流特征,得出了江西地区冻雨的温度垂直分布特征结构和在九江地区具体应用情况的结论。结果表明:此次过程副高稳定,冷空气强盛500 hPa、700 hPa西南区域易产生逆温层,850 hPa东北气流使暖湿空气随着空气不断上升,更容易产生暴雪。水汽的输送过程非常频繁,同时该地区的辐合比较明显导致雨雪天气处于经常变化的情况;低层冷空气天气对冬天降水的形态起着非常关键的作用,此次过程冻雨灾害严重,经分析,25日为融化层位于850 hPa的情况,925～1 000 hPa区域迅速降温,850 hPa区域高于0℃,700 hPa和925 hPa区域温度低于0℃,1 000 hPa时温度在小于1℃,地面温度低于0℃,25日白天出现冻雨。27日融化层处于700 hPa左右温度大于0℃,925 hPa和850 hPa时温度低于-2℃,925～700 hPa有非常明显的温差;但由于1 000 hPa时温度在-3℃左右,所以27日白天九江地区降水相态复杂,大部分地区以降雪为主,部分地区出现冻雨。上述的阈值范围是九江地区冻雨的天气阈值。研究还表明,随着地面的温度降低,冻雨天气越容易产生,冻雨一般发生在最低气温低于0℃,同时一天的平均气温低于1.0℃。     

秋季欧亚波列对我国秋季降水和表面气温的影响

从Kosaka的丝绸之路遥相关定义出发,计算了秋季欧亚波列指数,并对秋季欧亚波列与东亚大气环流以及中国秋季降水和温度的关系进行了研究.诊断结果表明:秋季欧亚波列与中国东北秋季降水正相关,与华西秋雨负相关.当秋季欧亚波列正位相时,位势高度场上40°～60°N的欧亚大陆上空存在一个自西向东的"-+-"异常波列,该波列在我国东北部形成一个异常低压气旋式环流,使得东北地区降水异常偏多;而华西地区由于显著的下沉气流,以及弱的反气旋式环流及水汽供应偏弱的影响,华西秋雨偏少.另一方面,西北地区秋季欧亚波列指数与我国西北、四川北部及贵州表面气温负相关,可能是由于异常的西北气流引导冷空气南下引起的.     

SOM 方法在中国东部夏季降水分型中的应用

使用自组织映射(SOM)和经验正交函数(EOF)两种方法, 对比分析中国东部地区夏季日平均和季节平均的降水分型。结果表明, SOM比EOF能够更真实地描述降水分布。SOM得到的夏季降水分型的空间结构能够很好地用850 hPa的风扰动和700 hPa的比湿扰动解释。作为事后问题, 850 hPa的高度扰动负值中心能够很好地解释对应的降水落区; 但作为预报问题, 强降水不仅由数值模式预报中的负值高度扰动决定, 还受制于水汽和温度扰动等因素。     

中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候影响的数值模拟

基于3期土地利用和植被覆盖度资料、高分辨率的驱动场、马赛克的土地利用处理方式,采用区域气候天气研究与预报模式,设计两类试验研究中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候的影响.结果表明:在土地利用试验中,反照率、叶面积指数、发射率和低空云量等影响地表能量及分配,导致土地利用变化对夏季潜热、感热和2 m气温等陆面物理量的影响显著.由于城市地表的不透水性导致城市潜热明显减少,感热和气温增加.土地利用变化对冬季的影响比夏季弱,主要是反照率起作用,尤其是在积雪变化较大的区域.在植被覆盖度试验中,植被覆盖度与叶面积指数一致,后者直接影响植被蒸腾作用和夏季潜热,潜热的变化与植被覆盖度的变化具有较好的空间一致性,感热和气温基本上与潜热变化相反.土地利用和植被覆盖度变化通过改变垂直层温度,影响位势高度,引起风场的异常和降水的变化.     

1990—2010年间我国北方农牧交错带植被覆盖度变化归因

以我国北方传统农牧交错带为研究区,以植被归一化指数(NDVI)表征地表植被覆盖度,对土地利用数据和降水量、气温等气象数据两大类影响因子进行相关性分析.研究发现:1990—2010年该地区主要土地利用类型发生了显著的相互转化,但占优势的仍是草地、耕地和林地,土地利用和景观结构未发生重大变化.研究期间,北方农牧交错带耕地、林地和未利用土地植被覆盖度均有所增加,草地植被覆盖度有所减少.植被覆盖度与年均降水量呈极显著相关性,1990—2010年农牧交错带降水呈减少趋势,植被覆盖度上升趋势明显.植被覆盖度与同期年均气温数据也呈现一定的正相关性,1990—2010年农牧交错带气温变化属于升温趋势,植被覆盖度上升趋势明显.研究表明北方农牧交错带植被覆盖度变化是在全球气候变化和人类活动的双重影响下发生的,土地利用变化和降水、气温气象数据两种因素对植被覆盖度的影响具有明显的地域性特征,土地利用变化因子的影响由于受政策和人类活动的参与而正逐渐占据着主导地位,而气候条件中,气温升高对植被覆盖度具有一定的正相关性,降水量因子在径流量充沛地区影响作用较弱,但在水源缺乏,人类活动干预较少农牧交错带西北地区仍然有着重要的影响作用.     

喀斯特断陷盆地土地利用对生态系统生产力的影响

为了客观地评估断陷盆地土地利用对生态环境的影响, 从生态系统服务变化反映更深层次的人地之间复杂关系, 本文基于断陷盆地多时间序列土地利用数据和陆地植被净生产力(NPP), 阐明断陷盆地NPP时空变化趋势, 揭示多年间土地利用变化的地类层次变化特征; 运用生命周期评估方法, 定量地分析土地占用和土地转化对石漠化地区陆地植被净生产力的影响, 探讨石漠化治理的生态效益。结果表明: 1) 2000—2015 年间, 断陷盆地大部分区域NPP变化不显著, 少部分区域变化显著, 以上升趋势为主; 2) 在6种地类中, 林地变化平稳, 建设用地增加趋势活跃且强烈, 草地减少趋势活跃且强烈; 3) 林地占用潜在植被生产力与现有NPP之间的差值由西向东逐渐增加, 与林地占用面积减少的空间分布一致, 林地分布影响林地植被净生产力水平; 4) 研究区北部植被自然生长情况较好, 东部地区六盘水市、普安县和陆良县石漠化区域林地植被存在一定程度的天然退化, 林地生态恢复工程效果不明显; 5) 研究区80%的土地转化类型使得NPP增益, 其中使NPP明显提升、有效而普遍的方式是草林转换和退耕还林; 林地转为建设用地则对NPP的损害最大。     

Response of the East Asian climate system to water and heat changes of global frozen soil using NCAR CAM model

Under the condition of land-atmosphere heat and water conservation, a set of sensitive numerical experiments are set up to investigate the response of the East Asian climate system to global frozen soil change. This is done by introducing the supercooled soil water process into the Community Land Model (CLM3.0), which has been coupled to the National Center of Atmospheric Research Community Atmosphere Model (CAM3.1). Results show that:(1) The ratio between soil ice and soil water in CLM3.0 is clearly changed by the supercooled soil water process. Ground surface temperature and soil temperature are also affected. (2) The Eurasian (including East Asian) climate system is sensitive to changes of heat and water in frozen soil regions. In January, the Aleutian low sea level pressure circulation is strengthened, Ural blocking high at 500 hPa weakened, and East Asian trough weakened. In July, sea level pressure over the Aleutian Islands region is significantly reduced; there are negative anomalies of 500 hPa geopotential height over the East Asian mainland, and positive anomalies over the East Asian ocean. (3) In January, the southerly component of the 850 hPa wind field over East Asia increases, indicating a weakened winter monsoon. In July, cyclonic anomalies appear on the East Asian mainland while there are anticyclonic anomalies over the ocean, reflective of a strengthened east coast summer monsoon. (4) Summer rainfall in East Asia changed significantly, including substantial precipitation increase on the southern Qinghai-Tibet Plateau, central Yangtze River Basin, and northeast China. Summer rainfall significantly decreased in south China and Hainan Island, but slightly decreased in central and north China. Further analysis showed considerable upper air motion along ~30°N latitude, with substantial descent of air at its north and south sides. Warm and humid air from the Northeast Pacific converged with cold air from northern land areas, representing the main cause of the precipitation anomalies.     

基于GEE的土地利用变化对生态系统服务价值的影响研究——以京津冀地区为例

基于Google Earth Engine(GEE)云平台提供的随机森林分类算法对京津冀地区2017年—2019年遥感影像进行分类,解译出林地、耕地、草地、建设用地,水域和未利用地等类型,由此发现三年内林地、耕地、草地面积变化幅度最大,其次为建设用地、水域和未利用地.土地利用类型主要由耕地转向林地、草地;土地利用面积的变化导致研究区生态系统服务价值(ESV)总值从2017年的3 914亿元增长到2019年的4 013.99亿元,其中林地面积的变化起主要作用,而未利用地贡献最低; ESV对三地的生态价值系数缺乏弹性,生态系统服务价值系数对ESV的影响较小,结果具有可靠性. 研究表明伴随京津冀协同发展战略的推进,生态服务有所提高,但应当根据各地区实际情况合理规划土地利用格局,加强对林地、草地、水域的保护,推进集约用地,合理开发未利用地.     

气候变化对中国北方季风区生态系统总初级生产量的影响评价

利用中国北方季风区121个地表气象观测站2000-2013年逐日气温和降水资料及MODIS遥感8天平均总初级生产量数据(MOD17A2), 分别建立了14年内8天累积平均、最低、最高气温和降雨量与累积总初级生产量的线性气候相关模型。基于模型所得区间的阈值和参数, 计算区域模式RSM本底时期10年(1996-2005年)及未来 10年(2041-2050年)两种排放情景RCP4.5和RCP8.5下, 森林、草地和农田生态系统总初级生产量累积开始日期、累积时期、累积结束日期及累积速率变化, 分析平均、最高、最低气温和降水量变化对总初级生产量累积的影响, 并综合评价气候变化对生态系统总初级生产量累积的影响。结果表明: 平均气温和最低气温对总初级生产量的模拟精度高于最高气温和降雨量; 总初级生产量累积开始和结束日期对4 类气候因子的变化均较敏感, 而累积时期和累积速率仅对平均气温和最高气温的变化较敏感; 未来气候变化将延长累积时期, 增加累积速率, 并提高总初级生产量。     

中国西北半干旱区弃耕地植被恢复技术的研究--Ⅰ.弃耕地补播技术研究

通过对中国西北半干旱区弃耕地恢复技术的研究,筛选出适宜于西北半干旱区弃耕地植被恢复应用的优良草种,补播时间及补播机具,总结出西北弃耕地植被恢复的关键技术.     

Changes in tropospheric ozone levels over the Three Representative Regions of China observed from space by the Tropospheric Emission Spectrometer (TES), 2005–2010

Tropospheric ozone observations over China from 2005 to 2010 at three pressure levels (484,681 and 825 hPa) from the Tropospheric Emission Spectrometer on board the NASA Aura satellite have been analyzed.Fourier Transform analysis revealed the trends and seasonality of regionally-averaged,monthly-mean ozone concentrations over western,northern and southern China.Significant increases in ozone levels are found over all three regions at 464 hPa and the rate of increase is fastest over northern China,reaching 0.89±0.059 nL/(La).At 681 hPa,ozone shows increases over northern and western China,at a rate of 0.57± 0.065 nL/(La) and 0.41±0.041 nL/(La) respectively,but is constant over southern China.At 825 hPa,ozone increases at a rate of 0.36±0.074 nL/(La) over northern China,while decreasing over southern China at a rate of 0.21±0.061 nL/(La).Over the three regions,ozone levels are generally higher in summer and lower in winter.Over southern China at all three pressure levels and northern China at the 825 hPa level,ozone shows double peaks occurring in spring and autumn as a result of the combined effects of atmospheric chemistry and global transport.This work provides a useful observational dataset and tools for future analysis of changes in tropospheric ozone over China.     

呼伦贝尔市气候变化对森林草原火灾的影响及未来趋势分析

【目的】气候变暖是引发森林和草原火灾发生次数增加和过火面积扩大的重要因素。呼伦贝尔草原是中国北方地区重要的生态防护屏障,也是目前受气候变化影响最为严重的区域之一。通过研究呼伦贝尔市气候和森林草原火灾的历史变化,计算未来变化趋势以及干旱指数,为该地区应对气象灾害以及森林草原火灾的防御准备工作提供理论依据。【方法】利用重标极差(R/S)分析法、标准化降水蒸散指数(SPEI)分析等方法整理分析内蒙古自治区呼伦贝尔市1961—2018年的气象数据,得出过去及未来变化趋势以及干湿程度。通过分析1990—2018年呼伦贝尔市森林草原火灾数据,将气象要素与干旱状况分别与森林草原火灾数据相结合进行分析,得出火灾未来变化趋势。【结果】 ①1961—2018年内蒙古呼伦贝尔市气温和降水量增加,相对湿度和日照时间下降;气温未来变化趋势将与过去变化趋势相同,降水量、相对湿度、日照时间变化趋势将与过去变化趋势相反;2011年始呼伦贝尔市气候出现持续干旱状况,通过24个月的数据分析得出,未来将会持续保持干旱。②森林火灾的发生频度和过火面积均呈现上升趋势,分别为1次/a和318.38 hm ²/a;草原火灾的发生频度和过火面积均呈现下降趋势,分别为0.41次/a和12 486 hm ²/a。③当植物处于生长季时,草原火灾和森林火灾均与气温呈负相关,与降水量呈正相关,草原火灾与相对湿度和日照时间均呈正相关,森林火灾与相对湿度和日照时间均呈负相关。④森林草原的火灾频度和过火面积与短时间尺度SPEI均有很高的拟合程度,拟合曲线为二次函数。【结论】研究预测,未来呼伦贝尔地区干旱程度将会延续,森林草原火灾的发生与气象因素有很高的拟合度。建议当地有关部门在掌握本地气候变化基础上,制定合理的防护措施。     

老岭自然保护区植被概况及其生态学意义

对河北省秦皇岛市老岭暖温带中山落叶阔叶次生林生态系统自然保护区植被概况及其生态学意义进行了初步调查研究,该区地处华北植物区系与东北植物区系的接壤地带,共有种子植物６７５种,隶属１００科３７２属。     

Vegetation Spatial Heterogeneity of Different Soil Regions in Inner Mongolia, China

The vegetation spatial heterogeneity and ecological characteristics in different soil regions were analyzed by surveying the vegetation in 12 different soil regions of Inner Mongolia, China, including conifer- ous-broadleaf deciduous forests, shrub, grassland, and desert regions with 1122 large 2 cm × 2 cm quad- rats (actual size 30 km × 30 km, referred to as L-quadrat hereafter) in about 1.18 million km2. Each L- quadrat was divided into four small 1 cm × 1 cm quadrats (actual size 15 km × 15 km, S-quadrat). The vegetation was analyzed based on the beta-binomial distribution to describe the frequency of occurrence and spatial heterogeneity for each kind of vegetation. The weighted average of the heterogeneity of all vegeta- tion in the same soil region provides a measure of the soil regional landscape level heterogeneity which de- scribes the spatial complexity of the regional landscape composition of the existing vegetation. Comparison of the vegetation characteristics in the 12 soil regions shows that, the calcic gray soil has the highest average vegetation type per quadrat. The largest soil region is calcic chestnut soil and has the most vegetation types. Every soil region has its own dominant vegetation sequence which dominates in occurrence and dominant vegetation types which dominates in spatial heterogeneity. For the Inner Mongolian vegetation, the weighted average of the heterogeneity is 0.60 and the vegetation diversity index is 4.47.