1961-2012年辽宁省极端气温事件气候变化特征

利用辽宁省52个气象台站逐日平均气温、 最高气温和最低气温数据, 使用国际通用的10种极端气候指数, 研究了1961-2012年辽宁省极端气温事件的气候变化特征. 结果表明: 年平均极端气温事件空间分布存在明显的地区差异. 时间尺度上, 1961-2012年辽宁省年及四季极端暖事件(暖昼日数、 暖夜日数、 夏季日数、 热带夜数和热浪持续指数)呈增加趋势, 极端冷事件(冷昼日数、 冷夜日数、 结冰日数、 霜冻日数和寒潮持续指数)呈减少趋势; 极端暖事件在20世纪90年代中期开始明显增加, 极端冷事件在20世纪80年代末期开始显著减少; 极端暖事件的变化速率要小于极端冷事件. 辽宁省气温日较差有增大的趋势, 极端暖(冷)事件的增加(减少)在秋季(冬季)最为显著. 空间变化上, 极端气温事件在全省基本都呈一致的增加或减少的分布. 多数极端气温事件均存在8 a左右的周期, 检测到的突变的时间大致在20世纪80年代中期到90年代末期. 20世纪80年代末期辽宁省气候变暖后, 极端暖事件和冷事件均有明显的增加和减少.     

中国极端降水事件的频数和强度特征

使用1951-2004年中国738个测站逐日降水资料,采用百分位的方法定义极端降水事件的阈值,分析了不同持续时间的极端降水事件的时空分布及变化趋势特征。结果表明,极端降水事件多发于35°N以南,特别是在长江中下游和江南地区以及高原东南部,且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。季节分布上,主要出现在夏季,以低持续性事件为主。在中国东部地区,持续时间越长的极端降水其强度往往越强。趋势分析表明,全国持续1d极端事件的相对频数具有上升趋势而平均强度具有下降趋势,其空间上均表现为全国大部分上升、华北和西南等地下降的趋势。持续2d以上极端事件在长江中下游流域、江南地区和高原东部等地区有显著增多和增强的趋势,而在华北和西南地区有减少和减弱趋势,但全国平均的趋势不显著。     

1961—2005年河西走廊东部极端降水事件变化研究

利用1961—2005年河西走廊东部5个气象站的逐日降水资料,研究了河西走廊东部近45 a极端降水事件变化的空间分布以及时间变化特征.结果表明:在空间分布上,年极端降水分布与地理位置、海拔密切相关,也与影响本地的天气系统有关.河西走廊东部极端降水总量、降水频数呈南-北走向,最大值出现在乌鞘岭,最小值出现在民勤;极端降水强度也呈南-北走向,但最强中心在古浪,最小在民勤.近45 a来极端降水总量和强度呈增加趋势,总量增加最大的是乌鞘岭,武威最小;强度增加最明显的是武威,最不明显的是古浪;年极端降水频数在古浪和民勤呈减少趋势,其它地区为增加趋势,降水频数增加最明显的也是乌鞘岭,降水频数减少最明显的是民勤.全球大幅度变暖水循环加快使得河西走廊东部年极端降水指数都呈增加趋势,其中年极端降水总量、年极端降水强度、年极端降水频数都是90年代增加最明显;极端降水指数在6~7 a和9~10 a周期上反映明显,在60年代年极端降水指数都发生了突变.     

1961—2005年河西走廊东部极端气温事件变化

利用1961—2005年河西走廊东部五站的逐日气温资料,通过百分位法定义了不同台站的逐日极端高、低温阈值,研究了河西走廊东部近45a来极端气温事件变化的空间分布以及时间变化特征.结果表明:在空间分布上,河西走廊东部极端最高气温总阈值民勤出现了暖中心,乌鞘岭出现了冷中心;极端最低气温总阈值暖中心出现在武威,冷中心出现在乌鞘岭;极端最高、低气温空间分布与其对应阈值的空间分布类似;河西走廊东部极端低温频数南北部都呈现减少趋势,而极端高温频数在南部古浪和北部靠近沙漠区的民勤呈现减少趋势,其它地区为增加趋势.时间变化上,河西走廊东部极端最高、低气温总体都呈增温趋势,增温幅度极端最低气温比极端最高气温明显;极端最高气温频数总体呈略增加趋势,极端最低气温频数呈明显的减少趋势;极端最高、低气温和极端最高、低气温频数都是6～7a和9～10a周期反映明显;极端最高、低气温增温以及极端高温频数增加和极端低温频数减少都发生了突变现象.     

全球变暖背景下珠江流域极端气温与降水事件时空变化的区域研究

利用中国气象局最新编制的0.5°×0.5°逐日地面气温、降水网格数据,统计了16种极端气温与降水指数来定义极端气候事件,通过改进的Mann-Kendall趋势检验方法对珠江流域极端气温与降水事件的时空变化特征进行了研究,并从区域的视角检验了变化趋势的显著性和一致性,最后通过偏Mann-Kendall检验探讨了极端气温和降水事件变化与自然界大尺度气候振荡的潜在联系。研究发现:1在过去半个多世纪里,珠江流域总体上呈现出极端高温事件增多,极端低温事件减少,短时间极端降水增多,长时间极端降水减少的趋势,珠江流域面临着高温干旱和暴雨洪涝的威胁;2极端气温事件的变化趋势具有区域尺度上的显著性和一致性,而极端降水事件在区域层面上的趋势则不明显,并且区域差异大;3反映了大尺度气候振荡的多变量ENSO指数年际变化对珠江流域极端气温与降水事件的变化趋势没有显著的影响,在一定程度上说明了极端气温与降水事件的变化趋势并不是自然界大尺度气候振荡导致的必然结果,而可能是与人类活动共同作用的结果。     

广东省近50年极端降水事件的时空特征及成因分析

利用广东省境内25个测站1961~2010年逐日降水资料,综合运用Mann-Kendall检验、正交分解函数和Morlet小波分析等方法,剖析了广东省极端降水的空间结构分布与时间变化特征,并从水汽辐合的角度解释了极端降水的时空特征。结果表明:全省极端降水事件的总量、频次、强度空间分布差异较大,从北到南,极端降水总量和强度增加,频次减少;全省大部分区域极端降水总量和频次都有增加的趋势;广东省极端降水受大尺度天气系统的影响,存在全区一致的多雨或少雨,但也存在东西、四周、中心以及南北的差异;极端降水空间异常可分为4个气候区(异常型),即粤东北区,粤西区,粤中部区以及粤东沿海区,各降水异常区存在20a左右的长周期、10a左右较长周期的和3~4a的短周期振荡;广东省极端降水与极端水汽辐合对应关系较好,区域内水汽辐合的改变可能是影响广东省极端降水变化的重要气候因子。     

甘肃河西走廊地区气候暖湿转型后的最新事实

应用1981-2011年甘肃省河西走廊地区19台站逐日降水资料, 研究了该区域年和四季降水量、雨日、降水强度的气候变化特征. 结果表明: 整个河西走廊秋季及酒泉市东部到张掖市冬季降水呈显著增加; 夏季雨日显著减少, 秋季雨日显著增加; 秋季降水强度普遍增强. 与1990年代相比, 2000年代秋季、春季和冬季降水量占年降水量的比重分别提高了9.4%、3.9%和1.8%, 仍有暖湿化倾向, 其中, 秋季暖湿化显著, 而夏季降水比重却减少了15.3%, 有暖干化趋势. 2000年代降水量、雨日和降水强度极端气候事件明显增加: 从季节看, 秋季发生频率最高, 约占同季全部极端事件的80%左右, 其次是夏季和冬季, 各占60%, 春季和年各占50%; 从要素看, 雨日发生频率最高, 占全部极端事件的近70%, 降水量次之, 占60%, 雨强占50%. 与1990年代相比, 2000年代500 hPa、200 hPa和700 hPa 高度场、相对湿度及比湿有明显的年代际变化, 对秋季降水有利而对夏季降水不利.     

中国过去1500年典型暖期气候的模拟研究

利用地球系统模式CESM的过去1500年气候模拟试验结果,分析了中世纪暖期和现代暖期中国区域温度和降水变化特征的异同,并对形成原因进行了初步探讨.研究表明:中国的温度变化在中世纪暖期和现代暖期有着显著的区域差异,且年代际变化特征亦不尽相同.现代暖期的温度存在一个明显的年代际突变,这一突变是由温室气体含量的变化引起的,且现代暖期温度变化的空间格局受人为因子影响较大.中世纪暖期温度变化的空间格局主要受太阳辐射变化的影响,其次是土地利用/覆盖和火山活动.中国的降水变化在两个增暖期其时空格局较类似,其主要模态均体现为西部与东部反相,华南与华北反相.影响降水变化空间格局的因子较复杂,各外强迫因子的作用互补.     

天山地区夏季极端降水特征及气候变化

基于1961—2007年天山地区32站的逐日降水资料,分析了夏季天山地区极端降水事件的气候分布和时间变化特征.结果表明:夏季天山地区的极端降水量、极端降水日和极端降水比分布存在明显的区域差异.局地极端降水频繁,平均3～4d就有1次发生,大范围极端降水较少发生.连续性极端降水以1d为主.极端降水量在天山南北坡均随地形增加而增多,地形高度对降水的影响,北坡要大于南坡.在相同高度范围内,北坡极端降水量基本均大于南坡.天山地区的极端降水事件呈增多趋势,在1970年代中后期至1980年代中前期,极端降水事件为低值期,而1990年代是高值期.     

CMIP5多模式集合对南亚印度河流域气候变化的模拟与预估

利用印度河流域CRU、APHRODITE和CMIP5多模式逐月气温、降水格点数据集, 评估了CMIP5模式集合对印度河流域气候变化的模拟能力; 对多模式集合数据进行了偏差订正, 并对流域2046-2065年和2081-2100年气候变化进行了预估. 结果表明: 气候模式对流域年平均气温时间变化和空间分布特征有着较强的模拟能力, 时间空间相关系数均达到了0.01的显著性水平, 尤其对夏季气温的模拟要优于其他季节; 模式对降水的季节性波动也有着较好的模拟能力. 偏差订正后的预估结果表明, RCP2.6、4.5、8.5情景下, 相对于基准期(1986-2005年), 21世纪中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)整个流域年平均气温都有一定上升, 且流域上游增幅较大; 除RCP4.5情景下21世纪中期流域有弱减少趋势外, 年降水量都将有一定增长. 未来夏季持续升温将引起源区冰川的进一步消融, 春季降水对于中高海拔地区水资源的贡献将减弱; 流域北部高海拔区域冬季降水的增加有助冰川累积和上游水资源的增加, 东部高海拔区域冬季降水的减少会减少上游水资源. 两时期夏季降水都有一定的增长, 洪涝的发生风险加大; 流域暖事件和强降水事件也将可能增多.     

青海省极端气温事件的气候变化特征研究

选用青海省37个气象站点1961-2011年近51 a, 逐日气温(最高、 最低、 平均)资料, 采用国际通用的极端气温指数定义计算了9种极端气温指数, 并分析其主要气候特征.结果表明: 近51 a青海省极端气温呈明显上升趋势, 极端冷指标(霜冻、 结冰日数、 冷夜、 冷昼指数)呈下降趋势, 而极端暖指标(夏天日数、 暖夜、 暖昼指数)呈上升趋势, 且极端冷指标的减少幅度高于极端暖指标的增加幅度.空间分布上, 极端气温指数在全省呈一致的上升(下降)趋势分布.在近51 a的时间尺度上各种极端气温指数都存在多个较明显的周期, 如较短的3~8 a的准周期, 以及13 a、 17 a、 27 a的年代际周期特征.青海省年平均气温与极端气温指数有很高的相关性, 气候变暖突变前后极端气温指数表现出明显差异: 在变暖突变发生后, 霜冻日数、 冷夜指数、 冷昼指数、 结冰日数明显减少, 夏天日数、 暖夜指数及暖昼指数明显增加, 其中相对指数几乎呈倍数显著变化, 表明极端气温指数对气候变暖有很好的响应.     

贵州荔波地区2000年来石笋高分辨率的气候记录

通过对荔波董哥洞石笋进行高精度的ICP MS或TIMS U系测年和碳、氧同位素分析，建立了荔波地区2 300a B.P.来高分辨率的古气候变化的时间序列。研究结果表明，贵州荔波地区2 300a B.P.以来石笋记录的季风气候变化，大致可分为8个气候(亚)期:① 2 300～1 800a B.P.为降温期，显示东亚夏季风减弱，东亚冬季风增强，气候干旱寒冷；② 1 800～1 080a B.P.气温有所回升，显示东亚冬季风缓慢减弱，东亚夏季风有所回升，表现为半湿润的温凉气候期；③ 1 080～680a B.P. 为降温期，气温再次下降，显示东亚冬季风再次增强，但降水相对增大，表现为寒冷湿润的气候期，是气候变化的关键转折时期；④ 680～550a B.P.温暖期，显示东亚夏季风再次增强，气温升高，降水增大，表现为温暖湿润的气候期。⑤ 550～400a B.P.寒冷期，显示东亚冬季风快速增强，气温下降，表现为寒冷湿润的气候环境，是近1 000年以来最冷的时期；⑥ 400～364a B.P.温凉期，显示东亚夏季风有所增强，气温有所回升，表现为温凉湿润气候环境；⑦ 364～324a B.P.冷凉期，显示东亚夏季风有所减弱，气温有所下降，表现为冷凉湿润气候环境；⑧ 324a B.P.至今，气候相对波动期，同位素记录曲线呈锯齿状波动，在其内包括若干个冷凉半湿润、冷湿的气候变化亚阶段。根据荔波董哥洞石笋的高分辨率的古气候变化的连续记录，揭示了荔波地区2 300a B.P.以来的一些百年尺度的重大气候事件——干旱寒冷期、隋唐温暖期(或小温暖期)、小寒冷期以及一些十年尺度的降水、温度变化。石笋记录的这种百年、十年尺度的突发性气候变化事件，与冰芯记录极为相似，反映低纬度地区石笋记录的季风气候与高纬度及北极地区的气候具有极好的相关性，这对于认识现代气候系统变化以及对未来十年—百年尺度的气候预测和演化的驱动机制，具有重要的科学意义。     

太白山最近1000年的孢粉记录与古气候重建尝试

秦岭太白山佛爷池最近1000年的孢粉记录及据此所重建古气候参数的时间序列,揭示了历史时期小冰期和中世纪温暖期的气候特征。小冰期的起止时间为1420-1920aAD。其1月与7月平均温度反映本区夏季风与冬季风的变化有很大的不一致性。小冰期开始时,冬季风突然增强,夏季风显示不稳定波动,并相对变弱,而降水一度增多。小冰期的结束是以冬季风逐渐减弱为先导,而夏季风呈突然增强势态,降水偏少。在中世纪温暖期中,1200-1340aAD发生快速气候波动,出现暖夏、冷冬等特征气候,成为历史上少见的灾害性气候时段。      

南海北部MD12-3432站深海氧同位素MIS6期到MIS5期陆源沉积物元素比值反映的古气候变化

海洋沉积物中的某些主微量元素与沉积物源区有着密切的联系,它们之间的比值变化受到源区化学风化强度的影响,因此这些元素的比值变化可以反映出海洋沉积物源区古气候的变化。本文研究了南海北部陆坡MD12-3432站位深海氧同位素6期和5期(MIS6/5) 沉积物的主微量元素,发现其表现出良好的气候控制变化特征,K/Ti、Mg/Ti、Al/Ti、Fe/Ti、Co/Ti、Zn/Ti和V/Ti等比值在MIS 5期时较高,而在MIS6期时较低。南海北部的碎屑物质主要来自中国华南地区,沉积物中元素比值的变化表明间冰期时(MIS5)华南地区陆壳化学风化增强,说明该时期华南陆地气候环境温暖湿润,这可能是间冰期时东亚夏季风加强的结果;而冰期时南海北部沉积物源区化学风化减弱,则与此时东亚冬季风较强,华南地区气候干燥寒冷相关。同时,与表层海水生产力相关的Ba/Ti比值在间冰期较高而冰期较低,反映出南海北部在间冰期时表层生产力较高而冰期时相对较低,这可能是由于东亚夏季风增强带来更多降雨,陆地化学风化作用加强,大量营养成分随河流进入南海,导致南海北部表层海水生产力增加。     

三门峡地区末次盛冰期至全新世早期的古季风事件

通过三门峡地区小刘寺剖面黄土- 古土壤序列磁化率曲线和粗颗粒组分含量曲线的研究,发现它们分别指示的夏季风和冬季风变迁在末次冰消期向全新世转变时的新仙女木事件中显示不同的变化特征。夏季风的加强过程对应于冬季风的大幅度波动,气候为凉湿背景上的冷湿与暖湿振荡。冰后期的早期为全新世第一暧期。夏季风强盛对应于冬季风衰弱的湿暖气候,它由夏季风锋面降水的穿时性所决定,在华北地区为全新世适宜期。8 kaBP 前后为夏季风偏弱对应于冬季风偏强的干冷气候,是具有普遍意义的全新世第一冷期。这3 次古季风事件可与格陵兰冰芯记录进     

青藏高原气候变化的若干事实及其年际振荡的成因探讨

利用1961-2012年青藏高原88个气象台站逐月气温、降水以及温室气体等气候系统监测资料和CMIP5输出的未来气候变化情景数据,分析了近52年来青藏高原气候变化暖湿化的若干事实,揭示了其年际振荡与温室气体、高原加热场、高原季风、AO等气候系统因子的关系,预测了未来20~40年青藏高原可能的气候变化趋势。研究表明：近52年来青藏高原在总体保持气候变暖的趋势下自2006年以来出现了某些增暖趋于缓和的迹象,较全球变化滞后了8年左右;降水量的增加在青藏高原具有明显的普遍性和显著性,气候变湿较变暖具有一定的滞后性,降水量变化的5年短周期日趋不显著,而12年、25年较长周期逐渐明显且仍呈增多趋势。由于温室气体、气溶胶持续增加、高原夏季风趋强、ENSO事件和太阳辐射减少,青藏高原气候持续增暖但有所缓和;春季高原加热场增强、高原夏季风爆发提前且保持强劲,使得高原春、夏季和年降水量增加,而秋、冬季AO相对稳定少动,东亚大槽强度无明显变化,高原冬季风变化不甚显著,导致了高原秋、冬季降水量无明显变化。未来20~40年青藏高原仍有可能继续保持气温升高、降水增加趋势。     

LGM时期气候背景下中国区域植被变化对东亚夏季降水影响的模拟

利用CCM3/NCAR全球气候模式在21kaB.P.(2.1万年前)的末次盛冰期(LGM)气候背景下,对中国区域植被变化对夏季(6～7月)东亚季风降水的影响进行了模拟,结果表明： 在LGM时期气候背景下,植被退化会使得中国东南部夏季降水减少,其中东南沿海减少超过20mm,而在 100°E 以东的中国北方大部分地区降水增加,其中心值大于50mm,从而导致降水南少北多的现象,植被的这种影响可以从物理上得到解释。在LGM气候背景下,植被退化在暖季起着增温的作用,即通过影响地表热状况使夏季大陆增温,增强了夏季东亚大陆与其周边海域的热力差异,从而使夏季东亚地区的西南风增强,35°～45°N的北方地区对流层低层的空气辐合和对流层上升运动加强,伴随着在 30°N 以南的中国南方地区出现异常下沉运动; 同时,西南季风的加强也导致夏季在 30°～40°N 之间的华北地区低层水汽输送加大。在这些因子的共同作用下,中国北方夏季降水增多,而东南部降水减少。这些结果说明使用LGM时期中国区域不同的重建植被资料可以对东亚季风气候模拟产生一定的不确定性。因此,重建可信度高的东亚植被对于降低对气候模拟的不确定性是十分重要的。     

Spatial variations of monsoonal rain in eastern China: Instrumental, historic and speleothem records

We select four caves and their nearby cities in the monsoonal region of China for studying the relationships among precipitation, temperature, summer monsoon intensity and stalagmite δ¹⁸O. The instrumental, historic and stalagmite δ¹⁸O records from these areas show strong spatial disparities on annual to decadal scales, so that climatic conditions in a single location cannot represent these of the entire eastern China. On time scales <500 years, stronger summer monsoon may lead to higher rainfall in some locations but not over eastern China. Correlation between the summer monsoon strength and precipitation is not only location-dependent but also changes with time. One may not use the paleoclimatic pattern of cold–dry and warm–wet on glacial/interglacial ages throughout all time scales for climatic conditions in the monsoonal region. On centennial to millennial scales, stalagmite δ¹⁸O variation trend from eastern China resemble solar irradiance with lighter δ¹⁸O corresponding to increased solar irradiance, and vice versa. The similar trends may reflect climatic feedbacks link to solar forcing to cause changes in the summer monsoon intensity and/or in monsoonal circulation. Changes in monsoonal circulation and intensity affect (1) summer rainfall intensity, (2) summer/winter precipitation ratio, or (3) ratio of moisture from Indian/Pacific oceans, or a combination of the three. Thus, a speleothem δ¹⁸O record may not be proper to be used as a proxy of paleo-precipitation amount, especially on short time scales. Based on the four stalagmite δ¹⁸O records during the last 2000 years, EASM strength decreased from AD 200 to AD 500, and from AD 1300 to AD 1600 (the 1st half of the Little Ice Age), whereas EASM strength increased from AD 1600 to AD 1900 (the 2nd half of the Little Ice Age). The EASM strength has weakened since early 1900’s.     

2009/2010年我国西南秋冬春连旱特征及其大气环流异常分析

利用中国逐日站点降水资料、逐日季风监测指数及逐日副热带高压指数、74项环流指数及NCEP/NCAR再分析资料, 分析了2009年秋季至2010年春季的秋冬春西南特大干旱过程中各指数及大气环流异常特征.结果表明: 自2009年10月底东亚冬季风建立以来, 至2010年春季, 东亚冬季风强度持续偏强, 加之西太平洋副热带高压较常年偏西偏南, 西南地区长期受副高控制, 气温持续偏高, 加之冷空气虽然总体偏强, 但主要控制我国北方地区, 造成冷暖空气在西南地区少有交汇, 致使降水偏少, 干旱发生发展. 印缅槽强度较常年偏弱, 来自印度洋、孟加拉湾以及南海的水汽条件不足, 向西南地区输送的来自南海和孟加拉湾两条水汽通道的水汽通量均较常年偏弱很多, 加之西南地区、特别是云南地区自2009年秋季以来, 长期处于下沉运动的正距平区, 造成这段时间西南地区干旱少雨, 旱情持续. 2009年9月El Niño事件全面爆发, 南海-西太平洋地区形成异常反气旋流场, 该反气旋流场较常年偏西偏南, 造成副高位置偏西偏南, 从而使得云贵高原及其周边的印度季风区的降雨量明显偏少;高原地区及南海、菲律宾附近及热带辐合带地区OLR异常对西太平洋副热带高压的变化有一定影响, 进而影响西南地区降水, 其内在机制还有待深入研究.