皮纳图博火山爆发对20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变的影响机理

过去研究表明一次火山爆发可以影响季节到年际尺度的气候变化, 而本文发现1991年皮纳图博火山爆发可能导致了20 世纪90 年代初平流层的年代际变冷. 采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS/SBUV 卫星观测资料, 发现了在平流层长期变冷趋势中, 热带气温和位势高度在20 世纪90 年代初年发生了年代际降低突变. 进一步分析了平流层热带地区年代际变冷突变的时空分布特征, 并探讨了1991 年6 月皮纳图博火山的爆发与此次平流层变冷的关系. 结果表明, 皮纳图博火山所喷发的火山灰在平流层通过硝酸盐和硫酸盐对ClO的活化作用造成了平流层臭氧的年代际减少, 从而可能导致了臭氧在平流层吸收的热量年代际减少, 进而造成此次平流层热带地区的年代际变冷突变. 因此, 20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变可能是由皮纳图博火山爆发导致的, 这就意味着一次强火山爆发也可能导致平流层的年代际气候变化.     

利用SAGE Ⅱ资料分析皮纳图博火山爆发前后平流层气溶胶的变化特征

理论和观测研究都表明,强火山爆发送入平流层的气溶胶直接和间接地影响全球的气候变化;平流层火山气溶胶对地球-大气系统的遥感也有一定的影响.所以,监测全球范围内平流层气溶胶的分布变化(尤其是火山爆发引起的)是十分重要的.1991年6月15—16日菲律宾皮纳图博(Pinatubo)(15°N,120°E)强火山爆发后,人们使用了多种方法和技术对其产生的平流层火山气溶胶云进行了监测和研究.例如,我国孙金辉等人用激光雷达探测了1991年7月至1992年1月北京地区上空由皮纳图博火山造成的平流层气溶胶浓度的变化;McCormick等和Stowe等分别根据SAGEⅡ和NOAA/11 AVHRR资料研究了早期(约2.5个月)皮纳图博火山气溶胶.     

激光探测平流层火山云

强烈火山爆发时喷射出的大量火山灰以及二氧化硫和硫化氢气体随上升气流进入平流层,并在高空风的作用下在全球范围内扩散,在离地面20km高度附近形成一层厚度为数公里、持续可达4—5年的粒子数密度很大的平流层气溶胶层——平流层火山云。大量研究表明平流层火山云将导致全球平均气温下降。1991年6月,菲律宾皮纳图博火山发生了可能是本世纪以来最强烈的一次喷发,有人预计这次火山爆发形成的平流层火山云可能造成全球     

火山喷发物威胁着热带上空的臭氧层

当研究者们正努力探索火山喷发物是怎样破坏极地上空臭氧层的时候,另一些研究则开始表明这些喷发物是怎样损害热带上空的臭氧层的。美国的研究者们已经发现,火山喷发物中的微小颗粒既截获了从地球表而反射回来的红外辐射,又吸收了外来的太阳辐射,从而加热了大气平流层底部。结果在非律宾皮纳图博火山喷发(1991年6月)后的5个月,热带地区上空平流层底部的臭氧量减少了30%。美国国家航空和航天局埃姆斯研究中心的斯图尔特·金尼和布赖恩·图恩,以及加州大学欧文分校的迈克尔·普拉瑟最近报告了上述发现。气溶胶颗粒破坏热带上空臭氧     

20世纪后期东亚夏季风年代际减弱的自然属性

文中使用1948~2002年美国国家环境预测中心/大气研究中心的再分析资料, 通过计算呈现了始于20世纪60年代中期的东亚夏季风年代际尺度减弱事实、以及东亚夏季风系统在20世纪60年代中期和70年代中后期发生的两次年代际突变事件. 而后, 基于政府间气候变化专门委员会资料分发中心提供的SRES A2温室气体和气溶胶排放情景下六套全球海气耦合气候模式的数值模拟结果, 从定性的角度上揭示了此次东亚夏季风年代际衰减过程与20世纪后期人类活动引发的全球变暖之间没有明显的联系, 应该为一次自然的气候变化过程. 模式结果还显示, 如果21世纪温室效应在20世纪后期的基础上进一步加剧, 东亚夏季风系统可能会受此影响而趋于增强.     

Mt.Pinatubo火山云激光雷达探测

菲律宾Mt.Pinatubo火山(15.14°N,120.35°E)在沉睡了六百多年以后于1991年6月15日再度爆发。约2千万吨的火山灰、二氧化硫气体等喷射物直接注入平流层,形成了一层火山云,使得平流层气溶胶粒子的含量急剧增加。Mt.Pinatubo火山爆发是近百年来最大的一次,它对未来两三年内全球辐射收支及平流层臭氧含量的减少都产生不可忽视的影响。我们使用自行研制的L625二倍频Nd:YAG激光雷达(波长532nm)在安徽省合肥市     

气候变化对黄河径流以及源区生态和冻土环境的影响

本文综述了关于黄河源区和上游地区气候变化及其对黄河径流影响的研究及其他有关研究,并进一步讨论了气候变化对黄河源区和上游径流以及源区生态和环境的影响。研究表明:从20世纪90年代初起黄河源区和上游年径流量锐减,它严重影响了黄河中、下游年径流量,并引起黄河下游在20世纪90年代断流天数的增加;并且还指出,黄河上游和源区从20世纪90年代初到新世纪初降水的减少可能是导致黄河源区和上游径流锐减的主要原因,而黄河源区降水强度的减弱对于黄河源区径流在20世纪90年代的锐减也有一定影响;此外,本文还表明了从20世纪80～90年代到新世纪初黄河源区气温的明显上升并没有导致此区域蒸发量的太大变化,它对径流变化影响不大,但对此地区植被和冻土退化有重要影响。     

华北汛期降水多尺度特征与夏季风年代际衰变

研究了近50年华北汛期降水的频谱结构和演变特征及其与夏季风衰变之间的关系. 小波分析表明华北汛期(7~9月)降水年际尺度成分约占总方差的85%, 其演变代表了华北降水的基本走势. 近30年降水年际尺度部分发生了很大变化, 准5年谱消失, 准2年谱逐渐减弱, 1977年后降水年际变化十分微弱. 与此同时, 夏季风也呈现明显的年代际衰减. 计算表明, 华北汛期850 hPa平均经向风的演变以年代际尺度成分为主, 其演变特征与汛期降水非常相似, 且与降水序列及其年际尺度序列都呈显著正相关, 说明华北夏季风的年代际衰变可能是华北干旱的主要原因之一. 此外, 伴随20世纪60和70年代东亚季风的两次年代际突变, 我国大部分地区都出现了年代尺度的旱、涝更替, 而华北却从20世纪60~70年代的部分地区少雨发展成80~90年代的严重干旱.     

地球周围的火山镜

皮纳图博(Pinatubo)火山喷发后卫星测量数据的分析工作已经获得了第一个毋庸质疑的证据,证实了火山喷发形成的碎屑使地球大气层更强烈地反射太阳光,从而使气候变冷。长期以来,科学家们在理论上一直认为,火山喷发产生的硫在大气层中会产生小的硫酸液滴,这些液滴能把太阳光反射回宇宙空间。但是自从1976年以来,直到1991年6月的皮纳图博火山喷发之前,卫星测量工作一直没有获得可证实这种影响的充分证据。     

火山的破坏与创造

1991年菲律宾的皮纳图博火山（Pinatubo）在休眠了600多年之后苏醒过来，并发生了一系列猛烈的爆发。喷发出的2000多万吨二氧化硫直冲上平流层。灼热的浮石雨注般从天而降。火山口处升起一个20多米高的灰色蘑菇云，蔽日遮天。而落下的灰尘却创造了一种灰白色、月球般的陆上景观     

华北汛期降水量年代际和年际变化之间的线性关系

华北地区汛期(7月和8月)降水量的变化具有明显的年代际和年际两种时间尺度. 在年代际时间尺度上, 华北降水在20世纪70年代末发生突然减少. 研究了降水突然减少对应的大气环流变化以及对降水年际变化产生的影响, 发现年代际变化所提供的背景对华北降水年际变化的规律和物理机制没有影响, 华北汛期降水年代际和年际变化之间的关系是线性的.     

南海北部珊瑚灰度及其反映的华南降水年代际变化

利用1789～1992年南海北部逐年珊瑚灰度与1908～1992年广州逐年降水资料，采用Mann—Kendall法、奇异谱分析、相关分析、合成分析等方法对南海北部年珊瑚灰度的年代际变化进行了分析，并探讨了用珊瑚灰度重建的广州降水时间序列所反映的华南降水的年代际变化特征．结果表明：南海北部珊瑚灰度变化存在明显的趋势项、权重很大的年代际变化和较弱的年际变化．1880年代末存在显著的由正异常到负异常转变的世纪尺度突变，突变前后对应的全球海温差值场是：南海及其附近的北印度洋、中西太平洋大部、北大西洋沿岸为负异常，这种大范围的海温异常分布是与南海珊瑚灰度世纪尺度突变相伴随的．南海珊瑚灰度与广州降水在年代际尺度上存在显著的负相关，用年代际尺度南海珊瑚灰度资料反演的广州年代际降水表明了华南降水年代际变化具有明显的阶段性．对寻找研究华南年代际以上尺度气候变化的代用指标有一定的意义．     

超级火山威力非凡

最新研究表明,这座距今75000年前爆发的火山只可能是超级火山.超级火山爆发的威力空前,在短短数日之内,可以倾泻至少240立方千米的岩浆,在有史以来的1000多次火山爆发的纪录中,没有能与之匹敌的,即使是20世纪规模最大的火山喷发--1982年的圣海伦斯火山爆发--也无法与超级火山爆发相提并论.提到圣海伦斯火山,许多人还心有余悸.火山爆发产生的火山灰柱耸入云霄.据统计,这次可怕的爆发释放的岩浆容积不过才1立方千米.假如类似多巴湖的超级火山在现代喷发,恐怕人类就将"品尝"世界末日降临的滋味了.     

华北干旱化趋势及转折性变化与太平洋年代际振荡的关系

基于月降水和月平均气温资料, 通过计算地表湿润指数分析了中国华北地区1951~2005年干湿变化的年代际趋势特征及其与太平洋年代际振荡指数(PDOI)的关系. 结果表明: 华北地区气候及环境干湿变化存在显著的年代际趋势和突变特征, 20世纪70年代中后期至今处于一个暖而降水少的干旱时段; 近55 a经历了一个由湿向干转换的过程, 其中转折点发生在20世纪70年代中后期, 这应与全球大尺度气候背景的转折性变化有关. 相关分析表明: 在年代际尺度上, 四季和年的PDOI与气温、降水和区域平均地表湿润指数均有显著的相关关系. 这种相关关系表现为正的PDOI位相(PDO暖位相)对应华北地区高温、少雨和干旱时段, 而负的PDOI位相(PDO冷位相)对应低温、多雨和湿润的时段, 不同位相的持续时间在25 a以上, 与降水和气温年代际趋势密切相关的北太平洋海温的年代际变化是该地区年代际干湿趋势形成的可能原因之一.     

中国大陆冬夏季气候型年代际转折的区域结构特征

采用Tomé和Miranda2004年提出的气候变化趋势转折判别模型, 对1961~2000年中国160个气象站及各个分区的冬、夏季年代际气候型转折时空特征进行了综合分析. 研究发现冬、夏季气温和降水年代际趋势转折发生年份相近, 且转折后趋势一致的站点呈带状分布, 具有明显的区域性特征, 据此提出中国大陆气候型年代际转折存在显著区域性结构特征的观点. 研究结果表明, 20世纪80年代初期以后, 中国区域冬季气候总体趋于“暖湿”, 80年代末期为夏季气候向“暖湿”转型的突变时期, 即中国气候出现“暖湿”型转折的年份冬季比夏季更早. 通过冬、夏季气温、降水的年代际趋势转折区域性特征分析及分区检验结果, 可发现华北地区冬季气候显著“暖干”型趋势在20世纪70年代末期出现, 东北、华南、西南地区的冬季气候在20世纪80年代末期亦转为“暖干”型, 80年代初期为其余4个分区(江淮、高原东部、西北地区东、西部)冬季气候转变为“暖湿”型趋势的转折时期. 东北、华北地区以及西北地区东部在20世纪80年代末期以后夏季气候均趋于“暖干”型, 西南和高原东部地区在70年代中期以后出现“暖湿”型趋势, 江淮地区和西北地区西部“暖湿”型趋势开始的时间则在80年代初期, 华南地区较为特殊, 其夏季气候在1984年以后出现了“冷湿”型趋势.     

火山爆发后

1991年6月6日下午,菲律宾的皮纳图博火山在沉睡600余年后再次喷发!从火山口喷射出的熔岩、碎石、灰尘和烟雾气体直冲云天,形成了一个直径约26公里的大蘑菇云,几百人死于这次灾变,几百万人因该火山喷发失去家园,被迫流离失所。姗姗来迟的气候灾难这是皮纳图博火山爆发后的直接损失。此后,地球上连续两年出现凉夏,许多地方农作物歉收。类似现象,历史上也有记载。1815年6月,全欧洲大雨连绵,很少见到晴日。正在赶往比利时滑铁卢战场集结的法国炮兵部队,不得不顶着滂沱大雨,在烂泥一般的道路上挣扎行进,作为三军统帅的拿破仑一筹莫展,法军最终还…     

我国东北冬季降雪的年代际增多及其与冬季风减弱的关系

针对我国东北冬季降水(降雪)近几十年来的变化进行了研究, 结果显示: 20世纪80年代中期之后冬季降雪开始增多, 就区域平均而言1986～2010年期间比1951～1985年显著增多了20%以上. 进一步的研究揭示这种年代际降雪增多和20世纪80年代中期之后东亚冬季风的减弱有密切关系, 其基本物理图像是: 东亚冬季风年代际减弱导致冷空气减弱, 从而使得东北亚的太平洋沿岸区海温升高, 进而海面的蒸发加强使得其上空水汽含量增多, 由此导致向我国东北地区的水汽输送增多; 另外, 20世纪80年代中期之后由于冬季风减弱, 导致大气变暖, 来自冬季风上游的水汽输送也增多了. 这两个因素使得东北冬季上空水汽含量显著增多了, 从而导致冬季降雪增多.     

热带太平洋海气系统的一种年代际局地正反馈

利用大气再分析资料和海温资料等, 分析了热带太平洋地区海气系统年代际变化的内在联系. 结果表明, 在年代际尺度上经过热带海气系统的内部调整, 减弱信风的作用下海气间热交换减少, 导致了热带太平洋温跃层的异常, 有利于热带中东太平洋海温异常增暖; 同时, 海温的增加又促使热带东太平洋对流发展, 激发热带东太平洋局地上升运动和热带中东太平洋的西风距平, 进而减弱Walker环流, 把信号反馈给大气. 反之亦然, 如此构成了一种正反馈过程的年代际模态. 这个热带海气系统自我反馈的年代际“加幅”过程有别于以往用于解释热带海气系统年代际变率时所倡导的中纬度地区对热带地区的远程驱动机制.     

东亚夏季风自20世纪90年代初开始恢复增强

自20世纪70年代末开始的东亚夏季风减弱,造成了中国东部地区夏季严重的旱涝异常.东亚夏季风何时恢复是一个众所关注的问题.研究表明,自20世纪90年代初期以来,东亚夏季风表现出恢复增强的特征,尽管其增强的幅度仍未达到1965～1980年间的水平;伴随着东亚夏季风的增强,我国东部夏季雨带出现年代际北移,表现为淮河流域(110°～120°E,30°～35°N)夏季降水增加.东亚夏季风自20世纪90年代初期以来的增强,和海陆热力差异的年代际变化有关.     

夏季亚洲-太平洋热力差异年代-百年尺度变化与太阳活动

利用重建的近千年亚洲-太平洋涛动指数和太阳辐照度时间序列, 用统计方法研究了夏季亚洲与其周边的海陆热力差异在年代-百年际时间尺度上的变化特征及其与太阳辐照度的关系, 结果表明: 亚洲季风区热力差异存在着90 a 左右、10~13 和3~7 a 的周期振荡; 在百年尺度上, 热力差异表现出3 次明显突变, 它们分别发生在1305~1315 年、1420~1430 年以及1625~1635 年. 海陆热力差异与太阳辐照度之间有显著正相关, 并且在250, 120~160, 60~70 a 以及15 a 变化周期上, 二者的联系更显著. 热力差异的3 次突变分别对应着太阳辐照度的明显减弱或加强, 并且滞后太阳辐照度突变时间12~22 a, 可能反映了太阳辐射对亚洲季风气候百年尺度突变的一种影响; 在年代尺度上, 热力差异突变与太阳辐照度关系不紧密, 说明太阳活动可能不是影响亚洲-太平洋热力差异年代际突变的主要因子. 与亚洲-太平洋热力差异比较, 北半球年平均表面气温的年代际突变与太阳活动的关系更紧密, 而气温百年尺度的突变与太阳活动关系较弱.