A PRELIMINARY STUDY OF SNOW MASS VARIATIONS IN CHINA OVER THE PAST 30 YEARS*

Daily snow data for 2300 climate stations covering the period from 1951 through 1980 have been used to monitor and diagnose secular variations,year-to-year fluctuations,and the spatial characteristics of snow variation trends in China.An examination of time series reveals that there is a strong teleconnction to ENSO,to major volcanic eruptions,as well as to the CO₂-induced warming.The country-wide snow mass variations are positively correlated with global mean temperature,increasing during the current warming period and decreasing during the recent cooling period prior to the mid 1960s.A synchronous relationship exists between El Nino/Southern Oscillation and snowy winter in China.The year-to-year snow fluctuations seem to be generally out of phase with volcanic activity.The anomaly map shows that snow mass increased in high altitudes and moist regions,while it decreased in arid lowland and the southern boundary zone during the warming period.The potential CO₂-induced changes in snow mass will further aggravate the regional differentiation between high mountains and lowlands,between moist and arid regions.The number of snow cover days will decrease in the northern lowlands,and snowfall will increase in the Qinghai-Xizang Plateau,high mountains,and the lower reaches of the Changjiang(Yangtze) River.     

近30年来我国雪量变化的初步探讨

本文根据2300多个地面气象台站资料,对近30年来我国雪量波动进行了监测与诊断研究。发现全国尺度的雪量变化趋势与全球平均气温成正相关,其年际波动与火山活动相位相反,多雪冬季与厄尼诺-南方涛动相同步。CO_2增温将加剧雪量分布的区域差异,导致北方平原、盆地积雪日数减少,青藏高原、高山地区和长江中下游降雪量增加。     

全球山地冰冻圈变化、影响与适应

冰冻圈是高山地区不可或缺的重要组成部分,居住着全球约10%的人口。近几十年来,冰冻圈变化对山区和周围地区的自然和人类系统产生了广泛而深远的影响,对海洋也发挥着重要作用。IPCC最新发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC）指出,过去几十年全球高山区气温显著升高,使山地冰冻圈发生了大范围显著退缩。观测到的山地（特别是低海拔山区）积雪期缩短、雪深和积雪覆盖范围减小;冰川物质持续亏损,其中全球最大的冰川负物质平衡出现在南安第斯山、高加索山和欧洲中部,亚洲高山区冰川负物质平衡最小;多年冻土温度升高、厚度减薄,地下冰储量减少;河、湖冰持续时间缩短。随着气候持续变暖,山地冰冻圈在21世纪仍将呈继续退缩状态。到21世纪末,低海拔山区积雪深度和积雪期将减少,冰川物质损失继续增加,多年冻土持续退化。冰冻圈变化已经或将改变山地灾害发生频率和强度,并对水资源、生态系统和经济社会系统产生重要影响。应对山地冰冻圈变化应从管理和优化利用冰冻圈资源、加强冰冻圈变化灾害风险的有效治理、增强国际合作及公约制定等适应策略着手开展,增强适应能力,从而有益于推动山地生态系统和经济社会系统可持续发展。     

青藏高原积雪对气候影响的研究进展和问题

系统地回顾了青藏高原积雪对天气气候影响的国内外研究进展,并对研究中存在的一些问题做出了评述。认识到积雪增加将导致亚洲夏季风减弱或爆发推迟,这是通过积雪-季风关系实现的。对反射率和融雪的相对重要性,尚未有一致意见。高原积雪作为一种重要的陆面强迫因子,和副高、阻高、冬夏季风、ENSO、海温等影响中国天气气候的因子有密切关系。在全球变暖的背景下,青藏高原积雪却出现了增加,对这一问题的研究具有重要的现实意义。高原积雪年代际变化的研究,有助于揭示我国近年来“南涝北旱”雨型的原因,同时有利于雨型反转时间的预测。     

Characteristics,and similarities and differences of climate change in major high mountains in the world-comprehensive interpretation of IPCC AR6 WGI report and SROCC北大核心CSCD

IPCC SROCC和AR6对高山区气候变化的评估表明,近期全球山地增暖速率提高,1980年代以来亚洲高山区增暖速率明显高于全球平均和其他高山区同期水平。各山地增暖普遍具有海拔依赖性,但机制复杂且区域差异大,除落基山脉未来气温增幅随海拔降低外,其余山地均随海拔有不同程度的升高。全球山地年降水在过去几十年没有明显趋势;预计未来北半球许多山地年降水将增加5%~20%,但极端降水变化的区域和季节差异较大,其中青藏高原喜马拉雅山脉极端降水频次和强度都将增大。山地年最大雪水当量的减少在固-液态降水转化的海拔高度带更强,未来山地降雪和积雪变化不仅与排放情景有关,而且与海拔高度密切相关。2010—2019年全球山地冰川物质亏损较有观测记录以来的任何一个10年都多,亚洲高山区虽然冰川物质亏损速率较小,但每年亏损的冰量在全球四大高山区中仅次于安第斯山脉南段。预计山地冰川将持续退缩数十年或数百年,未来亚洲高山区冰川退缩对海平面上升的贡献将居全球四大高山区之首。山地多年冻土温度升高、厚度减薄,预计未来多年冻土将加速退化,即使在低温室气体排放情景下,21世纪末青藏高原多年冻土面积预计也将减少13.4%~27.7%。从评估的完整性和信度水平来看,山地观测和研究仍存在巨大差距。     

中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。     

Climate change impact on snow and soil temperature in boreal Scots pine stands

Scenarios indicate that the air temperature will increase in high latitude regions in coming decades, causing the snow covered period to shorten, the growing season to lengthen and soil temperatures to change during the winter, spring and early summer. To evaluate how a warmer climate is likely to alter the snow cover and soil temperature in Scots pine stands of varying ages in northern Sweden, climate scenarios from the Swedish regional climate modelling programme SWECLIM were used to drive a Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer (SVAT)-model (COUP). Using the two CO₂ emission scenarios A and B in the Hadley centres global climate model, HadleyA and HadleyB, SWECLIM predicts that the annual mean air temperature and precipitation will increase at most 4.8°C and 315 mm, respectively, within a century in the study region. The results of this analysis indicate that a warmer climate will shorten the period of persistent snow pack by 73–93 days, increase the average soil temperature by 0.9–1.5°C at 10 cm depth, advance soil warming by 15–19 days in spring and cause more soil freeze–thaw cycles by 31–38%. The results also predict that the large current variations in snow cover due to variations in tree interception and topography will be enhanced in the coming century, resulting in increased spatial variability in soil temperatures.     

人工增雪对冬麦冻害的影响

自１９７８年以来，在新疆北部沿天山一带对冬季层状云飞机播撒碘化银、干冰等冷云催化剂进行人工增雪作业，对１８个非播云年和１７个播云年的冬麦冻害做了对比，在播云期内冬小麦年平均冻害面积减少８０％以上。对３个主要因素（麦种改良、冬季气温升高和人工增雪）进行了分析，结果表明，人工播云是一个主要的因素。     

1971—2016年青藏高原积雪冻土变化特征及其与植被的关系

利用1971-2016年青藏高原81个气象站逐月积雪日数和45个测站第一冻结层下界观测资料,分析了青藏高原积雪冻土的时空变化特征及其与高原植被指数（NDVI）的关系,探讨了积雪冻土下垫面变化对高原植被及沙漠化的可能影响。结果表明：1）青藏高原积雪日数分布极不均匀,巴颜喀拉山和唐古拉山为高原积雪日数的大值区,且年际变率较大。2）青藏高原积雪日数总体上呈现减少趋势,平均以3.5 d/（10 a）的速率减少,且在1998年前后发生突变,减少速率进一步加快,达到5.1 d/（10 a）。3）青藏高原第一冻结层下界呈上升趋势,达到-3.7 cm/（10 a）,与青藏高原增暖紧密相关。4）青藏高原NDVI呈缓慢增加趋势,与高原气温、降水的增加趋势相一致,积雪冻土的变化对不同区域植被NDVI的影响有显著差异。在气候变暖背景下,形成的暖湿环境促进积雪消融、冻土下界提升,使土壤浅层含水量增加,有利于植被恢复和生长,其结果对高原土地沙漠化防治有一定参考作用。     

Impact of vegetation feedback on the mid-Pliocene warm climate

Studying the vegetation feedback during warm periods of the past can lead to better understanding of those in the future.In this study,we conducted several simulations to analyze vegetation feedback during the mid-Pliocene warm period.The results indicate that the main features of vegetation change in the mid-Pliocene were a northward shift of needleleaf tree,an expansion of broadleaf tree and shrub,and a northward expansion of grass,as compared to the pre-industrial period.The global annual mean warming ratio caused by vegetation feedback was 12.1％,and this warming ratio was much larger in northern middle and high latitudes.The warming caused by vegetation change was directly related to the surface albedo change and was further amplified by snow/sea ice-albedo feedback.     

Climate Change and Global Wine Quality

From 1950 to 1999 the majority of the world's highest quality wine-producing regions experienced growing season warming trends. Vintage quality ratings during this same time period increased significantly while year-to-year variation declined. While improved winemaking knowledge and husbandry practices contributed to the better vintages it was shown that climate had, and will likely always have, a significant role in quality variations. This study revealed that the impacts of climate change are not likely to be uniform across all varieties and regions. Currently, many European regions appear to be at or near their optimum growing season temperatures, while the relationships are less defined in the New World viticulture regions. For future climates, model output for global wine producing regions predicts an average warming of 2 ^∘C in the next 50 yr. For regions producing high-quality grapes at the margins of their climatic limits, these results suggest that future climate change will exceed a climatic threshold such that the ripening of balanced fruit required for existing varieties and wine styles will become progressively more difficult. In other regions, historical and predicted climate changes could push some regions into more optimal climatic regimes for the production of current varietals. In addition, the warmer conditions could lead to more poleward locations potentially becoming more conducive to grape growing and wine production.     

融雪期中国天山西部山地表层积雪能量收支特征

表层积雪的能量收支特征对积雪物理特性变化和融雪等过程具有重要影响。本研究利用2010年融雪期在中国科学院天山积雪雪崩研究站内的雪层密度、含水率、雪层温度以及热通量等观测数据,分析在距雪表40 cm范围内雪层能量收支的时空变化特征。结果表明:表层积雪的能量交换主要发生在距雪表20 cm范围内,短波穿透辐射是表层积雪最重要的能量来源。热传导、短波穿透辐射和潜热均随时间逐渐增加。在过渡期和融雪前期,表层积雪的平均总能量为负,融雪主要发生在积雪表层。由于夜晚潜热影响使得融雪后期表层积雪总能量为正值。融雪能影响整个雪层。     

近30余年来盛夏东亚东南季风和西南季风频率的年代际变化及其与青藏高原积雪的关系

利用地面观测资料和NCEP/NCAR再分析资料集,使用相关分析、合成分析等方法,在将地面风分为东南季风和西南季风的基础上,分析了近30余年来盛夏东亚季风频率的年代际变化特征。结果表明:盛夏东南季风、西南季风频率和前期春季青藏高原积雪均在21世纪初期发生了显著的年代际变化;东南季风、西南季风频率由较少改变为较多,春季青藏高原积雪则由深变浅。由于青藏高原积雪厚度发生了年代际变浅,说明青藏高原发生了年代际变暖和南亚高压变强,南亚高压的年代际变强,使得其下游对流层低层(18°~28°N,108°~118°E)的反气旋性环流异常增强,有利于东亚西南季风频率的增加;同时,由于高原发生湿反馈作用,使得淮河地区降水发生年代际变多,由Sverdrup涡度平衡关系,降水的异常增多通过潜热释放,使得东亚副热带高压异常加强,而副热带高压异常变强则有利于盛夏东亚东南季风频率发生年代际增加。     

1981-2010年青藏高原降雪日数时空变化特征

利用青藏高原气象站降雪日数观测资料,分析1981-2010年青藏高原降雪日数的时空变化特点和主要影响因素。结果表明:降雪日数总体上呈青藏高原中东部高寒地区、喜马拉雅山脉南麓和祁连山脉流域降雪日数多,南部河谷和北部湖盆区降雪日数少的空间分布格局;春季降雪日数占全年的45%,其次是冬季（28%）和秋季（22%）,夏季最少（5%）;30年内青藏高原平均年降雪日数呈明显减少趋势,降幅达10.5 d/（10 a）,其中,春季降幅最大（4.8 d/（10 a））,夏季最小（1.2 d/（10 a））;年降雪日数在1997年发生了由多到少的气候突变;降雪日数年内分布呈双峰型,峰值出现在冬夏大气环流的转换季节,青藏高原大气环流的转换期与上升运动相联系的低值天气系统和高空温湿条件均有利于降雪出现;青藏高原降雪日数的明显减少与气温的显著上升呈线性关系。     

基于MODIS白天地温产品的青藏高原海拔依赖型变暖特征分析

基于2001～2018年中分辨率成像光谱仪（MODIS）探测的白天地面温度（简称MODIS 白天地温）资料,与青藏高原（简称高原）122个气象站点观测的最高气温资料,在年尺度上评估了MODIS 白天地温在高原的适用性,研究了高原五个干湿分区下MODIS 白天地温的海拔依赖型变暖特征,得到以下主要结论:（1）MODIS白天地温能够基本再现观测的最高气温的时空以及海拔依赖型变暖特征;（2）高原整体上,MODIS白天地温存在显著的海拔依赖型变暖特征,平均海拔每增加100 m,其趋势增加0.02°C (10a)?1,且受积雪—反照率反馈主导;（3）干湿分区下,海拔依赖型变暖特征在高原表现为偏湿润地区强于偏干旱地区;季风区强于西风区。海拔依赖型特征强弱:半湿润地区＞湿润半湿润地区＞半干旱地区＞湿润地区＞干旱地区。平均海拔每增加100 m,以上区域的地温趋势分别增加0.06,0.03,0.03,0.01,0.01°C (10a)?1。半湿润和湿润半湿润地区年均温在0°C左右,在气候变暖背景下积雪—反照率反馈作用最为强烈,是其海拔依赖型变暖的主导因素;干旱与半干旱地区年均温相对更低,气候变暖程度对积雪影响相对较小,积雪—反照率反馈作用被限制,但仍对上述地区的海拔依赖型变暖起主导作用;而湿润地区的积雪覆盖率的上升可能是由于降雪（固态降水）增加抵消了积雪融化损耗,云辐射、水汽等其他因素主导了其海拔依赖型变暖。     

阿尔山地区积雪变化特征

选取阿尔山气象站1981—2015年冷季(10月—次年4月)气象资料,利用滑动平均、线性倾向估计和Mann-Kendall等方法,对年最大积雪深度、积雪日数、气温和降水量进行分析。结果表明,阿尔山地区年最大积雪深度主要发生在1月至3月,其中2月份概率最大,达50%;34 a内最大积雪深度呈上升趋势(2.77 cm/10a),年平均增加0.98%,且年最大积雪深度在1998年发生了突变,即在1998年之前增长缓慢,在2000年以后上升趋势显著。积雪日数的统计分析表明,初始积雪日数和有效积雪日数呈现略微减少趋势,而稳定积雪日数有微弱的增加趋势;通常初始积雪日数比有效积雪日数大30天左右。年最大积雪深度与稳定积雪时期的降水量、积雪日数、日照时数有显著的相关性,相关系数分别为0.647、0.515、0.584,但与稳定积雪时期的气温没有明显的相关性。在全球变暖的大环境下,积雪深度随着降水量和日照时数的增加而增加,且积雪深度受降水量的影响大于日照时数的影响。     

基于GIS的雪灾风险区划

依据巴彦淖尔地区冬春季节降水少、年变率大的气候特点和易形成雪灾的量级指标进行雪灾风险区划。选取1971—2010年11月到次年3月,日降雪量大于等于3mm,并出现积雪和结冰现象为研究对象,分析了降雪量大于等于3mm的降雪日数和积雪深度大于等于5cm的积雪日数年代际变化,结合民政部门历史灾情记载、实地调查、农牧业现状以及各种基础资料数据与GIS技术,从致灾因子、脆弱性评估分析方面,在NOAA卫星遥感雪覆盖监测图像上,利用加权综合与层次分析法,构建雪灾判别模型,得出巴彦淖尔地区雪灾风险区划:雪灾最严重的地区为五原县大部、乌前旗南部和东北部部分区域、乌中旗东南和西南两区域、乌后旗的海力素附近大片区域。     

中国南方2008年1月罕见低温雨雪冰冻灾害发生的原因及其与气候变暖的关系

2008年1月中国南方发生的低温、雨雪、冰冻灾害不是一个局地或地区性现象,它是同期发生的亚洲大范围冰雪灾害链中的一环,在影响范围和灾害程度上是最严重的一环.它有3个主要特征:(1)降雪、冻雨和降雨3种天气并存,冻雨是导致南方致灾的主要原因;(2)低温、雨雪、冻雨天气强度大,根据中国国家气候中心和南方各省气象部门的统计及分析,有8项气象要素打破同期中国历史记录;(3)低温、雨雪、冰冻天气持续时间长,破历史记录.这次低温、雨雪冰冻灾害形成的原因不是单一的,是多种因素在同一时段,同一地区相互配合和迭加的结果,其中La Nina事件是灾害发生的气候背景,它为雨雪冰冻天气提供了冷空气侵袭中国南方的前提条件;欧亚大气环流异常持续性是造成冷空气不断侵袭中国南方的直接原因;孟加拉湾和南海地区暖湿气流的北上是大范围冻雨和降雪形成并持续在中国南方的必要条件.     

全球升温1.5℃时北半球多年冻土及雪水当量的响应及其变化

本文基于耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）的17个全球气候模式,确定了1.5℃温升（相对于1861-1880年）的发生时间,预估了全球升温1.5℃时,北半球冻土和积雪的变化,并对预估结果的不确定性进行了讨论。结果表明,全球平均地表温度在3种排放情景下（RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5）分别于2027、2026、2023年达到1.5℃阈值。当全球升温1.5℃,北半球多年冻土南界北移1°～3.5°,冻土退化主要发生在中西伯利亚南部。多年冻土面积在全球升温1.5℃时,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下较1986-2005年分别减少约3.43×10⁶ km²（21.12%)、3.91×10⁶ km²（24.10%）和4.15×10⁶ km²（25.55%);北半球超过一半以上的区域雪水当量减少,只在中西伯利亚地区略微增加;北美洲中部、欧洲西部以及俄罗斯西北部减少较显著,减少约40%以上。青藏高原多年冻土面积在RCP2.6、RCP4.5以及RCP8.5排放情景下分别减少0.15×10⁶ km²（7.28%)、0.18×10⁶ km²（8.74%）和0.17×10⁶ km²（8.25%)。青藏高原冬、春季雪水当量分别减少约14.9%和13.8%。     

1962-2008年辽宁省积雪变化特征

采用1962-2008年辽宁省52个气象观测站逐日积雪深度以及同期温度、降水资料,用统计方法和小波方法分析了辽宁省积雪气候变化规律。结果表明：近47 a辽宁省积雪日数呈不显著增加趋势,共增加了3 d;年最大雪深随时间变化呈不明显增加趋势,平均每10 a增加0.2 cm;年累积雪深也呈不显著增加趋势,气候倾向率为8.9 cm/10 a。从年代际变化来看,20世纪80年代前辽宁省积雪日数、年最大雪深和年累积雪深偏小;而20世纪80年代后至今,则经历了一个积雪日数、年最大雪深和年累积雪深均增加的过程。